Обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта
Цель. Подземная газификация угля, как комплексный и технически сложный процесс, во многих аспектах требует поддержки, оказываемой с помощью компьютерного моделирования или аналитических расчетов по- ведения горного массива. Однако, чрезвычайно мало известно о формировании полостей расслоения в пор...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
2016
|
| Schriftenreihe: | Розробка родовищ |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104709 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта / В. Фальштынский, В. Лозинский, П. Саик, Р. Дычковский, Н. Табаченко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 1. — С. 16-24. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-104709 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1047092016-07-15T03:01:55Z Обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта Фальштынский, В. Лозинский, В. Саик, П. Дычковский, Р. Табаченко, Н. Цель. Подземная газификация угля, как комплексный и технически сложный процесс, во многих аспектах требует поддержки, оказываемой с помощью компьютерного моделирования или аналитических расчетов по- ведения горного массива. Однако, чрезвычайно мало известно о формировании полостей расслоения в породах кровли при подземной газификации угля. В исследовании формирования полостей расслоения и деформаций горных пород горным давлением, где методы расчета базируются на гипотезах или статистической информации, используется ряд гипотез. Основная цель заключается в изучении поведения горного массива и формировании полостей расслоения при подземной газификации угля мощного угольного пласта. Методика. В качестве методики исследования в настоящей работе были использованы аналитические расчеты. В статье на основе теории упругости, устойчивости и максимального равновесия разработана и использована математическая модель напряженно-деформированного состояния горного массива. Результаты. Анализ геомеханических моделей газификации угля вместе с их математическим формулированием является основным результатом, описанным в данной статье. Приведены уравнения для обоснования параметров полостей расслоения над выработанным пространством подземного газогенератора. Соответственно, рассчитаны объемы полостей расслоения в зависимости от длины реакционного канала. Результаты оказывают значительное влияние на подготовку газогенераторов и конечную эффективность процесса газификации. Научная новизна. В работе представлены результаты, полученные путем аналитических расчетов поведения горного массива в процессе газификации мощных угольных пластов. Авторами реализована математическая модель на основе метода, предложенного проф. А. Савостяновым, который был использован при проведении расчетов. Практическая значимость. Полученные данные служат отправной точкой для дальнейших исследований и аналитических расчетов поведения горного массива. Результаты, приведенные в статье, могут быть полезны при проведении предварительной оптимизации и анализе газификации угольных пластов, а также являться базисом для обоснования более продвинутых геомеханических моделей. Мета. Підземна газифікація вугілля, як комплексний і технічно складний процес, у багатьох аспектах вимагає підтримки, яка надається за допомогою комп'ютерного моделювання або аналітичних розрахунків поведінки гірського масиву. Проте, дуже мало відомо про формування порожнин розшарування в породах покрівлі при підземної газифікації вугілля. У дослідженні формування порожнин розшарування і деформацій гірських порід гірським тиском, де методи розрахунку базуються на гіпотезах або статистичній інформації, використовується ряд гіпотез. Основна мета полягає у вивченні поведінки гірського масиву і формування порожнин розшарування при підземній газифікації вугілля потужного вугільного пласта. Методика. В якості методики дослідження для представленої роботи були використані аналітичні розрахунки. В статті на основі теорії пружності, стійкості і максимальної рівноваги розроблена і використана математична модель напружено-деформованого стану гірського масиву. Результати. Аналіз геомеханічних моделей газифікації вугілля разом з їх математичним формулюванням є основним результатом, що представлений в даній статті. Представлені рівняння для обґрунтування параметрів порожнин розшарування над виробленим простором підземного газогенератора. Відповідно, розраховані об’єми порожнин розшарування в залежності від довжини реакційного каналу. Результати мають значний вплив на підготовку газогенераторів і кінцеву ефективність процесу газифікації. Наукова новизна. У роботі представлені результати, що були отримані з аналітичних розрахунків поведінки гірського масиву в процесі газифікації потужних вугільних пластів. Авторами реалізована математична модель, на основі методу, запропонованого проф. О. Савостяновим, що був представлений для проведення розрахунків. Практична значимість. Отримані дані служать відправною точкою для подальших досліджень і аналітичних розрахунків поведінки гірського масиву. Результати, наведені в статті, можуть бути корисні при проведенні попередньої оптимізації та аналізі газифікації вугільних пластів, а також бути базисом для обґрунтування більш просунутих геомеханічних моделей. Purpose. Underground coal gasification, as a complex and technically difficult process, should be supported in many aspects by computer simulations or analytical calculations of rock mass behavior. However, little is known about the formation of stratification cavities in the roof rocks during coal seam gasification. To research the formation of stratification cavities and rocks deformations by mine pressure with the methods of calculation based on hypotheses or statistical information, a number of hypotheses are used. The main purpose is to examine the rock mass behavior and formation of stratification cavities during gasification of a thick coal seam. Methods. Analytical calculations were used as the research method for the work presented. The mathematical model of the stress-strain state of rock mass based on the theory of elasticity, resiliency, and maximum equilibrium, was developed and used in this paper. Findings. Critical analysis of geomechanical models of coal gasification together with their mathematical formulation was the result of considerations presented in this paper. Equations were derived for substantiating parameters of stratification cavities above the goaf of the underground gasifier. Subsequently, the volumes of stratification cavities depending on the length of gasification channel were calculated. The results have significant influence on gasifiers development and the final efficiency of gasification process. Originality. The research results were obtained from analytical calculations of rock mass behavior during thick coal seams gasification. The authors implemented a mathematical model based on the method suggested by professor A. Savostianov which was used in carrying out the calculations. Practical implications. The present study provides a starting point for further research and analytical calculations of rock mass behavior. The data and conclusions outlined in this paper may be useful in preliminary optimization and analysis of coal seams gasification. They can also be a point of reference for more advanced geomechanical simulations. 2016 Article Обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта / В. Фальштынский, В. Лозинский, П. Саик, Р. Дычковский, Н. Табаченко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 1. — С. 16-24. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 2415-3435 DOI: http://dx.doi.org/10.15407/mining10.01.016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104709 622.278.6 ru Розробка родовищ УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Цель. Подземная газификация угля, как комплексный и технически сложный процесс, во многих аспектах
требует поддержки, оказываемой с помощью компьютерного моделирования или аналитических расчетов по-
ведения горного массива. Однако, чрезвычайно мало известно о формировании полостей расслоения в породах
кровли при подземной газификации угля. В исследовании формирования полостей расслоения и деформаций
горных пород горным давлением, где методы расчета базируются на гипотезах или статистической информации, используется ряд гипотез. Основная цель заключается в изучении поведения горного массива и формировании полостей расслоения при подземной газификации угля мощного угольного пласта.
Методика. В качестве методики исследования в настоящей работе были использованы аналитические расчеты. В статье на основе теории упругости, устойчивости и максимального равновесия разработана и использована математическая модель напряженно-деформированного состояния горного массива.
Результаты. Анализ геомеханических моделей газификации угля вместе с их математическим формулированием
является основным результатом, описанным в данной статье. Приведены уравнения для обоснования параметров
полостей расслоения над выработанным пространством подземного газогенератора. Соответственно, рассчитаны
объемы полостей расслоения в зависимости от длины реакционного канала. Результаты оказывают значительное
влияние на подготовку газогенераторов и конечную эффективность процесса газификации.
Научная новизна. В работе представлены результаты, полученные путем аналитических расчетов поведения горного массива в процессе газификации мощных угольных пластов. Авторами реализована математическая модель на основе метода, предложенного проф. А. Савостяновым, который был использован при проведении расчетов.
Практическая значимость. Полученные данные служат отправной точкой для дальнейших исследований и
аналитических расчетов поведения горного массива. Результаты, приведенные в статье, могут быть полезны
при проведении предварительной оптимизации и анализе газификации угольных пластов, а также являться
базисом для обоснования более продвинутых геомеханических моделей. |
| format |
Article |
| author |
Фальштынский, В. Лозинский, В. Саик, П. Дычковский, Р. Табаченко, Н. |
| spellingShingle |
Фальштынский, В. Лозинский, В. Саик, П. Дычковский, Р. Табаченко, Н. Обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта Розробка родовищ |
| author_facet |
Фальштынский, В. Лозинский, В. Саик, П. Дычковский, Р. Табаченко, Н. |
| author_sort |
Фальштынский, В. |
| title |
Обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта |
| title_short |
Обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта |
| title_full |
Обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта |
| title_fullStr |
Обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта |
| title_full_unstemmed |
Обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта |
| title_sort |
обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта |
| publisher |
УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України |
| publishDate |
2016 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104709 |
| citation_txt |
Обоснование параметров формирования полостей расслоения в породах кровли при газификации угольного пласта / В. Фальштынский, В. Лозинский, П. Саик, Р. Дычковский, Н. Табаченко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 1. — С. 16-24. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| series |
Розробка родовищ |
| work_keys_str_mv |
AT falʹštynskijv obosnovanieparametrovformirovaniâpolostejrassloeniâvporodahkrovliprigazifikaciiugolʹnogoplasta AT lozinskijv obosnovanieparametrovformirovaniâpolostejrassloeniâvporodahkrovliprigazifikaciiugolʹnogoplasta AT saikp obosnovanieparametrovformirovaniâpolostejrassloeniâvporodahkrovliprigazifikaciiugolʹnogoplasta AT dyčkovskijr obosnovanieparametrovformirovaniâpolostejrassloeniâvporodahkrovliprigazifikaciiugolʹnogoplasta AT tabačenkon obosnovanieparametrovformirovaniâpolostejrassloeniâvporodahkrovliprigazifikaciiugolʹnogoplasta |
| first_indexed |
2025-07-07T15:44:03Z |
| last_indexed |
2025-07-07T15:44:03Z |
| _version_ |
1837003489611350016 |
| fulltext |
Founded in
1900
National Mining
University
Mining of Mineral Deposits
ISSN 2415-3443 (Online) | ISSN 2415-3435 (Print)
Journal homepage http://mining.in.ua
Volume 10 (2016), Issue 1, pp. 16-24
16
UDC 622.278.6 http://dx.doi.org/10.15407/mining10.01.016
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛОСТЕЙ РАССЛОЕНИЯ
В ПОРОДАХ КРОВЛИ ПРИ ГАЗИФИКАЦИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
В. Фальштынский1, В. Лозинский1, П. Саик1, Р. Дычковский1*, Н. Табаченко1
1Кафедра подземной разработки месторождений, Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина
*Ответственный автор: e-mail dichre@yahoo.com , тел. +380562472348, факс: +380562473209
SUBSTANTIATING PARAMETERS OF STRATIFICATION CAVITIES FORMATION
IN THE ROOF ROCKS DURING UNDERGROUND COAL GASIFICATION
V. Falshtynskyi1, V. Lozynskyi1, P. Saik2
, R. Dychkovskyi1*, M. Tabachenko1
1Underground Mining Department, National Mining University, Dnipropetrovsk, Ukraine
*Corresponding author: e-mail dichre@yahoo.com, tel. +380562472348, fax: +380562473209
ABSTRACT
Purpose. Underground coal gasification, as a complex and technically difficult process, should be supported in many
aspects by computer simulations or analytical calculations of rock mass behavior. However, little is known about the
formation of stratification cavities in the roof rocks during coal seam gasification. To research the formation of stratifi-
cation cavities and rocks deformations by mine pressure with the methods of calculation based on hypotheses or statis-
tical information, a number of hypotheses are used. The main purpose is to examine the rock mass behavior and for-
mation of stratification cavities during gasification of a thick coal seam.
Methods. Analytical calculations were used as the research method for the work presented. The mathematical model
of the stress-strain state of rock mass based on the theory of elasticity, resiliency, and maximum equilibrium, was
developed and used in this paper.
Findings. Critical analysis of geomechanical models of coal gasification together with their mathematical formula-
tion was the result of considerations presented in this paper. Equations were derived for substantiating parameters of
stratification cavities above the goaf of the underground gasifier. Subsequently, the volumes of stratification cavities
depending on the length of gasification channel were calculated. The results have significant influence on gasifiers
development and the final efficiency of gasification process.
Originality. The research results were obtained from analytical calculations of rock mass behavior during thick coal
seams gasification. The authors implemented a mathematical model based on the method suggested by professor
A. Savostianov which was used in carrying out the calculations.
Practical implications. The present study provides a starting point for further research and analytical calculations of
rock mass behavior. The data and conclusions outlined in this paper may be useful in preliminary optimization and
analysis of coal seams gasification. They can also be a point of reference for more advanced geomechanical simulations.
Keywords: underground coal gasification, gasifier, rock mass, stratification cavities, goaf
1. ВВЕДЕНИЕ
Обрушения пород в подземном газогенераторе
происходят под действием двух факторов. Первичным
фактором является горное давление, имеющее место в
период строительства и эксплуатации подземного
газогенератора. Второй фактор – высокая температура
процесса газификации угольного пласта в период
эксплуатации газогенератора. Эти два фактора приво-
дят к разрушению пород кровли и почвы выгазовыва-
емого пласта (Vorobiev, Morris, Antoun & Friedmann,
2013). Сопротивление обожженной непосредственной
кровли изгибу после первого обрушения равно нулю
(Kononenko & Khomenko, 2010). Этот факт говорит о
том, что под воздействием горного давления породы
кровли еще до обжига теряют сплошность.
Механизм поведения породного массива при
подземной газификации во многом схож с процесса-
ми, сопровождающими очистную выемку угля при
подземной разработке (Morris, Buscheck & Hao,
2009). Поэтому целесообразно провести исследова-
ние напряженно деформированного состояния пород
вокруг подземного газогенератора на основе законо-
мерностей сдвига породоугольного массива.
V. Falshtynskyi, V. Lozynskyi, P. Saik, R. Dychkovskyi, M. Tabachenko. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 16-24
17
Вопросы образования полостей расслоения в по-
родоугольном массиве на контактах породных слоев
при их подработке нашли освещение в роботах уче-
ных И.М. Печука, Л.В. Савенко, С.Г. Авершина,
А.В. Савостьянова, М.П. Зборщика и других, а также
А. Лабасса, Я. Штюффкена (Голландия), Н. Вебера,
Д. Форстмана, К. Паттейского (Германия) и др.
Образование полостей расслоения большинством
авторов рассматривается как следствие сдвига гор-
ных пород при разработке пластов (Dychkovskyi,
Falshtynskyi, Lozynskyi & Saik, 2015). Выполненные
исследования носят в основном описательный харак-
тер, количественная и качественная зависимость
характера воображения сдвига породных слоев с
учетом горнотехнического фактора и времени мало
изучена и требует уточненныя (Wachowicz, Łączny,
Iwaszenko, Janoszek & Cempa-Balewicz, 2015).
Деформированное состояния массива горных по-
род основывается на теории пластичности, упругости
и предельного равновесия (Savostianov & Klochkov,
1992). Породоугольный массив представляется в
виде сплошной среды, сдвиг пород в нем происходит
без нарушения целостности массива (Lozynskyi,
Dychkovskyi, Falshtynskyi & Saik, 2015). Очистные
выработки представляются в виде щелей (Astafiev &
Shapovalov 2013). Как предельные условия в опреде-
ленных случаях используются шахтные исследова-
ния сдвига породоугольного массива или поверхно-
сти, а также предельные углы сдвига (Bhutto, Bazmi
& Zahedi, 2013; Den'gina, Kazak & Pristash, 1993).
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОЛОСТЕЙ
РАССЛОЕНИЯ
Для определения параметров полостей расслоения
породной толщи над подземным газогенератором
приняты горно-геологические условия буроугольного
пласта марки Б3 месторождения Legnica Polnoc
(Польша): глубина залегания – 102 м, мощность пла-
ста – 4 м, влажность – 25 – 27%, фильтрационная
способность – 0.26 – 0.31 Д, ожидаемый суммарный
приток воды в выработанное пространство подземно-
го газогенератора – 4.3 – 8.5 м3/ч.
Кровля пласта представлена на участках брекчи-
ей, лессами, глинами, пропластками бурого угля и
песками, из которых 8.5 – 10.7% прилегают к уголь-
ному пласту; газопроницаемость надугольной толщи
составляет 0.11 – 0.24 Д. Почва пласта представлена
песками, которые составляют 11.2 – 16.4% всей под-
стилающей породной толщи, состоящей из глин,
лессов и пропластков бурого угля с общей фильтра-
ционной способностью 0.18 – 0.27 Д.
При скважинной подземной газификации буро-
угольного пласта марки Б3 породы непосредственной
кровли у огневого забоя подземного газогенератора
испытывают влияния высоких температур (Yang,
Sarhosis & Sheng, 2014; Otto & Kempka, 2015). Вели-
чина температуры газификации буроугольного пла-
ста изменяется по длине реакционного канала (Per-
kins & Sahajwalla, 2007). Максимум температур
(1050 – 12000С) наблюдается на границе перехода
окислительной зоны в восстановительную (Falshtyn-
skyi, Dychkovskyi, Lozynskyi & Saik, 2013) (Рис. 1).
100
300
500
700
900
1100
2 6 10 18 22 26 28
Т
ем
п
ер
ат
ур
а,
C
6 7 8
5
4 3
1 2
T, C
Длина, м
14
Рисунок 1. Параметры распределения температур по
длине реакционного канала газогенератора в
зависимости от состава дутья при газифика-
ции угольного пласта: 1 – дутьевая скважина;
2 – газоотводящая скважина; 3 – паровоздуш-
ное дутье; 4 – воздушное дутье; 5 – воздушно-
кислородное дутье; 6 – зона окисления; 7 – зона
перехода; 8 – зона восстановления
Поэтому породы нижнего слоя кровли, по длине
огневого канала, подвержены разным термоупругим
напряжениям. Такая же ситуация наблюдается и в
выгазованном пространстве (Kapusta, Stańczyk, Wia-
towski & Chećko, 2013).
При определении напряженно-деформированного
состояния пород кровли подземного газогенератора
следует учитывать мощность слоя золы mз, остав-
шегося в выгазованном пространстве после газифи-
кации. Таким образом, высота зоны обрушения при
газификации угольного пласта может быть опреде-
лена из выражения:
( ) 1−+
−−
=
вp
зc
об KK
mhm
h , м, (1)
где:
m – вынимаемая мощность пласта, м;
mз – мощность слоя золы, м;
hс – предел свободного опускания кровли, м;
Кв – средний коэффициент вспучивания пород;
Кр – коэффициент разрыхления пород.
Коэффициент разрыхления пород кровли при га-
зификации пласта зависит от его пласта и структуры
пород, а также от мощности слоя золы, наличия в
кровле и почве пласта пород, склонных к вспучива-
нию при высоких температурах. Коэффициент вспу-
чивания угольного пласта зависит от химического
состава вмещающих пород: SiO2 –75.8%; Al2O3/SiO2 –
0.29%; C – 0.88%. Учитывая полученные данные по
коэффициентам вспучивания Кв и разрыхления Кр
пород почвы и кровли угольного пласта Кв = 1.32 –
1.544 > Кр = 1.12 – 1.15 можно сделать вывод о суще-
ственном влияние на самозаполнение выработанного
пространства газогенератора вспученными породами.
При подземной газификации буроугольного пла-
ста происходит его выгазирование по мощности с
опережением верхней части пласта по отношению к
нижней, что создает условия более упорядоченного
обрушения пород ввиду постепенного развития де-
V. Falshtynskyi, V. Lozynskyi, P. Saik, R. Dychkovskyi, M. Tabachenko. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 16-24
18
формаций, которые увеличиваются по мере газифи-
кации угольного пласта (Falshtyns’kyy, Dychkovs’kyy,
Lozyns’kyy & Saik, 2013). Деформации пород, вме-
щающих подземный газогенератор, несущественно
отличаются от шахтных условий и характеризуются
отсутствием нижней зоны беспорядочных обрушений
пород кровли.
Горизонтальные подвижки слоистого массива за-
висят от мощностей породных слоев и слоя золы, что
подтверждается инструментальными наблюдениями
в шахтных условиях, а также при эксплуатации и
вскрытии подземных газогенераторов и колеблются в
пределах 0.05 – 0.3 м. Такие смещения породных
слоев могут вызвать трудности при эксплуатации
скважин подземного газогенератора, поскольку
скважины при горизонтальных смещениях породных
слоев могут быть срезаны и выведены из строя.
В ряде работ, посвященных упругим свойствам
горных пород при воздействии на них высоких тем-
ператур, в ходе лабораторных и стендовых исследо-
ваний установлено изменение плотности пород под
воздействием высокотемпературного прогрева (Wolf
& Bruining, 2007). В результате исследований заме-
чено увеличение объема пород на 1 – 5% от первона-
чального, при этом модуль упругости изменяется на
5 – 18%. Вследствие термодинамических нагрузок, с
повышением температур, будет изменяться по ли-
нейному закону модуль деформации Е слоя пород
(глина) кровли, непосредственно прилегающего к
огневому забою (Рис. 2).
0 5.
0 4.
0 3.
0 2.
0 1.
200 400 600 800 1000
Температура С,
о
М
од
ул
ь
де
ф
ор
м
ац
ии
Е·10 МПа
1
2
Рисунок 2. Изменение модуля деформации Е слоя пород
(0.3 – 0.45 м от огневого забоя) в зависимости
от степени прогрева нижнего слоя непосред-
ственной кровли и почвы буроугольного пла-
ста: 1 – глины; 2 – лессы
В дальнейших расчетах напряженно-деформиро-
ванного состояния нижней породной пачки непо-
средственной кровли следует учитывать изменения
модуля упругости. Коэффициент упругости будет
изменяться с учетом поправки коэффициента темпе-
ратурного воздействия КТ = 1.05 – 1.4.
Причинами разрушения породного слоя являются
нормальные нагрузки, силы трения, изгибающий
момент и касательные напряжения от поперечных
сил (Savostianov & Klochkov, 1992).
Напряжения от изгибающего момента G, сил тре-
ния tтр и касательные от поперечных сил τизг находят-
ся из выражений:
)0(;
12
3
0 hmу Уm
hKEп
МЕ
G HH
T
x
сж ⋅<<⋅⋅
⋅
⋅⋅= , (2)
))1(0(;)1(
12
3
0 hmууm
hKEn
МЕ
G HH
T
x
р ⋅−<<⋅−⋅
⋅
⋅⋅= , (3)
)(;
)()(
0
0
02 dахаSn
da
xdaSS
S n +≤≤+
+
−+⋅−= , (4)
ax
a
xS
S ≤≤⋅= 0;2 , (5)
0da
Sx
tmp +
⋅= Δ
, (6)
hK
xa
T
изг ⋅
⋅=τ . (7)
Суммарные напряжения G определяются с уче-
том напряжений, вызванных распором. Напряжения
со знаком (–) сжимающие, а со знаком (+) растяги-
вающие:
)( pcжy GGSG ⋅+= Δ , (8)
)( GGSG cжx ⋅+= Δ , (9)
трxy t=τ . (10)
Состояние пород слоя определяется по главным
напряжениям G1G2 и по критерию сопротивления
пород одноосному сжатию SPR:
xyx
x GyG
GyG
GG 22
21 4)(
2
τ−+±
+
= , (11)
2
21
max
GG −
=τ , (12)
[ )
x
GGGGGG
SPR
2
)()1()()](1 21
2
21
2
21 −⋅−−−⋅+−⋅−
=
ψψψ .(13)
Условия разрушения пород кровли проверяются
следующим образом: SPR > Rсж и maxτ > Rсж.
Поперечные силы над серединой подземного газоге-
нератора отсутствуют, нормальные нагрузки незна-
чительны, а состояние пород массива зависит от
изгибающего момента, вызывающего напряжение по
напластованию λGсж, λGр и перпендикулярно ему
Gсж, Gр. За счет собственного веса и от изгибающего
момента в породном слое возникают напряжения на
отрыв перпендикулярно напластованию (Falshtyn-
skyy, Dychkovskyy, Lozynskyy & Saik, 2012).
Согласно принятой физической модели и расчет-
ной схеме, определяются напряжения в различных
сечениях породного слоя, поперечные силы Qx и
изгибающий момент Мх из уровнений:
x
L
Bx
L
BQ kkx
ππ 2
sinsin 11 ⋅+⋅= , (14)
+−+⋅⋅⋅= )1sin(cos[16.0 1 x
L
x
L
BLM kx
ππ
V. Falshtynskyi, V. Lozynskyi, P. Saik, R. Dychkovskyi, M. Tabachenko. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 16-24
19
)]1
2
sin
2
(cos
2
2 −+⋅+
L
x
L
B k ππ
. (15)
Образование вертикальных трещин определяется
по деформациям пород через горизонтальные пере-
мещения xN , рассчитанные для двух смежных сече-
ний по формулам:
⋅+⋅
⋅
⋅= x
L
B
x
L
B
kfhK
L
N k
k
слT
x
ππ 2
sin
4
sin
)(
2.1 2
1
2
, (16)
1000
)(
)(
12
12 ⋅
−
−
=
xx
NNξ . (17)
Опускания породного слоя хУ определяются из
выражения:
×
⋅
⋅=
)(
4.0
3
3
kFhK
L
У
слT
х
−⋅+
−⋅× )1
2
cos
8
1cos 2
1 x
L
B
x
L
B k
k
ππ
. (18)
Натурными измерениями смещений установлено,
что при деформации ε > 5 мм/м наблюдается образо-
вание вертикальных трещин в породных слоях масси-
ва. Основными видами нарушения сплошности пород,
обусловливающими поведение массива, является
расслоение по ослабленным контактам за счет отрыва
под действием собственного веса или изгибающего
момента над серединой газогенератора.
Прочность пород на отрыв по нормали к напла-
стованию пород кровли зависит от глубины разработ-
ки, наличия в породах на полостях напластования
ослабленных контактов и прослоев. Определяется
коэффициентом DR:
( )610 −⋅⋅−= НГBDR , (19)
где В и Г – коэффициенты, зависящие от литологиче-
ской разности пород, МПа.
По мере удаления от огневого забоя полость вы-
газовывания будет смыкаться. В результате образу-
ются две полости, примыкающие к выработанному
пространству и массиву. Образование двух полостей
представлено на Рисунке 3.
(а)
4
3
2 dcb1af2L
r f2 L
r
0 5. L 0 5. L
Lпр Lпр
S4S1 S2 S3 S5 S5 S4 S3 S2 S1
t,доб
x, м
(б) (в)
Ymax
f2f2
S1
Y2 S2
Y2
S3
Y2
n3
Y1
n1
Y1
n2
S4
n4
S5
n5
Lпр
0.5L
L
U U U2
Y f( )2
Lпр
L
Рисунок 3. Образование двух полостей выгазовывания при смыкании полости над серединой выгазованного простран-
ства: (а) условия формирования полости выгазовывания над газогенератором в динамике (сечения S1 – S5);
(б) закрытая полость с параметрами зоны защемления и размеров полости (сечения S1 – S5); (в) формирова-
ние двух полостей при закрытии полости в сечении S5; 1 – дутьевая скважина; 2 – газоотводящая скважи-
на; 3 – полость выгазованного пространства; 4 – закрывающаяся полость выгазованного пространства
газогенератора
V. Falshtynskyi, V. Lozynskyi, P. Saik, R. Dychkovskyi, M. Tabachenko. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 16-24
20
Зная характер распределения нагрузок на слои,
определяем пространственные смещения породной
толщи по мере газификации буроугольного пласта.
Ширина полостей u′ определяется из выражения
2fLu −=′ , (20)
где:
L – предельный полупролет пород непосред-
ственной кровли, м;
f2 – ширина опорной зоны на уровне непосред-
ственной кровли, м.
Определяем площадь полости выгазовывания исхо-
дя из рассматриваемых сечений S1 – S5, при maxуl ≤ :
2
1⋅⋅= nbn unS . (21)
На Рисунку 4 показаны параметры формирования
открытой (а) и закрытой (б) полостей выгазовывания.
(а)
Y f2
a
Ymax
f2 L > L пр2
L
d
c
Y1
2
1
(б)
Y f2
a
Ymax
f2 L L пр ≈2
Lпр
d
c
Y1
2
1
L
и
Рисунок 4. Формирование полостей расслоения при
газификации угольного пласта: (а) открытая
полость; (б) закрытая полость
Площади полостей определяются из выражений:
– вариант (а):
( ) ( )
2
1
212 ⋅−⋅−= γγdLS r , (22)
– вариант (б):
( ) ( ) ,
2
1
212 ⋅−⋅−= γγfLS ADC (23)
( ) ( )пр
f
ABC lLS −⋅−= 2
max2
1 γγ , (24)
где:
SADC
– площадь закрывающейся полости по тре-
угольнику ADC, м2;
SABC – площадь закрытой полости по треугольнику
АВС, м2;
L – полная длина полупролета рассматриваемого
слоя (2-го верхнего слоя), м;
f2 – ширина опорной зоны на уровне почвы, м;
d2 – расстояние от конца опорной зоны до точки
формирования полости, м;
уf
2 – опускание слоев до точки расслоения, м;
Sr – площадь открытой полости, м2;
lпр – предельный полупролет основной кровли, м;
у1 и у2 – опускания породных слоев от начала
координат, мм.
Объем полости после выгазовывания пласта опре-
деляется из параметров, представленных на Рисунке 5.
0
5
10
15
20
25
S, м 2
S x( ) S x1( ) S x2( )
V
f2
X,м
t, сут
d
b
a
f2
t=0
S=const
Рисунок 5. Графическая схема к определению объема
полости после выгазовывания пласта в под-
земном газогенераторе
Исходя из построенной графической схемы, нахо-
дим объем полости выгазовывания, сформированной
из трех геометрических фигур:
++=
в
а
д
с
dxxSвсxSdxxSV )()(2)( 21 . (25)
Разность между максимальным опусканиями сло-
ев породы определяет максимальную высоту полости
выгазовывания пласта:
( ) ( )xyxyW 21 −=′ . (26)
Для установления закономерностей формирова-
ния полостей расслоения и поведения основной и
непосредственной кровли при выгазовывании буро-
угольного пласта в условиях месторождения Legnica
Polnoc (Польша) был выбран стратиграфический
разрез по скважинам (Nowak & Kudelko, 2012) кото-
рый являлся наиболее характерный для породной
толщи, вмещающей газифицируемый угольный пласт
марки Б3.
Способ подготовки подземного газогенератора
наклонными скважинами с учетом формирования
выгазованного пространства и полостей расслоения
пород кровли представлены на Рисунке 6, 7.
V. Falshtynskyi, V. Lozynskyi, P. Saik, R. Dychkovskyi, M. Tabachenko. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 16-24
21
Рисунок 6. Способ подготовки подземного газогенерато-
ра: 1 – дутьевая наклонная скважина; 2 – газо-
отводящая наклонная скважина; 3 – канал
подземного газогенератора; 4 – буроугольный
пласт, 5 – брекчия; 6 – битонитовые глины;
7 – глина; 8 – пески
Рисунок 7. Формирования выгазовыванного простран-
ства и полостей расслоения в породах непо-
средственной и основной кровли при газифи-
кации буроугольного пласта: 1, 2 – дутьевая и
газоотводящая скважины; 3 – выгазованное
пространство; 5, 6 – полости расслоения
Согласно результатам расчета, в 5 и 11 м над
угольной толщей по нормали от пласта формируются
полости расслоения (Табл. 1) с отставанием от огне-
вого забоя на 1.4 – 1.95 м.
Форма полостей подковообразная, подвигание
полостей – вслед за огневым забоем, при этом их
ширина изменяется в пределах 13.5 – 8.4 м. В выга-
зованном пространстве в 18 – 23 м от огневого забоя
нормальные нагрузки близки к силам гравитации.
Основная кровля буроугольного пласта представлена
лессами и глинами мощностью 5.8 – 7.4 м, крепостью
f = 1 – 1.2. Модуль деформации пород, составляющих
основную кровлю в массиве – Е0 = 1.16·104 МПа, над
выгазованным пространством – Еп = 0.49·104 МПа, а
полный полупролет подземного газогенератора –
L = 24.1 – 22.6 м.
Анализируя результаты математического моде-
лирования напряженно-деформированного состоя-
ния пород основной кровли, можно констатировать,
что опускания над огневым забоем при заданных
технологических параметрах составляют 412.1,
453.5 и 497.8 мм, максимальные опускания в сече-
нии 22.6 м 3475.4 мм. Горизонтальные перемещения
в рассматриваемом породном слое над огневым
забоем – 182.6 мм, максимальные в 5.2 м от огнево-
го забоя – 318.9 мм. Горизонтальные деформации в
породах основной кровли составляют 6.5 – 8.2 мм/м,
что приводит к образованию вертикальной трещи-
новатости с интенсивностью 6 – 13 трещин на 1 п.м.
При сопротивлении пород на сжатие 10 Мпа, на
скалывание 3.4 МПа и на отрыв 0.1 МПа будет
наблюдаться обрушение породного слоя. Породный
слой, залегающий непосредственно над пластом
бурого угля, представлен глинами и сланцем крепо-
стью f = 1 – 1.3, мощностью 2.7 – 3.2 м, который при
опускании расслаивается на две породные пачки
2.0 – 1.3 м.
Математическая модель напряженно-деформи-
рованного состояния пород непосредственной кровли
учитывает механические свойства пород и техноло-
гические параметры газификации угольного пласта.
Результаты расчета напряжено-деформированного
состояния нижней пачки породного слоя непосред-
ственной кровли при выгазовывании буроугольного
пласта приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Физические параметры эпюр нагрузки, опускания и напряжения при изгибе нижней пачки породного слоя
непосредственной кровли
Физические
параметры, МПа
Опускания нижней пачки пород
кровли, мм
Напряжения, МПа
Длина
забоя, м
Подвиганные
забоя, м/сут
S1 S2 Z1
над
забоем
2.0 м 22.6 м Gcж Gр Фmax L V
5.8 2.6 0.35 497.8 1091 3475.4 17.4 3.51 0.72 30 1.1
6.4 3.1 0.62 453.5 1044 3342.6 19.5 5.42 1.03 30 1.6
7.3 4.6 0.98 412.1 998 3230.7 21.8 6.83 1.16 30 2
Породы слоя кровли и почвы, непосредственно
прилегающие к огневому забою газогенератора,
склонны к вспучиванию под воздействием высоких
температур. Это обусловливается наличием химиче-
ских компонентов в породах кровли: SiO2 – 70%,
Al2O3/SiO2 – 0.29%, С – 1.52%, что характеризуется
коэффициентом вспучивания КВ = 1.52. Уменьшение
опускания породного слоя также обусловлено нали-
чием зольного остатка мощностью 0.31 – 0.38 м.
При данных условиях будет наблюдаться обруше-
ние породного слоя кровли с расслоением и растрес-
киванием его под действием горного давления и высо-
ких температур. При отсутствии крепления в подзем-
ном газогенераторе опускания пород кровли в 2.0 м от
забоя достигнут 1072 мм, а в 22.6 м – 3475.4 мм. В
этой точке кровля сомкнется с зольным остатком на
почве, что приведет в дальнейшем к формированию
зоны реакций в выгазованном пространстве.
Ширина выгазовыванного пространства подзем-
ного газогенератора с учетом максимального значе-
ния коэффициента реагирования бурого угля
КР.V. = 0.753 составит:
V. Falshtynskyi, V. Lozynskyi, P. Saik, R. Dychkovskyi, M. Tabachenko. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 16-24
22
3.30753.02.40.. =⋅⋅= VPKlh , м, (27)
где:
lв – длина реакционного канала подземного газо-
генератора с учетом выгазованного пространства у
скважин, lв = 40.2 м.
Результаты расчетов параметров выгазованного
пространства подземного газогенератора с учетом
остаточной золы тЗ = 0.29 – 0.38 м и коэффициента
вспучивания пород непосредственной кровли
КВ = 1.32 – 1.54 представлены в Таблице 2.
Таблица 2. Параметры выгазованного пространства и полостей расслоения в породах кровли при газификации
буроугольного пласта
Длина огневого кана-
ла подземного газоге-
нератора, м
Скорость подвигания огневого забоя, м/сут
1.1 1.6 2.0
hmax,
мм
Vpmax,
м3
Vpmin,
м3
hmax,
мм
Vpmax,
м3
Vpmin,
м3
hmax,
мм
Vpmax,
м3
Vpmin,
м3
30
выгазованное пространство – 3
1565 1759 753 1784 1804 817 1813 1868 1005
полость расслоения – 5
812 1064 479 985 1214 538 1105 1250 582
полость расслоения – 6
397 655 283 461 729 372 596 846 407
выгазованное пространство – 3
1420 1602 712 1456 1658 747 1494 1740 853
25
полость расслоения – 5
561 724 270 596 915 383 680 1012 418
полость расслоения – 6
288 441 218 357 634 246 439 707 281
В ходе аналитических исследований установлены
параметры полости выгазовывания и полостей рас-
слоения в породах кровли над подземным газогене-
ратором, подготовленным наклонными эксплуатаци-
онными скважинами с учетом горно-геологических
условий и технологических параметров выгазовыва-
ния угольного пласта (Рис. 8).
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
2
1
3
4
5
6
1 1 3. 1 6. 1 9.
В
ы
ра
бо
та
нн
ое
п
ро
ст
ра
н
ст
во
,м
V
pm
ax
3
Скорость газификации, м/сутV,
1 15. 1 45. 1 75.
Рисунок 8. Максимальные параметры выработанного
пространства и полостей расслоения в по-
родной толще над газогенератором в зависи-
мости от длины реакционного канала и ско-
рости газификации буроугольного пласта:
1, 4, 6 – длина реакционного канала 25 м; 2, 3,
5 – длина реакционного канала 30 м
Опускания земной поверхности в условиях при-
менения инъекционной закладки при газификации
слоя буроугольного пласта определяются из выра-
жения:
( ) рвзycp KKmKmh ⋅⋅+−= .Δ , (28)
где:
∆h – опускание земной поверхности при газифи-
кации угольного пласта, м;
m – мощность слоя бурого угля, m = 4 м;
Kср.y – усредненный коэффициент усадки массива,
Kср.y = 1.15;
тз – мощность золоостатка, тз = 0.38м;
Kв – коэффициент вспучивания пород, Kв = 1.52;
Kp – коэффициент разрыхления, Kp = 1.14.
Подставим в уравнение значения, характерные
при газификации буроугольного пласта Б3:
( ) 52.114.152.138.005.14 =⋅⋅+−=hΔ , м. (29)
Опускание земной поверхности при газификации
слоя буроугольного пласта составит 1.52 м без за-
кладки деформированных пород и выгазованного
пространства газогенератора.
Неоднородность слоистого массива, сложный ма-
тематический аппарат теории пластичности и упру-
гости дают приближенное описание поведения гор-
ного массива при ведении очистных работ. Модели-
рование сплошного слоистого горного массива не
дает возможности учитывать горно-геологические
факторы, например, прочность пород, мощность
породных слоев, расположение в толще породного
массива, трещиноватость и т.д.
V. Falshtynskyi, V. Lozynskyi, P. Saik, R. Dychkovskyi, M. Tabachenko. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 16-24
23
3. ВЫВОДЫ
Под воздействием температур, возникающими в
процессе газификации, породы кровли и почвы пла-
ста вспучиваются, увеличиваясь в объеме, кроме того
в зависимости от зольности пласта на почве газоге-
нератора остается зольный остаток. Все эти факторы
оказывают влияние на параметры области деформа-
ции пород вокруг подземного газогенератора.
Установленные параметры напряжено-деформи-
рованного состояния породоугольной толщи, выгазо-
ванного пространства и полостей расслоения при
выгазовывании буроугольного пласта позволяют
определить параметры деформации дневной поверх-
ности над газогенератором.
Определив параметры выгазованного простран-
ства и зон расслоения породной толщи над ним, раз-
рабатываются параметры закладочных работ с целью
обеспечения герметичности газогенератора, надеж-
ности и адаптивности процесса газификации, предот-
вращения деформаций на дневной поверхности газо-
генератора.
БЛАГОДАРНОСТЬ
Работа выполнена в рамках реализации проекта:
“Development the technical parameters and technologies
of borehole underground coal seams gasification at shal-
low depths” No 0109U004382, по обоснованию целе-
сообразности технологии СПГУ для условий буро-
угольного месторождения Западной Польши.
REFERENCES
Astafiev, D., & Shapovalov, Y. (2013). On the question of imple-
mentation prospects of selective mining for exploitation un-
conditional coal seams. Mining Of Mineral Deposits, 313-317.
http://dx.doi.org/10.1201/b16354-58
Bhutto, A., Bazmi, A., & Zahedi, G. (2013). Underground coal
gasification: From fundamentals to applications. Progress
In Energy And Combustion Science, 39(1), 189-214.
http://dx.doi.org/10.1016/j.pecs.2012.09.004
Den’gina, N., Kazak, V., & Pristash, V. (1993). Changes in rocks at
high temperatures. Journal of Mining Science, 29(5), 472-477.
http://dx.doi.org/10.1007/bf00733026
Dychkovskyi, R., Falshtynskyi, V., Lozynskyi, V., & Saik, P.
(2015). Development the concept of borehole underground
coal gasification technology in Ukraine. New Developments
in Mining Engineering 2015, 91-95.
http://dx.doi.org/10.1201/b16354-23
Falshtyns’kyy, V., Dychkovs’kyy, R., Lozyns’kyy, V., & Saik, P.
(2013). Justification of the gasification channel length in un-
derground gas generator. Mining of Mineral Deposits, 125-132.
http://dx.doi.org/10.1201/b19901-18
Falshtynskyi, V., Dychkovskyi, R., Lozynskyi, V., & Saik, P.
(2013). Determination of the Technological Parameters of
Borehole Underground Coal Gasification for Thin Coal
Seams. Journal of Sustainable Mining, 12(3), 8-16.
http://dx.doi.org/10.7424/jsm130302
Falshtynskyy, V., Dychkovskyy, R., Lozynskyy, V., & Saik, P.
(2012). New method for justification the technological pa-
rameters of coal gasification in the test setting. Geomechan-
ical Processes during Underground Mining: School of Un-
derground Mining 2012, 201-208.
http://dx.doi.org/10.1201/b13157-35
Kapusta, K., Stańczyk, K., Wiatowski, M., & Chećko, J.
(2013). Environmental aspects of a field-scale underground
coal gasification trial in a shallow coal seam at the Experi-
mental Mine Barbara in Poland. Fuel, 113, 196-208.
http://dx.doi.org/-10.1016/j.fuel.2013.05.015
Kononenko, M., & Khomenko, O. (2010). Technology of sup-
port of workings near to extraction chambers. New Tech-
niques and Technologies in Mining, 193-197.
http://dx.doi.org/10.1201/b11329-32
Lozynskyi, V.H., Dychkovskyi, R.O, Falshtynskyi, V.S., &
Saik, P.B. (2015). Revisiting possibility to cross disjunctive
geological faults by underground gasifier.. Naukovyi Visnyk
Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 22-27.
Morris, J.P., Buscheck, T.A., & Hao, Y. (2009). Coupled geo-
mechanical simulations of UCG cavity evolution.
In Proceedings of the 2009 International Pittsburgh Coal
Conference, Pittsburgh PA.
Nowak, J., & Kudelko, J. (2012). LGOM region as a perspective
power energy basin and implementation of innovative lignite
development methods. Mineral Economics, 25(2-3), 65-70.
http://dx.doi.org/10.1007/s13563-012-0024-y
Otto, C., & Kempka, T. (2015). Thermo-Mechanical Simula-
tions of Rock Behavior in Underground Coal Gasification
Show Negligible Impact of Temperature-Dependent Param-
eters on Permeability Changes. Energies, 8(6), 5800-5827.
http://dx.doi.org/10.3390/en8065800
Perkins, G., & Sahajwalla, V. (2007). Modelling of Heat
and Mass Transport Phenomena and Chemical Reaction
in Underground Coal Gasification. Chemical Engineer-
ing Research And Design, 85(3), 329-343.
http://dx.doi.org/10.1205/cherd06022
Savostianov, A.V., & Klochkov, V.H. (1992). Upravlenie
sostoyaniem massiva hornyh porod (p. 276). Dniprope-
trovsk: National Mining University.
Vorobiev, O.Y., Morris, J.P., Antoun, T.H., & Friedmann, S.J.
(2008). Geomechanical simulations related to UCG activities.
International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, PA.
Wachowicz, J., Łączny, J., Iwaszenko, S., Janoszek, T., & Cempa-
Balewicz, M. (2015). Modelling of Underground Coal Gasifi-
cation Process Using CFD Methods / Modelowanie Procesu
Podziemnego Zgazowania Węgla Kamiennego Z Zasto-
sowaniem Metod CFD. Archives Of Mining Sciences, 60(3).
http://dx.doi.org/10.1515/amsc-2015-0043
Wolf, K., & Bruining, H. (2007). Modelling the interaction
between underground coal fires and their roof rocks. Fuel,
86(17-18), 2761-2777.
http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2007.03.009
Yang, D., Sarhosis, V., & Sheng, Y. (2014). Thermal-mechanical
modelling around the cavities of underground coal gasifica-
tion. Journal Of The Energy Institute, 87(4), 321-329.
http://dx.doi.org/10.1016/j.joei.2014.03.029
ABSTRACT (IN RUSSIAN)
Цель. Подземная газификация угля, как комплексный и технически сложный процесс, во многих аспектах
требует поддержки, оказываемой с помощью компьютерного моделирования или аналитических расчетов по-
ведения горного массива. Однако, чрезвычайно мало известно о формировании полостей расслоения в породах
кровли при подземной газификации угля. В исследовании формирования полостей расслоения и деформаций
горных пород горным давлением, где методы расчета базируются на гипотезах или статистической информа-
ции, используется ряд гипотез. Основная цель заключается в изучении поведения горного массива и формиро-
вании полостей расслоения при подземной газификации угля мощного угольного пласта.
V. Falshtynskyi, V. Lozynskyi, P. Saik, R. Dychkovskyi, M. Tabachenko. (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 16-24
24
Методика. В качестве методики исследования в настоящей работе были использованы аналитические рас-
четы. В статье на основе теории упругости, устойчивости и максимального равновесия разработана и использо-
вана математическая модель напряженно-деформированного состояния горного массива.
Результаты. Анализ геомеханических моделей газификации угля вместе с их математическим формулированием
является основным результатом, описанным в данной статье. Приведены уравнения для обоснования параметров
полостей расслоения над выработанным пространством подземного газогенератора. Соответственно, рассчитаны
объемы полостей расслоения в зависимости от длины реакционного канала. Результаты оказывают значительное
влияние на подготовку газогенераторов и конечную эффективность процесса газификации.
Научная новизна. В работе представлены результаты, полученные путем аналитических расчетов поведе-
ния горного массива в процессе газификации мощных угольных пластов. Авторами реализована математиче-
ская модель на основе метода, предложенного проф. А. Савостяновым, который был использован при проведе-
нии расчетов.
Практическая значимость. Полученные данные служат отправной точкой для дальнейших исследований и
аналитических расчетов поведения горного массива. Результаты, приведенные в статье, могут быть полезны
при проведении предварительной оптимизации и анализе газификации угольных пластов, а также являться
базисом для обоснования более продвинутых геомеханических моделей.
Ключевые слова: газификация, газогенератор, горный массив, полости расслоения, выгазованное пространство
ABSTRACT (IN UKRAINIAN)
Мета. Підземна газифікація вугілля, як комплексний і технічно складний процес, у багатьох аспектах вима-
гає підтримки, яка надається за допомогою комп'ютерного моделювання або аналітичних розрахунків поведін-
ки гірського масиву. Проте, дуже мало відомо про формування порожнин розшарування в породах покрівлі при
підземної газифікації вугілля. У дослідженні формування порожнин розшарування і деформацій гірських порід
гірським тиском, де методи розрахунку базуються на гіпотезах або статистичній інформації, використовується
ряд гіпотез. Основна мета полягає у вивченні поведінки гірського масиву і формування порожнин розшаруван-
ня при підземній газифікації вугілля потужного вугільного пласта.
Методика. В якості методики дослідження для представленої роботи були використані аналітичні розраху-
нки. В статті на основі теорії пружності, стійкості і максимальної рівноваги розроблена і використана матема-
тична модель напружено-деформованого стану гірського масиву.
Результати. Аналіз геомеханічних моделей газифікації вугілля разом з їх математичним формулюванням є осно-
вним результатом, що представлений в даній статті. Представлені рівняння для обґрунтування параметрів порожнин
розшарування над виробленим простором підземного газогенератора. Відповідно, розраховані об’єми порожнин
розшарування в залежності від довжини реакційного каналу. Результати мають значний вплив на підготовку газоге-
нераторів і кінцеву ефективність процесу газифікації.
Наукова новизна. У роботі представлені результати, що були отримані з аналітичних розрахунків поведінки
гірського масиву в процесі газифікації потужних вугільних пластів. Авторами реалізована математична модель, на
основі методу, запропонованого проф. О. Савостяновим, що був представлений для проведення розрахунків.
Практична значимість. Отримані дані служать відправною точкою для подальших досліджень і аналітич-
них розрахунків поведінки гірського масиву. Результати, наведені в статті, можуть бути корисні при проведенні
попередньої оптимізації та аналізі газифікації вугільних пластів, а також бути базисом для обґрунтування більш
просунутих геомеханічних моделей.
Ключові слова: газифікація, газогенератор, гірський масив, порожнини розшарування, вигазований простір
ARTICLE INFO
Received: 24 September 2015
Accepted: 29 October 2015
Available online: 30 March 2016
ABOUT AUTHORS
Volodymyr Falshtynskyi, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Underground Mining
Department, National Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 4/62, 49006, Dnipropetrovsk, Ukraine. E-mail:
fvs@yahoo.com
Vasyl Lozynskyi, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Underground Mining Department,
National Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 4/61, 49005, Dnipropetrovsk, Ukraine. E-mail:
lvg.nmu@gmail.com
Pavlo Saik, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Underground Mining Department, National
Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 4/63, 49006, Dnipropetrovsk, Ukraine. E-mail: saik.pb@i.ua
Roman Dychkovskyi, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Underground Mining Department, National Mining
University, 19 Yavornytskoho Ave., 4/61, 49006, Dnipropetrovsk, Ukraine. E-mail: dichre@yahoo.com
Mykola Tabachenko, Candidate of Technical Sciences, Professor of the Underground Mining Department, National
Mining University, 19 Yavornytskoho Ave., 4/61, 49006, Dnipropetrovsk, Ukraine. E-mail: tabachenko@i.ua
|