Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин

Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин

Установлена степень влияния пустот разного объема на разгрузку горного массива и представлены основы метода расчета параметров разгрузочных скважин.

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2011
1. Verfasser: Мельников, Д.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2011
Schriftenreihe:Физико-технические проблемы горного производства
Schlagworte:
Прогноз и управление состоянием горного массива
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108176
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:Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин / Д.В. Мельников // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2011. — Вип. 14. — С. 93-98. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-108176
record_format dspace
spelling irk-123456789-1081762016-10-31T03:02:57Z Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин Мельников, Д.В. Прогноз и управление состоянием горного массива Установлена степень влияния пустот разного объема на разгрузку горного массива и представлены основы метода расчета параметров разгрузочных скважин. Встановлено ступінь впливу порожнин різного об'єму на розвантаження гірничого масиву і представлені основи методу розрахунку параметрів розвантажувальних свердловин. Effect of cavities of different volume on a rock mass stress relief is established and basics of relief well parameters calculation method are presented. 2011 Article Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин / Д.В. Мельников // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2011. — Вип. 14. — С. 93-98. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. XXXX-0016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108176 622.831.322 ru Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Прогноз и управление состоянием горного массива
Прогноз и управление состоянием горного массива
spellingShingle Прогноз и управление состоянием горного массива
Прогноз и управление состоянием горного массива
Мельников, Д.В.
Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин
Физико-технические проблемы горного производства
description Установлена степень влияния пустот разного объема на разгрузку горного массива и представлены основы метода расчета параметров разгрузочных скважин.
format Article
author Мельников, Д.В.
author_facet Мельников, Д.В.
author_sort Мельников, Д.В.
title Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин
title_short Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин
title_full Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин
title_fullStr Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин
title_full_unstemmed Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин
title_sort основы метода расчета параметров разгрузочных скважин
publisher Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate 2011
topic_facet Прогноз и управление состоянием горного массива
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108176
citation_txt Основы метода расчета параметров разгрузочных скважин / Д.В. Мельников // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2011. — Вип. 14. — С. 93-98. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv AT melʹnikovdv osnovymetodarasčetaparametrovrazgruzočnyhskvažin
first_indexed 2025-07-07T21:04:55Z
last_indexed 2025-07-07T21:04:55Z
_version_ 1837023674082787328
fulltext Физико-технические проблемы горного производства 2011, вып. 14 93 УДК 622.831.322 Д.В. Мельников ОСНОВЫ МЕТОДА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ РАЗГРУЗОЧНЫХ СКВАЖИН Институт физики горных процессов НАН Украины Установлена степень влияния пустот разного объема на разгрузку горного массива и представлены основы метода расчета параметров разгрузочных скважин. Согласно «Правилам…» [1], расчет диаметра разгрузочных скважин, учи- тывающего напряженно-деформированное состояние (НДС) горного масси- ва, не предусмотрен. Однако в связи с рядом газодинамических явлений (ГДЯ), произошедших при их бурении диаметром 150–300 мм на глубинах более 800 м, возникла необходимость уточнения этого параметра, поскольку разгрузочные скважины по условиям применения являются наиболее техно- логичным методом борьбы с ГДЯ, особенно в сочетании с комбайновым проведением выработок [2, 3]. Дальнейшее использование этого метода тре- бует обоснования ряда закономерностей, учитывающих влияние полостей различных объемов на механизм разрушения газонасыщенных углей при разгрузке, активизирующей процессы выбросов угля и газа. Таким образом, установление оптимальных параметров скважин с учетом разной степени выбросоопасности угольных пластов на больших глубинах является акту- альной научной задачей. Цель работы заключается в обосновании методики расчета оптимальных параметров разгрузочных скважин, исключающих проявление газодинами- ческой активности угольного массива. Для определения оптимальных параметров разгрузочных скважин необ- ходимо установить степень влияния полостей различного объема на НДС угольного массива. Для этого были проведены экспериментальные исследования по установ- лению закономерностей деформирования угольных образцов, ослабленных цилиндрическими полостями диаметром D = 0,6–1,2 см в условиях объемного неравнокомпонентного нагружения, моделирующего состояние призабойной зоны пласта. Деформирование образцов производилось на установке неравно- компонентного трехосного сжатия (УНТС) по программе нагружения [4]: σ1 ≠ σ2 ≠ σ3, Физико-технические проблемы горного производства 2011, вып. 14 94 где σ1 = kγH – вертикальная составляющая горного давления, k – коэф- фициент концентрации (k = 2–5), γ – средневзвешенный объемный вес горных пород, Н – глубина залегания пласта (Н = 800–1000 м); σ2 – про- межуточная составляющая горного давления ( 2 1 V k H V     ), V – коэф- фициент Пуассона; σ3 – минимальная составляющая горного давления (σ3 = σсж). Результаты исследований представлены в виде зависимости ср = f(D) (рис. 1). Анализ кривых показывает обратно пропорциональную зависимость между диаметром полостей и уровнем средних напряжений, определяющих их устойчивость. Учитывая программу нагружения ср = f(D), можно уста- новить структуру формулы для расчета диаметра разгрузочной полости в размерном виде: 0 1 ( ( )) ср пр D D f Q         , (1) где D0 – диаметр полости в изотропном упругом слое, моделирующий угольный пласт при условии отсутствия взаимовлияния их границ, σср – ве- личина горного давления (σср = Н), σ1 = σпр – предельная прочность угля в условиях объемного неравнокомпонентного сжатия с учетом газонасыщен- ности, Q – газоносность угольного массива. Параметр D0 определяется решением задачи Ляме для толстостенных труб [5] и его величина составляет D = 0,23m, где m – мощность угольного пласта. Предельную прочность угля с учетом газонасыщенности необходи- мо устанавливать для каждого конкретного пласта. Для угля средней стадии метаморфизма с прочностью на сжатие 5–7 МПа оценку предельной проч- ности с учетом сорбционной метаноемкости угля (Q) можно производить по формуле [4]: 0,058 пр 69,7 18,9Qе   . (2) Рис. 1. Зависимость ср = f(D), характеризующая устойчивое состояние полостей в условиях объемного нагружения Физико-технические проблемы горного производства 2011, вып. 14 95 Окончательный вид расчетной формулы для определения диаметра раз- грузочных скважин в угольном массиве с учетом газонасыщенности: 0,058 0,23 1 69,7 18,9 H Q D m e          . (3) Используя закономерности снижения напряженного состояния моделиру- емого угольного массива при образовании рагрузочной полости [4], была установлена зависимость ср = f(V) (рис. 2), характеризующая степень уменьшения напряженного состояния для полостей различного объема: ср 100 11,35 , %V   . (4) Установленная закономерность позволяет задавать уровень снижения напряженного состояния угольного массива и производить расчет количе- ства скважин n с учетом диаметра, не вызывающего выбросоопасных ситуа- ций при бурении. Расчет выполняется по формуле: скв V n V   , (5) где ΔV – эффективный объем извлекаемого угля, определяемый по зависи- мости ср = f(V) (рис. 2), Vскв – объем скважины. Механизм действия опережающих скважин заключается в снижении напряженного состояния угольного массива за счет извлечения объема угля по всей призабойной зоне, упругом ее восстановлении, приводящем к воз- растанию газопроницаемости и формированию новых условий, способству- ющих интенсивной десорбции метана из угля. В частности, при объеме полости 3,5–4,5 % количество буровых скважин обеспечивает образование непрерывной щели и уровень снижения НДС бо- лее чем на 50%. Это в свою очередь вызывает изменение механизма десорб- ции метана из угля, который в исходном (неразгруженном) состоянии опре- деляется процессом эффективной диффузии, а при уменьшении ср про- цессом фильтрации, обеспечивая ликвидацию природных факторов выбро- соопасности. Рис. 2. Зависимость ср = f(V), характеризующая уровень сни- жения напряжений в моделиру- емом угольном массиве при формировании полостей различ- ного объема Физико-технические проблемы горного производства 2011, вып. 14 96 Используя полученные ранее зависимости изменения коэффициента прони- цаемости К от σср (рис. 3) [6], можно определить значения К от уровня изме- нения напряженного состояния. Учитывая, что движение газа происходит в трещиновато-пористом кол- лекторе, и предполагая, что в угольном массиве установилась плоскоради- альная фильтрация, время, за которое произойдет снижение газоносности части угольного массива, нужно расчитывать по формуле [7]:       2 к cкв 2 ф п c п 3 c п ln 1 1 / / R nh r t К Q b a Q Q b a Q           , (6) где γ – объем пор в угле, n – количество скважин, h – расстояние между сква- жинами,  – динамическая вязкость метана,  – комплексный параметр тре- щиноватости угля, Rк – радиус притока метана к разгрузочным скважинам, rскв – радиус разгрузочной скважины, Кф – коэффициент проницаемости угля в условиях объемного нагружения, Qп – природная метаноносность угля, b – параметр сорбции, ac – предельная сорбционная способность угля, Q3 – сорб- ционная метаноемкость, исключающая проявление выбросов угля и газа. Определение комплексного параметра трещиноватости β производится по формуле [7]:   o 1 2 l E      , (7) где l – среднее расстояние между трещинами, о – раскрытие трещин. Таким образом, для оценки времени десорбции метана до безопасного уровня газоносности (не более 6 м3/т) необходимо установить степень сни- жения напряженного состояния угольного массива с учетом объема эффек- Рис. 3. Зависимость К = f(ср), характеризующая газопроница- емость угля при изменении его напряженного состояния Физико-технические проблемы горного производства 2011, вып. 14 97 тивной полости по зависимости (рис. 2), а по графику (рис. 3) определить коэффициент фильтрации. С использованием этой методологии был проведен оценочный расчет времени снижения газоносности угольного массива для условий 13 конвей- ерного штрека, проводимого по пласту l1 – гор. 1170 м шахты им. А.Ф. За- сядько, и построена зависимость изменения времени десорбции от количе- ства скважин. Результаты расчета приведены в табл. 1 и на рис. 4. Таблица 1 Количество скважин, n 1 3 6 12 18 24 28 Время десорбции, Tд, ч 411,9 179,4 91,8 56,3 41,0 38,5 34,0 Анализ результатов показывает, что при извлечении 3,5 % объема угля (28 скважин) время снижения газоносности составит в среднем 34,0 часа. В целом время десорбции метана из разгружаемого угольного массива за- висит от схемы расположения разгрузочных скважин. В частности, наиболее эффективной схемой является образование из скважин непрерывной поло- сти в средней части угольного массива, параллельной почве (кровле) пласта. При объеме полости более 4,5–5% разгрузка от исходного напряженного со- стояния составит в среднем 70% и проверку времени десорбции метана из угля при любой длине скважины производить не обязательно. В случае лю- бого другого расположения скважин, не обеспечивающих эффективный объем извлекаемого угля и снижение напряженного состояния менее 50%, оценка времени десорбции метана из угля обязательна. 1. Правила ведення гірничих робіт на пластах схильних до газодинамічних явищ [Текст]. – СОУ 10.1.00174088.011–2005. – Київ, МВП України, 2005. – 225с. 2. Бобров И.В. Проведение подготовительных выработок на пластах, опасных по выбросам угля и газа [Текст] / И.В. Бобров. – Макеевка, МакНИИ, 1959. – 200 с. Рис. 4. Зависимость, характери- зующая степень влияния коли- чества скважин на время де- сорбции метана из угольного массива Физико-технические проблемы горного производства 2011, вып. 14 98 3. Чеботков И.П. Подземное бурение скважин на шахтах / И.П. Чеботков [Текст]. – Донецк. – 1969. – 166 с. 4. Стариков Г.П. Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин [Текст] / Г.П. Стариков, Д.В.Мельников, Н.И. Волошина, В.Н. Чисто- клетов // Физико-технические проблемы горного производства. – ИФГП НАНУ. – Донецк, 2005. – № 8. – С.129–133. 5. Лейбензон Л.С. Курс теории упругости [Текст] / Л.С. Лейбензон: изд. 2 –е, доп. и исп. – М.-Л: Гостехиздат, 1947. – 464 с. 6. Стариков Г.П. Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин [Текст] / Г.П. Стариков, Д.В. Мельников, В.В. Завражин, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические пробле- мы горного производства. – ИФГП НАНУ. – Донецк, 2007. – № 10 – С.95–100. 7. Евдокимова В.А. Сборник задач по подземной гидравлике [Текст] / В.А. Евдо- кимова, И.Н. Кочина. – М.: Недра, 1979. – 168 с. Д.В. Мельнiков ОСНОВИ МЕТОДУ РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРIВ РОЗВАНТАЖУВАЛЬНИХ СВЕРДЛОВИН Встановлено ступінь впливу порожнин різного об'єму на розвантаження гірничого масиву і представлені основи методу розрахунку параметрів розвантажувальних свердловин. D.V. Melnikov BASES OF METHOD OF CALCULATION OF PARAMETERS OF UNLOADING MINING HOLES Effect of cavities of different volume on a rock mass stress relief is established and basics of relief well parameters calculation method are presented.

Ähnliche Einträge