Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод
Ультрафильтрация является одним из наиболее перспективных методов очистки сточных вод. При применении данного метода очень важно прогнозировать процесс закупоривания пор мембраны. В работе представлено численная модель для расчета этого процесса. В основу модели положено уравнение движения идеальной...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2014
|
| Schriftenreihe: | Геотехнічна механіка |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109570 |
| 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: | Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод / Н.Н. Беляев, Н.П. Нечитайло // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 225-231. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-109570 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1095702016-12-02T03:03:41Z Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод Беляев, Н.Н. Нечитайло, Н.П. Ультрафильтрация является одним из наиболее перспективных методов очистки сточных вод. При применении данного метода очень важно прогнозировать процесс закупоривания пор мембраны. В работе представлено численная модель для расчета этого процесса. В основу модели положено уравнение движения идеальной жидкости и уравнение массопереноса. Для численного моделирования моделирующих уравнений используются разностные схемы. Численный расчет осуществляется на прямоугольной разностной сетке. Для формирования вида расчетной области и ее изменения в силу закупоривания поры применяется метод маркирования. Модель позволяет рассчитать процесс закупоривания поры при использовании компьютеров малой и средней мощности. Время расчета одного варианта задачи составляет несколько секунд. Представляются результаты проведенного вычислительного эксперимента. Ультрафільтрація є одним з найбільш перспективних методів очищення стічних вод. При застосуванні цього методу дуже важливо прогнозувати процес закупорювання пір мембрани. У роботі представлено чисельна модель для розрахунку цього процесу. У основу моделі покладено рівняння руху ідеальної рідини і рівняння масопереносу. Для чисельного моделювання моделюючих рівнянь використовуються різницеві схеми. Чисельний розрахунок здійснюється на прямокутній різницевій сітці. Для формування виду розрахункової області і її зміни в силу закупорювання пори застосовується метод маркування. Модель дозволяє розрахувати процес закупорювання пори при використанні комп'ютерів малої і середньої потужності. Час розрахунку одного варіанту завдання складає декілька секунд. Видаються результати проведеного обчислювального експерименту. Ultrafiltration is one of the most promising methods of wastewater treatment. With this method it is very important to predict the process of clogging the pores of the membrane. In this paper we presented a numerical model of the process. The model is based on equations of motion of an ideal fluid and mass transfer equation. For numerical simulation the finite difference schemes are used. The numerical calculation is carried out on a rectangular grid. For the formation of the computational domain and its change due to the clogging of the pores markers are used. The model allows to calculate the process of clogging pores using computers small and medium power. Calculation time of one variant of the problem is a few seconds. The results of a computational experiment are presented. 2014 Article Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод / Н.Н. Беляев, Н.П. Нечитайло // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 225-231. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109570 622.5: 628.35 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Ультрафильтрация является одним из наиболее перспективных методов очистки сточных вод. При применении данного метода очень важно прогнозировать процесс закупоривания пор мембраны. В работе представлено численная модель для расчета этого процесса. В основу модели положено уравнение движения идеальной жидкости и уравнение массопереноса. Для численного моделирования моделирующих уравнений используются разностные схемы. Численный расчет осуществляется на прямоугольной разностной сетке. Для формирования вида расчетной области и ее изменения в силу закупоривания поры применяется метод маркирования. Модель позволяет рассчитать процесс закупоривания поры при использовании компьютеров малой и средней мощности. Время расчета одного варианта задачи составляет несколько секунд. Представляются результаты проведенного вычислительного эксперимента. |
| format |
Article |
| author |
Беляев, Н.Н. Нечитайло, Н.П. |
| spellingShingle |
Беляев, Н.Н. Нечитайло, Н.П. Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Беляев, Н.Н. Нечитайло, Н.П. |
| author_sort |
Беляев, Н.Н. |
| title |
Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод |
| title_short |
Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод |
| title_full |
Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод |
| title_fullStr |
Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод |
| title_full_unstemmed |
Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод |
| title_sort |
моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109570 |
| citation_txt |
Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод / Н.Н. Беляев, Н.П. Нечитайло // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 115. — С. 225-231. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT belâevnn modelirovaniezakuporivaniâpormembranypriulʹtrafilʹtraciišahtnyhvod AT nečitajlonp modelirovaniezakuporivaniâpormembranypriulʹtrafilʹtraciišahtnyhvod |
| first_indexed |
2025-07-07T23:20:19Z |
| last_indexed |
2025-07-07T23:20:19Z |
| _version_ |
1837032193175584768 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 225
УДК 622.5: 628.35
Н.Н. Беляев, д-р техн. наук, профессор
(ДНУЖТ им. В. Лазаряна)
Н.П. Нечитайло, канд. техн. наук, доцент
(ГВУЗ «ПГАСА»)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАКУПОРИВАНИЯ ПОР МЕМБРАНЫ
ПРИ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ ШАХТНЫХ ВОД
М.М. Біляєв, д-р техн. наук, професор
(ДНУЖТ ім. В. Лазаряна)
Н.П. Нечитайло, канд. техн. наук, доцент
(ДВУЗ «ПДАБА»)
МОДЕЛЮВАННЯ ЗАКУПОРЮВАННЯ ПОР МЕМБРАНИ ПРИ
УЛЬТРАФІЛЬТРАЦІЇ ШАХТНИХ ВОД
N.N. Belyaev, D.Sc. (Tech.), Professor
(DNURT named after V. Lazaryan)
N.P. Nechytaylo, Ph.D. (Tech.), Associate Proftssor
(SHEI «PSACEA»)
MATHEMATICAL MODELING OF THE MEMBRANE PORE CLOSING
IN THE CASE OF THE ULTRAFILTRATION OF MINE WATERS
Аннотация.
Ультрафильтрация является одним из наиболее перспективных методов очистки сточных
вод. При применении данного метода очень важно прогнозировать процесс закупоривания
пор мембраны. В работе представлено численная модель для расчета этого процесса. В осно-
ву модели положено уравнение движения идеальной жидкости и уравнение массопереноса.
Для численного моделирования моделирующих уравнений используются разностные схемы.
Численный расчет осуществляется на прямоугольной разностной сетке. Для формирования
вида расчетной области и ее изменения в силу закупоривания поры применяется метод мар-
кирования. Модель позволяет рассчитать процесс закупоривания поры при использовании
компьютеров малой и средней мощности. Время расчета одного варианта задачи составляет
несколько секунд. Представляются результаты проведенного вычислительного эксперимен-
та.
Ключевые слова: численное моделирование, ультрафильтрация, закупоривание поры
мембраны.
Введение. Одной из важных экологических проблем в горнорудной отрасли
является повышение качества очистки шахтных вод. Для решения этой пробле-
мы начинает применяться ультрафильтрация – один из наиболее перспектив-
ных методов очистки. Но при применении ультрафильтрации возникает один
отрицательный эффект – закупоривание пор мембраны с течением времени.
__________________________________________________________________
© Н.Н. Беляев, Н.П. Нечитайло, 2014
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 226
Поэтому производительность мембран падает, что соответственно влияет на
качество очистки шахтных вод. В этой связи крайне важно иметь расчетные ме-
тодики, которые позволяли бы на этапе принятия проектных решений по очи-
стке шахтных вод прогнозировать эффективность работы мембран для кон-
кретных условий эксплуатации. Поскольку процесс закупоривания поры мем-
браны является крайне сложным, то создание методик прогноза - очень слож-
ная задача [1, 6, 7]. Целью данной работы является разработка CFD модели для
прогнозирования процесса закупоривания поры мембраны при ультрафильтра-
ции.
Моделирующие уравнения.
Рассматривается процесс фильтрации воды, содержащей примесь в поре
мембраны установки для ультрафильтрации (рис.1).
Рисунок 1 – Схема поры мембраны
Для расчета процесса закупоривания поры мембраны используется осред-
ненное по ширине канала (профильная задача) уравнение масопереноса [2,4]
y
C u C v C k C
t x y
C C
x x y y
μ μ
∂ ∂ ∂
+ + + =
∂ ∂ ∂
⎛ ⎞∂ ∂ ∂ ∂⎛ ⎞= +⎜ ⎟ ⎜ ⎟∂ ∂ ∂ ∂⎝ ⎠ ⎝ ⎠
. (1)
где С – концентрация примеси в воде ; u, v, – компоненты вектора скорости
движения потока внутри поры; μ = (μх , μy) – коэффициенты диффузии; t-время;
k - коэффициент скорости сорбции примеси на стенке поры мембраны.
Ось Y направлена вертикально вверх.
Постановка краевых условий для уравнения массопереноса рассмотрена в
работах [4,6].
Профиль скорости на входе в расчетную область (пору) полагается равно-
мерным.
Решение уравнения (1) можно получить, если известно поле скорости пото-
ка внутри поры, причем особенностью процесса является то, что с течением
времени происходит процесс ее закупоривания, а значит, меняется геометриче-
ская форма поры и, как результат этого – изменение поля скорости потока
внутри нее. Для расчета поля скорости потока с учетом этой особенности ис-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 227
пользуется модель потенциального течения. Для решения задачи в такой поста-
новке необходимо проинтегрировать уравнение [2,3]
2 2
2 2 0P P
x y
∂ ∂
+ =
∂ ∂
. (2)
где P - потенциал скорости.
Для уравнения (2) ставятся такие граничные условия [2,3]:
− на твердых стенках поры (где произошло формирование осадка):
0
n
P
=
∂
∂ , где n - единичный вектор внешней нормали к данному участку гра-
ницы;
− на входной границе: (граница втекания потока, а также на боковых
границах поры, где нет закупоривания ) n
P V
n
∂
=
∂
, где nV - известное значе-
ние скорости на этой границе ;
− на выходной границе расчетной области: .constPP 0 += (условия
Дирихле).
Компоненты вектора скорости водного потока рассчитываются на основе
зависимостей
,P Pu v
x y
∂ ∂
= =
∂ ∂
,
Численное интегрирование моделирующих уравнений. Численное ин-
тегрирование уравнений гидродинамики и массопереноса осуществляется на
прямоугольной разностной сетке. Для формирования вида расчетной области и
ее изменения с течением времени, за счет сорбции примеси на стенках поры
используется метод маркирования [2].
Для численного интегрирования уравнения (2) используется метод Либма-
на. [5]. Для численного интегрирования уравнения (1) используется попере-
менно – треугольная неявная разностная схема [2]. Программная реализация
численной модели осуществлена на алгоритмическом языке ФОРТРАН.
Исходные данные для моделирования.
Для 2 – D моделирования процесса закупоривания поры мембраны необхо-
димо задать следующие исходные данные:
1. Диаметр поры мембраны.
2. Длина расчетного участка поры мембраны.
3. Скорость потока на входе в пору мембраны V1 (рис.1).
4. Скорость потока V2 через стенки поры (рис.1).
5. Коэффициент сорбции загрязнителя на стенках поры ‘k’.
6. Концентрацию примеси (загрязнителя в воде) на входе в пору мем-
браны, коэффициент диффузии.
Расчет процесса закупоривания поры мембраны при ультрафильтрации
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 228
осуществляется в следующей последовательности:
1. Задаются исходные данные, форма поры и параметры, определяющие фи-
зическую постановку задачи.
2. Рассчитывается поле потенциала скорости внутри поры.
3. Рассчитывается поле скорости жидкости внутри поры и процесс переноса
примеси с учетом массопереноса через стенки поры со скоростью V2.
4. Рассчитывается процесс сорбции примеси на стенках поры со скоростью,
которая определяется значением коэффициента ‘k’.
5. Определяется количество примеси отсорбированной на стенки поры. Ес-
ли в расчетных ячейках возле стенки поры масса отсорбированного загрязните-
ля соответствует той его массе, которую можно «разместить» в разностной
ячейке, заданного размера, то такая ячейка принимается в качестве элемента
«новой» стенки, которая уже не фильтрует воду. Если это происходит, то изме-
няется форма расчетной области, т.е. форма области, занятой потоком внутри
поры, поскольку на стенках поры образуются накопления, не пропускающие
воду. Поэтому заново осуществляется расчет поля потенциала скорости («пози-
ция «2» данного алгоритма) и расчет повторяется с учетом новой геометриче-
ской формы поры мембраны.
Результаты моделирования. Результаты численного моделирования про-
цесса закупоривания поры мембраны приведены на рис.2 -6. Расчет проводился
в безразмерном виде при следующих исходных данных:
Концентрация примеси в воде на входе в пору равна 100; диметр поры равен
1, длина поры (расчетного участка) равна 2, скорость входящего потока жидко-
сти равна 19, скорость потока, фильтрующегося через стенки поры равна 1, ко-
эффициент сорбции равен 0.1, коєффициент диффузии принят равным 0.7.
На рис.2 показана исходная форма поры мембраны ( расчетная область) пе-
ред началом ультрафильтрации. Видно, что это «прямоугольник», не имеющий
особенностей внутри поры в виде сужения области течения. На последующих
рисунках 3 – 6 показана геометрическая форма поры для различных моментов
времени после начала ультрафильтрации. Из этих рисунков видно, что с тече-
нием времени происходит сужение поры (та часть поры, которая уже не участ-
вует в процессе фильтрации через боковые стороны обозначена числом «0» на
данных рисунках). Также видно, что при принятых исходных данных область
сужения , по форме, напоминает конически расходящийся насадок.
Рисунок 2 Область течения в поре мембраны
для момента времени t=0
(начало ультрафильтрации через мембрану).
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 229
Рисунок 3 – Область течения
для момента времени t=10
(частичное сужение поры мембраны)
Рисунок 4 – Область течения
для момента времени t=32
(существенное сужение поры мембраны)
Рисунок 5 – Область течения
для момента времени t=53
(практически полное сужение поры)
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 230
Рисунок 6 – Распределение концентрации примеси
в поре мембраны для момента времени t=53
(практически полное сужение поры).
Отметим, что для расчета одного варианта задачи потребовалось 15с ком-
пьютерного времени. Таким образом, для решения многопараметрической за-
дачи массопереноса в области сложной геометрической формы, изменяющейся
с течением времени требуются незначительные временные затраты при исполь-
зовании разработанной численной модели.
Выводы. В работе представлена новая численная модель для расчета про-
цесса закупоривания поры мембраны при ультрафильтрации. Дальнейшее со-
вершенствование рассмотренной в работе модели необходимо проводить в на-
правлении ее адаптации к моделированию трехмерного процесса массоперено-
са в порах мембраны.
_____________________________
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Брык, М.Т., Цапюк Е.А. Ультрафильтрация. Киев: Наукова Думка, 1989.
2. Численное моделирование распространения загрязнения в окружающей среде / М. З. Згуров-
ский, В. В. Скопецкий, В. К. Хрущ, Н. Н. Беляев. – К.: Наук. думка, 1997. – 368 с.
3. Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа. / Л.Г. Лойцянский - М.: Наука, 1978. – 735 с.
4. Марчук, Г. И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. / Г.И. Марчук
– М.: Наука, 1982. – 320 с.
5. Самарский, А. А. Теория разностных схем. / А.А. Самарский - М.: Наука, 1983. – 616 с.
6. Polyakov, Yu. S. “Benefical Effect of Practicle Adsorption in UF/MF Outside-In Hollow Fiber Fil-
ters” // Proceedings of the 2005 Annual Meeting of North American Membrane Society, Providence, Rhode
Island, June 11 – 15, 2005, pp. 66 – 77.
7. Polyakov, Yu. S. Hollow fiber membrane adsorber: Mathematical model // J. Member. Sci. 2006. V.
280, P. 610.
REFERENCES
1. Bryik, M.T. and Tsapyuk, E.A. (1989), Ultrafiltratsiya [Ultra-filtration], Naukova Dumka, Kiev,
Ukraine.
2. Zgurovskiy, M.Z., Skopetskiy, V.V., Hrusch, V.K. and Belyaev, N.N. (1997), Chislennoe modeliro-
vaniye rasprostraneniya zagryazneniya v okruzhayuschey srede [Numeral design of distribution of contami-
nation in an environment – Naukova dumka, Kiev, Ukraine.
3. Loytsyanskiy, L. G. (1978), Mehanika zhidkosti i gaza [Mechanics of liquid and gas], Nauka, Mos-
cow, SU.
4. Marchuk, G. I. (1982), Matematicheskoye modelirovaniye v probleme okruzhayuschhey sredy
[Mathematical modeling in the problem of environment], Nauka, Moscow, SU.
5. Samarskiy, A. A. (1983), Teoriya raznostnykh skhem [Theory of difference charts], Nauka, Moscow,
SU.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 231
6. Polyakov Yu. S. “Benefical Effect of Practicle Adsorption in UF/MF Outside-In Hollow Fiber Fil-
ters” // Proceedings of the 2005 Annual Meeting of North American Membrane Society, Providence, Rhode
Island, June 11 – 15, 2005, pp. 66 – 77.
7. Polyakov Yu. S. Hollow fiber membrane adsorber: Mathematical model // J. Member. Sci. 2006. V.
280, P. 610.
_____________________________
Об авторах
Беляев Николай Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Гидравлика и
водоснабжение» Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта
имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, Украина.
Нечитайло Николай Петрович, канд. техн. наук, ассистент кафедры «Гидравлика» Придне-
провской государственной академии строительства и архитектуры, Днепропетровск, Украина.
About the authors
Belyaev Nikolai Nikolaievich, Doctor of Technical Sciences D.Sc (Tech.), professor, head of the de-
partment «Gydraulics and water supply» of Dnepropetrovsk national university of railway transport named
after V. Lazaryan. Dnepropetrovsk, Ukraine.
Nechytailo Nikolai Petrovich, Candidate of Technical Sciences Ph.D. (Tech.), Associate Professor of
the department «Gydraulics» of Pridneprovskaya State Academy of Civil Engineering and Architecture.
_____________________________
Анотація.
Ультрафільтрація є одним з найбільш перспективних методів очищення стічних вод. При
застосуванні цього методу дуже важливо прогнозувати процес закупорювання пір мембрани.
У роботі представлено чисельна модель для розрахунку цього процесу. У основу моделі по-
кладено рівняння руху ідеальної рідини і рівняння масопереносу. Для чисельного моделю-
вання моделюючих рівнянь використовуються різницеві схеми. Чисельний розрахунок здій-
снюється на прямокутній різницевій сітці. Для формування виду розрахункової області і її
зміни в силу закупорювання пори застосовується метод маркування. Модель дозволяє розра-
хувати процес закупорювання пори при використанні комп'ютерів малої і середньої потуж-
ності. Час розрахунку одного варіанту завдання складає декілька секунд. Видаються резуль-
тати проведеного обчислювального експерименту.
Ключові слова:
чисельне моделювання, ультрафільтрація, закупорювання пори мембрани
Abstract.
Ultrafiltration is one of the most promising methods of wastewater treatment. With this method
it is very important to predict the process of clogging the pores of the membrane. In this paper we
presented a numerical model of the process. The model is based on equations of motion of an ideal
fluid and mass transfer equation. For numerical simulation the finite difference schemes are used.
The numerical calculation is carried out on a rectangular grid. For the formation of the computa-
tional domain and its change due to the clogging of the pores markers are used. The model allows to
calculate the process of clogging pores using computers small and medium power. Calculation time
of one variant of the problem is a few seconds. The results of a computational experiment are pre-
sented.
Keywords.
numerical simulation, ultra filtration, decreasing of the pore
Статья поступила в редакцию 25.02.2014
Рекомендовано к печати д-ром техн. наук В.Г. Шевченко
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №115 232
УДК 622.831.312
Е.А.Слащева, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.
И.Н. Слащев, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.
А.А. Яланский, д-р техн. наук, ст. научн. сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
ОСОБЕННОСТИ РЕШЕНИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ДЛЯ
УСЛОВИЙ ОБВОДНЕННОГО ГАЗОНАСЫЩЕННОГО МАССИВА
ГОРНЫХ ПОРОД
О.А. Слащова, канд. техн. наук, ст. наук. співр.
І.М. Слащов, канд. техн. наук, ст. наук. співр.
А.О. Яланський, д-р техн. наук, ст. наук. співр.
(ІГТМ НАН України)
ОСОБЛИВОСТІ ВИРІШЕННЯ ГЕОМЕХАНІЧНИХ ЗАДАЧ ДЛЯ УМОВ
ОБВОДНЕНОГО ГАЗОНАСИЧЕНОГО МАСИВУ ГІРСЬКИХ ПОРІД
E.A. Slashchevа, Ph.D. (Tech.), Senior Researcher,
I.N. Slashchev, Ph.D. (Tech.), Senior Researcher,
A.A. Yalanskiy, D.Sc. (Tech.), Senior Researcher
(IGTM NAS of Ukraine)
FEATURES SOLUTIONS FOR PROBLEMS OF GEOMECHANICAL
WATERY GAS-SATURATED ROCK MASSIF
Аннотация. Компьютерное моделирование – наиболее предпочтительный и эффектив-
ный способ отработки параметров технологии горных работ. Вместе с тем, достоверный про-
гноз напряженно-деформированного состояния обводненного газонасыщенного массива
горных пород затруднителен по причине применения чрезмерно идеализированных моделей
и обобщенных эмпирических зависимостей. Такие расчеты часто приводят к некорректным
результатам, которые не подтверждаются измерениями в выработках шахт.
В статье установлены особенности методологии решения задач, касающиеся оценки гео-
механического, гидрогеологического и газового состояний породного массива, прогноза пу-
тей миграции водных и газовых потоков. Предложено: применять упругопластическую мо-
дель породного массива с учетом его разрушения; определять ориентацию систем магист-
ральных трещин на основе учета слоистости массива и природных структурных дефектов;
проводить учет давления газа на основе определения начала разрушения породного массива
силами горного давления и дополнительного пересчета новых разрывов связей в элементах
модели под воздействием газовой составляющей, действующей в зоне разрушения во всех
направлениях равномерно по закону Паскаля; проводить учет влияния водонасыщения зада-
нием гидростатических сил, которые суммируются по каждому элементу расчетной схемы, а
также снижением параметров прочности глинистых пород по установленным зависимостям.
Принципы математического моделирования процессов разрушения обводненного газо-
насыщенного породного массива реализованы в новых функциях программного комплекса
"GEO-RS", который разработан в ИГТМ НАН Украины.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, методология решения, напряженно-
деформированное состояние, водонасыщенность, газонасыщенность, породный массив.
© Е.А.Слащева, И.Н. Слащев, А.А. Яланский, 2014
|