Оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте
Предложена модель и выполнена оценка фильтрации метана в угольном пласте с учетом процесса трещинообразования при ведении горных работ на больших глубинах современных шахт. Методами теоретической физики проанализирован процесс развития магистральных трещин, которая спровоцирована быстрой разгрузкой...
Збережено в:
Дата: | 2014 |
---|---|
Автор: | |
Формат: | Стаття |
Мова: | Russian |
Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2014
|
Назва видання: | Геотехнічна механіка |
Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/137411 |
Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
Цитувати: | Оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте / Н. А. Калугина // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 118. — С. 46-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraineid |
irk-123456789-137411 |
---|---|
record_format |
dspace |
spelling |
irk-123456789-1374112018-06-18T03:08:43Z Оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте Калугина, Н.А. Предложена модель и выполнена оценка фильтрации метана в угольном пласте с учетом процесса трещинообразования при ведении горных работ на больших глубинах современных шахт. Методами теоретической физики проанализирован процесс развития магистральных трещин, которая спровоцирована быстрой разгрузкой выбросоопасного угольного пласта, что позволило выдать оценочные критерии реализации рассматриваемого процесса и определить временные параметры разрушения краевой части пласта. Исследовано явление развития магистральных трещин в краевой части угольного пласта при его быстрой разгрузке от горного давления. Выполнена оценка расстояния между развиваемыми новыми трещинами с учетом их характеристик и расстояния между существующими трещинами, при котором может произойти послойный отрыв. Такая оценка производится на основании полученного в работе неравенства. В качестве критерия послойного отрыва принята величина сжимающих напряжений в трещине, находящейся на заданном расстоянии от поверхности, причем такой механизм может иметь место при реализации в пласте газодинамического явления в виде выброса угля и газа. Запропоновано модель і виконано оцінку фільтрації метану у вугільному пласті з урахуванням процесу тріщиноутворення при веденні гірничих робіт на великих глибинах сучасних шахт. Методами теоретичної фізики проаналізовано процес розвитку магістральних тріщин, яка спровокована швидкої розвантаженням викидонебезпечного вугільного пласта, що дозволило видати оціночні критерії реалізації розглянутого процесу і визначити часові параметри руйнування крайової частини пласта. Досліджено явище розвитку магістральних тріщин в крайової частини вугільного пласта при його швидкої розвантаженню від гірського тиску. Виконана оцінка відстані між розвивали новими тріщинами з урахуванням їх характеристик і відстані між існуючими тріщинами, при якому може відбутися пошаровий відрив. Така оцінка проводиться на підставі отриманого в роботі нерівності. Як критерій пошарового відриву прийнята величина стискають напруг в тріщині, що знаходиться на заданій відстані від поверхні, причому такий механізм може мати місце при реалізації в пласті газодинамічного явища у вигляді викиду вугілля і газу. A model is proposed for estimating coal bed methane (CBM) filtration with taking into account process of crack formation at mining operations at great depths in the coal mines. With the help of methods of theoretical physics, a process of main crack development provoked by a quick unloading of a prone-to-outburst coal seam was analyzed, as well as evaluation criteria were established for the process of estimation, and time parameters were specified for the seam edges failure. A phenomenon of main crack development was studied in the edges of the coal seam at rapid rock pressure relief. Distance between newly developing cracks was evaluated with taking into account their characteristics and distance between existing cracks at which the layer-to-layer failure can occur. Such evaluation is made on the basis of the received inequality. A value of compressive stresses in a crack located at a predetermined distance from the surface is assumed as a criterion of the layer-to-layer failure, and such mechanism can be observed in the seam when the gas-dynamic phenomenon is manifested in the form of coal-and-gas outburst. 2014 Article Оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте / Н. А. Калугина // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 118. — С. 46-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/137411 622.831.242 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 |
Предложена модель и выполнена оценка фильтрации метана в угольном
пласте с учетом процесса трещинообразования при ведении горных работ на больших глубинах современных шахт. Методами теоретической физики проанализирован процесс развития магистральных трещин, которая спровоцирована быстрой разгрузкой выбросоопасного
угольного пласта, что позволило выдать оценочные критерии реализации рассматриваемого
процесса и определить временные параметры разрушения краевой части пласта. Исследовано явление развития магистральных трещин в краевой части угольного пласта при его быстрой разгрузке от горного давления. Выполнена оценка расстояния между развиваемыми новыми трещинами с учетом их характеристик и расстояния между существующими трещинами, при котором может произойти послойный отрыв. Такая оценка производится на основании полученного в работе неравенства. В качестве критерия послойного отрыва принята величина сжимающих напряжений в трещине, находящейся на заданном расстоянии от поверхности, причем такой механизм может иметь место при реализации в пласте газодинамического явления в виде выброса угля и газа. |
format |
Article |
author |
Калугина, Н.А. |
spellingShingle |
Калугина, Н.А. Оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте Геотехнічна механіка |
author_facet |
Калугина, Н.А. |
author_sort |
Калугина, Н.А. |
title |
Оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте |
title_short |
Оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте |
title_full |
Оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте |
title_fullStr |
Оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте |
title_full_unstemmed |
Оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте |
title_sort |
оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте |
publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
publishDate |
2014 |
url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/137411 |
citation_txt |
Оценка влияния фильтрации газа в процессе трещинообразования в угольном пласте / Н. А. Калугина // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 118. — С. 46-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
series |
Геотехнічна механіка |
work_keys_str_mv |
AT kaluginana ocenkavliâniâfilʹtraciigazavprocessetreŝinoobrazovaniâvugolʹnomplaste |
first_indexed |
2025-07-10T03:47:47Z |
last_indexed |
2025-07-10T03:47:47Z |
_version_ |
1837230219400839168 |
fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №118
46
УДК 622.831.242
Калугина Н.А., канд. техн. наук, ст. научн. сотр.
(ИФГП НАН Украины)
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗА В ПРОЦЕССЕ
ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ В УГОЛЬНОМ ПЛАСТЕ
Калугіна Н.О., канд. техн. наук, ст. наук. співр.
(ІФГП НАН України)
ОЦІНКА ВПЛИВУ ФІЛЬТРАЦІЇ ГАЗА У ПРОЦЕССІ УТВОРЕННЯ
ТРІЩИН У ВУГІЛЬНОМУ ПЛАСТІ
Kalugina N.A., Ph.D. (Tech.), Senior Researcher
(IPMPNAS of Ukraine)
IMPORTANCE OF GAS FILTRATION FOR CRACK FORMATION IN THE
COAL SEAMS
Аннотация. Предложена модель и выполнена оценка фильтрации метана в угольном
пласте с учетом процесса трещинообразования при ведении горных работ на больших глу-
бинах современных шахт. Методами теоретической физики проанализирован процесс разви-
тия магистральных трещин, которая спровоцирована быстрой разгрузкой выбросоопасного
угольного пласта, что позволило выдать оценочные критерии реализации рассматриваемого
процесса и определить временные параметры разрушения краевой части пласта. Исследова-
но явление развития магистральных трещин в краевой части угольного пласта при его быст-
рой разгрузке от горного давления. Выполнена оценка расстояния между развиваемыми но-
выми трещинами с учетом их характеристик и расстояния между существующими трещина-
ми, при котором может произойти послойный отрыв. Такая оценка производится на основа-
нии полученного в работе неравенства. В качестве критерия послойного отрыва принята ве-
личина сжимающих напряжений в трещине, находящейся на заданном расстоянии от по-
верхности, причем такой механизм может иметь место при реализации в пласте газодинами-
ческого явления в виде выброса угля и газа.
Ключевые слова: Образование трещин, фильтрация газа, послойный отрыв.
Проблема внезапных выбросов угля, породы и газа при отработке газона-
сыщенных угольных пластов занимает особое место в ряду проблем геомеха-
ники и горного производства. Ее актуальность в контексте обеспечения безо-
пасной работы горняков не нуждается в разъяснении. Обработка и анализ ста-
тистических данных по выбросам [1,2] позволила выявить приоритетность
влияния отдельных факторов на подготовку и развязывание выброса. Основ-
ными из этих факторов являются горное и газовое давление [3,4]. Под их воз-
действием трещины, находящиеся в пласте, могут развиваться в том смысле,
что их размер (длина), зияние (раскрытие) могут при определенном стечении
обстоятельств вырасти настолько, что произойдет быстрое разрушение краево-
го участка пласта. Эти представления выдвигались, развивались и уточнялись
многими исследователями [5,6,7,8], среди которых выделяются представления
школы С.А. Христиановича о послойном разрушении призабойной части пла-
ста.
© Н.А. Калугина, 2014
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №118
47
Наша работа представляет попытку предложить модель и методами теоре-
тической физики проанализировать явления развития магистральных трещин,
спровоцированного быстрой разгрузкой пласта и дать оценочные критерии реа-
лизации и времени разрушения краевого участка пласта.
В нетронутом газонасыщенном пласте трещины находятся под воздействи-
ем напряжений, обусловленных горным давлением, и пластовым давлением га-
за P0, находящегося в полости трещин. Несмотря на разрывающее действие
внутриполостного газового давления, трещины не развиваются, поскольку они
«задавлены» сжимающими напряжениями. При отработке пласта (для опреде-
ленности рассматриваем пласт горизонтального залегания) напряжения, дейст-
вующие на угольный массив, перераспределяются [9]. Горное давление II (см.
рис.1) становится неоднородным (опорное давление). Напряжения, поперечные
по отношению к обнаженной поверхности, почти исчезают. Происходит раз-
грузка пласта от этой компоненты напряжений. На самой обнаженной поверх-
ности можно считать эти напряжения равными нулю. По мере удаления от этой
поверхности напряжения нарастают, приближаясь к своему максимуму m на
расстояниях порядка несколько толщин пласта h. Поэтому величина разгрузки
характеризуется разностью m .
После такой разгрузки может начаться процесс разрушения материала за
счет развития трещин, плоскость залегания которых параллельна обнаженной
поверхности (см. рис. 1). Трещины иной ориентации по прежнему «задавлены»
сжимающим горным давлением.
Рисунок 1 - Схема расположения магистральной трещины в газонасыщенном угольном
пласте
Рассмотрим одну из трещин выделенной ориентации. Для анализа использу-
ем двумерную модель, которая упрощает расчеты без потери общности резуль-
татов.
Строго говоря, следовало бы рассмотреть совокупность, систему трещин.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №118
48
Вместо этого рассматривается одна магистральная трещина, а остальные тре-
щины и поры видоизменяют поля напряжений в окрестности магистральной
трещины и являются резервуаром газа, который фильтруется в полость этой
трещины. В этом состоит известная аппроксимация среднего поля (mean-field
approximation).
Объем трещины определяется объемом исходной полости и действующими
напряжениями на ее берегах. Решение классической задачи теории упругости
дает для объема трещины (в двумерном случае для площади сечения) следую-
щее выражение
2L
B
VV c
, (1)
где cV – объем исходной полости, B- упругий модуль материала, L - длина тре-
щины, - напряжения на ее берегах. В нетронутом пласте состоит из двух
слагаемых – сжимающих напряжений m и пластового давления газа. Поэтому
объем трещины в нетронутом пласте равен
2
0
0
0 L
B
P
VV m
c
, (2)
где L0 – начальная длина трещины.
В отрабатываемом, т.е. разгруженном, пласте 1P , поскольку давле-
ние газа в полости трещины уменьшается от P0 до P1 вследствие увеличения
объема трещины до величины
2
0
1
1 L
B
P
VV c
. (3)
Из (3) и (2) следует, что объем трещины после разгрузки
2
0
10
1 L
B
PP
VV m
c
. (4)
Формула (4) верна лишь в случае, когда длина трещины не меняется в про-
цессе разгрузки пласта.
На практике почти всегда [5] давление газа в несколько раз меньше горного
давления; поэтому изменением давления P0 - P1 можно пренебречь по сравне-
нию с величиной разгрузки m . Как следствие, изменение объема трещины
при разгрузке не зависит от давления газа, находящегося в трещине –
0
2
0
0
2
001 1
V
L
B
VL
B
VV mm
(5)
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №118
49
Определим зияние трещины z0 как
0
0
0
L
V
z
(6)
и введем безразмерный параметр
0
0
z
L
B
a m
. (7)
Тогда
0
0
001 11
z
L
B
VaVV m
(8)
Параметр a является произведением малого параметра B
m
, т.е. относи-
тельной разгрузки, на большой параметр 0
0
z
L
, т.е. отношение длины (попереч-
ника) трещины к ее зиянию. Например, положив Паm
7102 , ПаB 910 ,
смL 100 , ммz 10 получим, что a=2. Очевидно, что величина параметра a может
изменяться в широких пределах, от a <<1 до a >>1.
До сих пор речь шла о разгрузке пласта безотносительно темпа, скорости
разгрузки. В дальнейшем предположим, что разгрузка происходит мгновенно,
например, вследствие взрыва. За столь малое время количество газа в полости
исходной трещины не меняется и, следовательно, согласно уравнению состоя-
ния идеального газа, при неизменной температуре
0011 VPVP . (9)
Подставив сюда (8), получим давление газа в трещине после разгрузки
a
P
P
1
0
1
, (10)
т.е. давление сразу после разгрузки падает.
Перейдем непосредственно к вопросу о развитии трещины. Как известно
[10,11], Гриффитсом было установлено, что размер трещины (в нашем случае
это L) возрастает в случае, когда коэффициент концентрации напряжений в
вершине трещины становиться большим ее модуля сцепления Мc, обусловлен-
ного силами взаимодействия берегов трещины в ее устье. В двумерной модели
коэффициент концентрации равен
L
2 , где – напряжения на берегах тре-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №118
50
щины. В рассматриваемой ситуации сразу после разгрузки 1P , поэтому,
согласно Гриффитсу, трещина не будет распространяться, если
cMLP 01
2
. (11)
Если в нетронутом пласте
cMLPM 000
2
(12)
и, поскольку, согласно (10) P1<P0, то с большим запасом будет выполняться не-
равенство (11), т.е. трещина не будет распространяться в длину и все сведется к
разбуханию трещины, к увеличению ее зияния. Таким образом, неравенство
(12) представляет собой достаточное условие невыбросоопасности.
Для представительных значений входящих в (12) параметров
ПаатмPo
61010 , ПаB 9104 , мL 2
0 10 , мПа 10 , BM c , - удельная эф-
фективная поверхностная энергия угля, получаем, что неравенство (12) выпол-
няется. Однако при небольшом повышении пластового давления или длины ма-
гистральной трещины неравенство (12) перестает выполняться, т.е. вместо (12)
выполняется обратное неравенство
cMLPM 000
2
. (12а)
Это, однако, не означает, что обязательно начнется разрушение. События
могут пойти двумя возможными сценариями.
1) Если
cMLP 0)(
2
, то трещина сразу после разгрузки не будет рас-
пространяться, она лишь разбухает. В дальнейшем, при натекании в нее газа из-
за возникшего градиента давления Р0 – Р1, может случиться, что давление газа в
ней достигнет критического рубежа, гриффитсовское неравенство (11) превра-
тится в равенство и начнется рост трещины в длину.
2) Если
cMLP 0)(
2
, то произойдет скачок поперечника трещины
до L2 и, соответственно, уменьшение давления до Р2 таких, что будет выпол-
няться гриффитсовское равенство
cMLP 22 )(
2
(13)
и трещина «выстрелит» от размера L0 до размера L2.
Чтобы найти L2, необходимо напомнить, что первичное разбухание и после-
дующее «выстреливание» трещины происходит практически мгновенно, за
времена порядка 10
-5
сек, поэтому количество газа в трещине остается неизмен-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №118
51
ным, следовательно,
0022 VPVP . (14)
.
Объем трещины после ее разбухания и последующего «выстреливания», по
аналогии с (5) будет равен
2
0
2
2
0 12 L
L
aVV
(15)
Итак, имеем три уравнения (13), (14) и (15) с тремя неизвестными, P2, V2 и
L2. Из этой системы получим уравнение для L2. Для определенности рассматри-
ваем максимальную разгрузку, когда =0, а разгрузка m – = m.
Введем обозначение 0
2
L
L
. Тогда, методом исключения неизвестных,
придем к следующему уравнению
.
1 0
4 M
M
a
c
(16)
Графическое решение этого уравнения представлено на рис.2.
Рисунок 2 - Графическое решение уравнения (16)
Из рис.2 следует, что уравнение (16) имеет либо два вещественных корня,
либо не имеет ни одного. Первый из этих случаев реализуется при выполнении
неравенства
,10
cM
M
a
10
0
0
c
m
M
M
z
L
B
. (17)
Из двух корней следует выбрать тот, для которого >1, т.е. р (рис.2), по-
скольку трещина никогда не схлопывается, ее размер может только увеличить-
ся.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №118
52
Трещина «выстреливает», т. е. увеличивает скачком свой размер от L0 до
0
2 Lp . В этом смысле можно говорить об «ударном» этапе развития трещины.
Если разгрузка максимальна, равна m, то тот же критерий (17) легко получа-
ется из неравенства
cMLP 01
2
с учетом соотношения (10). Для выполнения
критерия (17) стреляния трещины необходимо, но недостаточно, выполнения
критерия Гриффитса М0>Мс в нетронутом пласте. Для разгруженного пласта,
сверх того, требуется, чтобы параметр а был достаточно мал. А это происходит
при большом исходном зиянии трещины и невысоком уровне максимальной
разгрузки, т.е. не очень большом горном давлении. С увеличением глубины
разработки пластовое давление газа обычно нарастает, что способствует разви-
тию трещин. Но, в то же время, разгрузка нарастает, трещина разбухает и дав-
ление газа в ней падает, что снижает возможность роста трещин. По - видимо-
му, существует наиболее опасная по росту трещин, а значит и по выбросам,
глубина разработки газонасыщенных угольных пластов.
Подводя промежуточный итог, можно утверждать, что критериальное нера-
венство (17), при выполнении которого происходит скачкообразный рост тре-
щины, является обобщением критерия Гриффитса на случай, когда разрываю-
щие напряжения создаются газом полости трещины.
Что касается относительной величины скачка размера трещины, то он (ска-
чок) растет с ростом :
0
cM
M
, т.е. с увеличением пластового давления, уменьшени-
ем модуля сцепления, ростом зияния и уменьшением разгрузки.
Если в пласте (или породе) имеется система трещин, параллельных друг
другу и расположенных на сравнительно малом расстоянии друг от друга, то
при «выстреливании» ближайшей к поверхности трещины наступает мгновен-
ная разгрузка материала в окрестности соседней трещины, и тогда «выстрели-
вает» эта трещина. Далее указанный процесс будет происходить по принципу
домино, чем реализуется внезапный выброс угля, породы и газа путем послой-
ного отрыва по Христиановичу [7]. Затухание выброса происходит, например,
потому, что нарушается структура системы параллельных трещин.
Оценка расстояния между трещинами, при котором может произойти по-
слойный отрыв, производится на основании неравенства (11). В качестве сле-
дует взять величину сжимающих напряжений в трещине, находящейся на рас-
стоянии х от поверхности, х – искомое расстояние между трещинами.
Вполне корректно можно считать, что
h
x
x m )(
, (18)
где h, по порядку, толщина пласта. Если к тому же предположить, что Р1Р0, то
приходим к оценочному неравенству
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №118
53
00
1
M
M
h
x
P
cm
(19)
Как можно увидеть из приведенных ранее оценок, для L0 20 см,
4
0
P
m
и
4,0
0
M
M c
, для х получаем оценку
x<0.1h, (20)
т.е. для толщины пласта в 1м расстояние между трещинами, при котором может
произойти послойный отрыв, должно быть менее 10 см. Неравенство (19) мож-
но рассматривать как один из критериев развязывания выброса.
Таким образом, получено выражение, позволяющее критериально описы-
вать механизм послойного отрыва, имеющий место в призабойной части уголь-
ного пласта при реализации в ней газодинамического явления в виде выброса
угля и газа.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Малышев, Ю.Н. Фундаментально прикладные методы решения проблемы метана угольных
пластов / Ю.Н.Малышев, К.Н.Трубецкой, А.Т. Айруни. –М.: Академия горных наук, 2000.- 519 с
2. Булат, А.Ф. Метаногенерация в угольных пластах / А.Ф. Булат, С.И. Скипочка,
Т.А. Паламарчук, В.А. Анцыферов. - Днепропетровск: Лира, 2010.-310 с.
3. Алєксєєв, А.Д. Нерівноважна термодинаміка і викидонебезпечність вугільного пласта.
/А.Д.Алєксєєв, Е.П. Фельдман //Ukr. J. Phys. 2012, Vol. 57, № 6, p. 619—622.
4. Петухов, И. М. Механика горных ударов и выбросов/ И. М.Петухов, А. М.Линьков. - Недра,
1983. — 280 с.
5. Алексеев, А.Д. Физика угля и горных процессов / А.Д. Алексеев. - Киев: Наук. думка, 2010. —
423 с.
6. Шевелев, Г. А. Динамика выбросов угля, породы и газа / Г.А. Шевелев . ─ К.: Наукова думка,
1989 . ─ 160 с.
7. Христианович, С.А. Выбросоопасные ситуации. Дробление. Волна выброса//
С.А.Христианович, Р.Л. Салганик. Препринт №152 (ИПМ АН СССР). Москва, 1980г.
8. Минеев, С.П. Активация десорбции метана в угольном пласте / С.П.Минеев, А.А.Прусова,
М.Г.Корнилов. – Днепропетровск: Вебер, 2007. – 252 с.
9. Минеев, С. П. Свойства газонасыщенного угля / С.П.Минеев. – Днепропетровск: НГУ, 2009.-
220 с.
–––––––––––––––––––––––––––––––
REFERENCES
1. Malyshev Y.N., Trubetskoy, K.N. and Ayruni, A.T. (2000), Fundamentalno prikladnye metody
resheniya problemy metana ugolnykh plastov [Fundamentally applied methods for solving problems of
coalbed methane], Academy of mining science, Moscow, Russia.
2. Bulat, A.F., Skipochka, S.I., Palamarchuk, T.A. and Antsiferov, V.A. (2010), Metanjgeneratsiya v
ugolnykh plastakh [Geration methane in coal seams], Lira, Dnepropetrovsk, Ukraine.
3. Alekseev, A.D. and Feldman, E.P. (2012), “Nonequilibrium thermodynamics and
vykydonebezpechnist coal seam”, Ukr. J. Phys., vol. 57, no. 6, p. 619-622.
4. Petukhov, I.M. and Linkov, A.M. (1983), Mekhanika gornykh udarov i vybrosov [Mechanics of rock
bursts and emission], Nedra, Moscow, Russia.
5. Alekseev, A.D. (2010), Fizika uglya i gornykh protsesov [Physics and coal mining processes],
Naukova Dumka, Kiev, Ukraine.
6. Shevelev, G.A. (1989), Dinamika vybrosov uglya, gaza i porody [Dynamics emissions of coal, rock
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №118
54
and gas], Naukova Dumka, Kiev, Ukraine.
7. Hristianovich, S.A. and Salganik, R.L. (1980), “Outburst situation. Crushing. Wave emission”, Pre-
print №152 (IPM AN SSSR), Moscow, pp.10-15.
8. Mineev, S.P., Prusova, A.A. and Kornilov, M.G. (2007), Aktivatsiya desorbtsii metana v ugolnom
plaste [Desorption activation coal bed methane], Weber, Dnepropetrovsk, Ukraine.
9. Mineev, S.P. (2009), Svoystva gazonasyshchennogo uglya [Properties of gas-saturated coal], National
Mining University, Dnepropetrovsk, Ukraine.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторе
Калугина Надежда Александровна, кандидат техн. наук, старший научный сотрудник, ученый
секретарь Института физики горных процессов НАН Украины (ИФГП НАН Украины), г Донецк, Ук-
раина, kalugina@ nas.gov.ua.
About the author
Kaluginа Nadezhda Aleksandrovna, Candidateof Techical Sciences (Ph.D.), Senior Researcher, scien-
tific secretary of the Institute of Physics of Mining Processes, National Academy of Sciences of Ukraine
(NASU IFGP), Donetsk, Ukraine, kalugina@ nas.gov.ua.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Запропоновано модель і виконано оцінку фільтрації метану у вугільному
пласті з урахуванням процесу тріщиноутворення при веденні гірничих робіт на великих гли-
бинах сучасних шахт. Методами теоретичної фізики проаналізовано процес розвитку
магістральних тріщин, яка спровокована швидкої розвантаженням викидонебезпечного
вугільного пласта, що дозволило видати оціночні критерії реалізації розглянутого процесу і
визначити часові параметри руйнування крайової частини пласта. Досліджено явище розвит-
ку магістральних тріщин в крайової частини вугільного пласта при його швидкої розванта-
женню від гірського тиску. Виконана оцінка відстані між розвивали новими тріщинами з
урахуванням їх характеристик і відстані між існуючими тріщинами, при якому може
відбутися пошаровий відрив. Така оцінка проводиться на підставі отриманого в роботі
нерівності. Як критерій пошарового відриву прийнята величина стискають напруг в тріщині,
що знаходиться на заданій відстані від поверхні, причому такий механізм може мати місце
при реалізації в пласті газодинамічного явища у вигляді викиду вугілля і газу.
Ключові слова: утворення тріщин, фільтрація газу, пошаровий відрив.
Abstract. A model is proposed for estimating coal bed methane (CBM) filtration with taking
into account process of crack formation at mining operations at great depths in the coal mines. With
the help of methods of theoretical physics, a process of main crack development provoked by a
quick unloading of a prone-to-outburst coal seam was analyzed, as well as evaluation criteria were
established for the process of estimation, and time parameters were specified for the seam edges
failure. A phenomenon of main crack development was studied in the edges of the coal seam at rap-
id rock pressure relief. Distance between newly developing cracks was evaluated with taking into
account their characteristics and distance between existing cracks at which the layer-to-layer failure
can occur. Such evaluation is made on the basis of the received inequality. A value of compressive
stresses in a crack located at a predetermined distance from the surface is assumed as a criterion of
the layer-to-layer failure, and such mechanism can be observed in the seam when the gas-dynamic
phenomenon is manifested in the form of coal-and-gas outburst.
Key words: сracking, gas filtration, layer-to-layer failure.
Статья поступила в редакцию 06.10.2014
Рекомендовано к печати д-ром техн. наук C.П. Минеевым
Сб 118 ПВ.pdf
PutAuthorsHere
|