Модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород
У статті описується підхід до моделювання гідрогеомеханічних процесів на основі використовування методу скінченних елементів.
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15939 |
| 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: | Модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород / М.А. Журавков, О.Л. Коновалов, А.В. Круподеров, В.Э. Зейтц // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 144-149. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-15939 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-159392013-02-13T03:10:37Z Модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород Журавков, М.А. Коновалов, О.Л. Круподеров, А.В. Зейтц, В.Э. У статті описується підхід до моделювання гідрогеомеханічних процесів на основі використовування методу скінченних елементів. The method of modeling hydrogeomechanical processes by using finite element method is described in this paper. 2009 Article Модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород / М.А. Журавков, О.Л. Коновалов, А.В. Круподеров, В.Э. Зейтц // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 144-149. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15939 622.83; 539.3 ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
У статті описується підхід до моделювання гідрогеомеханічних процесів на основі використовування методу скінченних елементів. |
| format |
Article |
| author |
Журавков, М.А. Коновалов, О.Л. Круподеров, А.В. Зейтц, В.Э. |
| spellingShingle |
Журавков, М.А. Коновалов, О.Л. Круподеров, А.В. Зейтц, В.Э. Модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород |
| author_facet |
Журавков, М.А. Коновалов, О.Л. Круподеров, А.В. Зейтц, В.Э. |
| author_sort |
Журавков, М.А. |
| title |
Модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород |
| title_short |
Модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород |
| title_full |
Модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород |
| title_fullStr |
Модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород |
| title_full_unstemmed |
Модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород |
| title_sort |
модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/15939 |
| citation_txt |
Модели и подходы к решению задач изучения и прогнозирования гидрогеомеханических процессов в подработанных массивах калийных пород / М.А. Журавков, О.Л. Коновалов, А.В. Круподеров, В.Э. Зейтц // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 144-149. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT žuravkovma modeliipodhodykrešeniûzadačizučeniâiprognozirovaniâgidrogeomehaničeskihprocessovvpodrabotannyhmassivahkalijnyhporod AT konovalovol modeliipodhodykrešeniûzadačizučeniâiprognozirovaniâgidrogeomehaničeskihprocessovvpodrabotannyhmassivahkalijnyhporod AT krupoderovav modeliipodhodykrešeniûzadačizučeniâiprognozirovaniâgidrogeomehaničeskihprocessovvpodrabotannyhmassivahkalijnyhporod AT zejtcvé modeliipodhodykrešeniûzadačizučeniâiprognozirovaniâgidrogeomehaničeskihprocessovvpodrabotannyhmassivahkalijnyhporod |
| first_indexed |
2025-07-02T17:17:50Z |
| last_indexed |
2025-07-02T17:17:50Z |
| _version_ |
1836556402081923072 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
144
УДК 622.83; 539.3
МОДЕЛИ И ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ИЗУЧЕНИЯ
И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГИДРОГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В ПОДРАБОТАННЫХ МАССИВАХ
КАЛИЙНЫХ ПОРОД
Журавков М. А., Коновалов О. Л., Круподеров А. В.
(БГУ, г. Минск, Республика Беларусь)
Зейтц В. Э.
(РУП «ПО «Белоруськалий», г. Солигорск, Республика Беларусь)
У статті описується підхід до моделювання гідрогеомеха-
нічних процесів на основі використовування методу скінченних
елементів.
The method of modeling hydrogeomechanical processes by using
finite element method is described in this paper.
В последние годы внимание к сопряженным геомеханиче-
ским и гидромеханическим (в дальнейшем будем называть гид-
рогеомеханическим) процессам неуклонно возрастает. Это обу-
словлено целым рядом причин. Для месторождений соляных и
калийных пород одной из наиболее существенных и важных при-
чин является увеличение водо/рассолопритоков в выработанное
пространство с увеличением масштабов отработанного простран-
ства. Причем данное явление наблюдается на различных место-
рождениях с подземным способом отработки. Перемещение
(геомиграция) жидкой фракции в массивах горных пород при
значительных объемах выделения жидкости в выработанное про-
странство требует применения специальных мероприятий, зачас-
тую весьма экономически затратных.
Под геомиграцией жидкой фракции в массивах горных по-
род, в соответствии с классическим определением, понимаем
процесс пространственного перемещения жидкости в породной
толще. Теоретической основой геомиграции является теория мас-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
145
сопереноса в пористых и трещиноватых естественных и искусст-
венных геоматериалах.
При построении механико-математических моделей будем
рассматривать гидрогеомеханические процессы как процессы
геомиграции многофазных сред, где в качестве твердой фракции
выступают горные породы, а жидкой фазы – вода или рассолы.
Кроме того, в массиве может присутствовать газообразная со-
ставляющая.
Для объективной и всесторонней характеристики состояния
деформируемой твердого скелета с учетом наличия в массиве
жидкой фракции при выполнении исследований необходимо учи-
тывать большой объем характеристик различной природы. Эти
характеристики чрезвычайно разнообразны, обладают простран-
ственно-временными свойствами, и поэтому одним из наиболее
приемлемых методов анализа является подход, базирующийся на
построении компьютерной модели. При таком подходе на основе
поступающих новых данных можно оперативно осуществлять со-
ставление и обновление различных моделей применительно к
решению разнообразных задач.
Жидкость в породной толще может находиться в двух со-
стояниях. Во-первых, как «свободная жидкость» в виде скопле-
ния свободной жидкости в некоторых конечных объемах. В этом
случае жидкость перемещается в массиве путем фильтрации в
поровом пространстве. Следующая ситуация – сорбированная
жидкость, накапливающаяся на поверхности пор. В этом случае
жидкость следует рассматривать как элемент многофазной среды,
где твердым скелетом является горная порода. При этом жид-
кость, в свою очередь, может быть связанной или свободной и
находится в поровом пространстве твердого деформируемого
скелета (горных пород). Очевидно, что построение моделей, опи-
сывающих гидрогеомеханические процессы и поведение жидкой
фракции, существенным образом зависит от выбора исходной ба-
зовой гипотезы.
Сделаем некоторые замечания относительно выбора базо-
вых моделей.
Одной из основных модельных задач является задача изуче-
ния фильтрации свободной жидкости в массиве горных пород,
порождаемой изменением геомеханического состояния породно-
го массива вследствие ведения горных пород.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
146
Анализ имеющихся экспериментальных данных показывает,
что основными влияющими факторами подработки больших ско-
плений свободной жидкости являются:
• глубина горных работ (подработки);
• состав, свойства горных пород;
• степень их тектонической нарушенности;
• количество разрабатываемых пластов;
• взаимное расположение горных выработок и объема ско-
пления жидкости.
Одним из методов решения поставленной проблемы являет-
ся решение задачи исследования поведения двухфазной среды.
Можно рассмотреть различные случаи механического поведения
двухфазной среды. Наиболее распространенным является, по-
видимому, «упругий режим» когда напряженное состояние, воз-
никающее в твердом деформируемом скелете, оказывает давле-
ние на жидкость, вследствие чего связанная жидкость приходит в
движение; с другой стороны формирующееся давление в жидкой
фазе представляет собой источник дополнительных напряжений
в твердом деформируемом скелете.
Система уравнений, описывающих указанную задачу, вы-
глядит следующим образом:
• уравнения равновесия породы с учетом порового давле-
ния жидкости
0
,0
,0
=+
∂
∂
−
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
=
∂
∂
−
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
=
∂
∂
−
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
g
z
p
zyx
y
p
zyx
x
p
zyx
zzyzxz
yzyyxy
xzxyxx
ρσσσ
σσσ
σσσ
(1)
• уравнение фильтрации жидкости с учетом влияния горно-
го давления([1])
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ ++
∂
∂
−⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
=
∂
∂
3
)(
2
2
2
2
2
2
zzyyxx
p tz
p
y
p
x
pa
t
p σσσ
α , (2)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
147
где
(1 ) ,
( ) p
aka
a a
ν
ν ν
ε α
γ ε β ε β
+
= =
+ +
;
ε – коэффициент пористости;
β – коэффициент объемного сжатия жидкости;
νa – коэффициент уплотнения породы пласта
(
dt
da
dt
dprock ε
ν−= );
k – коэффициент фильтрации.
К данным уравнениям следует еще добавить граничные ус-
ловия и начальное распределение давлений. Решение данной сис-
темы аналитически представляется возможным довольно редко.
Поэтому эффективным является использование численных мето-
дов, одним из которых является метод конечных элементов.
Именно указанный метод был положен в основу компьютерного
моделирования гидромеханических процессов на Старобинском
месторождении калийных солей.
Опишем более подробно процедуру решения одной из мо-
дельных задач. Целью моделирования было оценить адекватность
модели путем сравнения полученных результатов с эксперимен-
тальными данными. Оценивалось изменение уровня в скважине,
вызванного влиянием проходки двух лав. На рис. 1 схематически
представлено расположение лав (15ЮП и 19ЮП) и скважины
(785 г), по которой велись наблюдения.
Рис. 1. Схема расположения лав и скважины
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
148
Лавы расположены на глубине 560 м, расстояние между ни-
ми 1 км, ширина каждой лавы – 200 м, длина лавы 15ЮП – 3 км,
длина лавы 19ЮП – 1 км. Скорость продвижения лав 1км/год.
Скважина забита на глубину 500 м. Водоносный слой находится
на глубине от 400 до 500 м.
Все исходные данные были учтены при построении конеч-
ноэлементной трехмерной модели (рис. 2).
Рис. 2. Конечноэлементная сетка модели
Граничные условия в нашем случае задавались следующим
образом: нижняя граница массива неподвижно закреплена; боко-
вые границы закреплены для движения по нормали к ним; верх-
няя и нижняя границы водоносного пласта – непроницаемы; так
как оценивается давление жидкости, вызванное влиянием горных
работ, и боковые границы пласта находятся достаточно далеко от
лав, то на этих границах давление принималось равным нулю, по
той же причине нулевым принималось и начальное (после консо-
лидации массива) распределение давления.
Схема решения задачи:
• Вычисление напряженно-деформированного состояния
ненарушенного тяжелого массива. Гидромеханические процессы
на данном этапе не рассматриваются.
• Процесс удаления элементов, моделирующих выработан-
ное пространство. На данном этапе включаются в рассмотрение
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
149
гидромеханические процессы.
• Проведение расчетов до получения установившегося со-
стояния массива и водного давления.
Расчеты проводились со следующими исходными данными:
• Коэффициент фильтрации – k= 910− м/c
• Коэффициент пористости – 11,0=ε
• Коэффициент объемного сжатия жидкости – 11010 −−= Паβ
• Коэффициент уплотнения породы пласта – 19106 −−⋅= Паaν
• Упругие свойства ГМТ –
ГПаGГПаEE 28.0,3.0,5 22121 ===== νν
На рисунке представлены графики напоров ( gph ρ= ) в
месте расположения скважины. Результаты, полученные по мо-
дели, – сплошная линия, экспериментальные данные – пунктир-
ная линия.
2 4 6 8 10
t
5
10
15
20
25
h
Рис. 3. Результаты расчетов
Как видно наблюдается довольно неплохое соответствие.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Шестаков В. М. Динамика подземных вод/ В. М. Шестаков –
М., Издательство, 1979.
|