Критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт
Наведено математичну модель процесу руху рідини у вугільному пласті і його руйнування при цьому. Представлена теорія враховує зміни фільтруючого обсягу й ефективної пористості пласта, спричинених деформацією під час підвищення і різкого зменьшення тиску, що відбувається при гідродинамічній дії....
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Назва видання: | Геотехническая механика |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/32839 |
| 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: | Критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт / В.В. Власенко, Д.М. Житленок, О.В. Московский, С.В. Стародубцев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-32839 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-328392012-05-26T12:35:18Z Критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт Власенко, В.В. Житленок, Д.М. Московский, О.В. Стародубцев, С.В. Наведено математичну модель процесу руху рідини у вугільному пласті і його руйнування при цьому. Представлена теорія враховує зміни фільтруючого обсягу й ефективної пористості пласта, спричинених деформацією під час підвищення і різкого зменьшення тиску, що відбувається при гідродинамічній дії. The mathematical model of movement process of a liquid in a coal layer and its destructions is presented. Suggested theory considers changes of filtration volume and effective porosity of a layer, induced of deformation during increasing and dumping pressure at the hydrodynamic effect. 2009 Article Критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт / В.В. Власенко, Д.М. Житленок, О.В. Московский, С.В. Стародубцев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/32839 622.831.325 ru Геотехническая механика 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 |
Наведено математичну модель процесу руху рідини у вугільному пласті і його руйнування при цьому. Представлена теорія враховує зміни фільтруючого обсягу й ефективної пористості пласта, спричинених деформацією під час підвищення і різкого зменьшення тиску, що відбувається при гідродинамічній дії. |
| format |
Article |
| author |
Власенко, В.В. Житленок, Д.М. Московский, О.В. Стародубцев, С.В. |
| spellingShingle |
Власенко, В.В. Житленок, Д.М. Московский, О.В. Стародубцев, С.В. Критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт Геотехническая механика |
| author_facet |
Власенко, В.В. Житленок, Д.М. Московский, О.В. Стародубцев, С.В. |
| author_sort |
Власенко, В.В. |
| title |
Критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт |
| title_short |
Критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт |
| title_full |
Критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт |
| title_fullStr |
Критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт |
| title_full_unstemmed |
Критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт |
| title_sort |
критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/32839 |
| citation_txt |
Критерий разрушения угля при гидродинамическом воздействии на пласт / В.В. Власенко, Д.М. Житленок, О.В. Московский, С.В. Стародубцев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT vlasenkovv kriterijrazrušeniâuglâprigidrodinamičeskomvozdejstviinaplast AT žitlenokdm kriterijrazrušeniâuglâprigidrodinamičeskomvozdejstviinaplast AT moskovskijov kriterijrazrušeniâuglâprigidrodinamičeskomvozdejstviinaplast AT starodubcevsv kriterijrazrušeniâuglâprigidrodinamičeskomvozdejstviinaplast |
| first_indexed |
2025-07-03T13:17:09Z |
| last_indexed |
2025-07-03T13:17:09Z |
| _version_ |
1836631856676601856 |
| fulltext |
Геотехническая механика"
УДК 622.831.325
В.В. Власенко, инж.
(ИГТМ НАН Украины),
Д.М. Житленок, к.т.н.,
О.В. Московский, инж.,
С.В. Стародубцев, инж.
(ГП «Дзержинскуголь»)
КРИТЕРИЙ РАЗРУШЕНИЯ УГЛЯ ПРИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ
ВОЗДЕЙСТВИИ НА ПЛАСТ
Наведено математичну модель процесу руху рідини у вугільному пласті і його руйну-
вання при цьому. Представлена теорія враховує зміни фільтруючого обсягу й ефективної
пористості пласта, спричинених деформацією під час підвищення і різкого зменьшення ти-
ску, що відбувається при гідродинамічній дії.
CRITERION OF DESTRUCTION OF COAL AT HYDRODYNAMIC
INFLUENCE ON THE LAYER
The mathematical model of movement process of a liquid in a coal layer and its destructions
is presented. Suggested theory considers changes of filtration volume and effective porosity of a
layer, induced of deformation during increasing and dumping pressure at the hydrodynamic ef-
fect.
Существует ряд способов воздействия на угольный массив, где в качестве ра-
бочего агента применяется жидкий флюид (вода). Способ гидродинамического
воздействия коренным образом отличаеться от всех других способов, т. к. приме-
няеться знакопеременное воздействие на массив через скважину. Т. е. разрушение
осуществляется наименее энергозатратным способом, путем создания усилий на
отрыв. Поэтому определение критерия разрушения напряженного газонасыщено-
го слоя позволит разработать параметры условий разрушения и основные пара-
метры процесса гидродинамического воздействия.
Определение критерия разрушения угля при гидродинамическом воздей-
ствии производиться согласно математической модели приведеной ниже.
Движение жидкости в угольном пласте выражается квазилинейным законом
фильтрации:
k(P)gradP- v ,
где v – скорость движения жидкости; k(P) – коэффициент фильтрации, как
функция давления; P – давление жидкости в точке в данный момент времени.
В общем случае эффективная пористость пласта и плотность жидкости
также являются функциями давления m(P) и (P)ρ .
За время dt через площадку, перпендикулярную направлению движения
жидкости, происходящего вдоль оси OX, проходит масса жидкости
Выпуск № 81
dt
x
P
PkPρvdtρ .
Изменение массы жидкости в объеме, заключенном между двумя площад-
ками, составит dxdtmρ
t
.
Согласно закону сохранения массы:
dxdtmρ
x
dt
x
P
kρ ,
или же в другом виде:
)P(k)P(ρ
xx
P
)P(k)P(ρ
x
.
Пренебрегая сжимаемостью жидкости, получим
)P(m
tx
P
)P(k
x
.
Учитывая изменение эффективной пористости пласта при гидродинамиче-
ском воздействии [1] и предположив постоянство коэффициента фильтрации
k (k(P)=const), имеем
2
22
0
0
x
P
P3λ21Hγ
E
ν21
1
ν21
E
)m1(3
k
t
P
,
или же в случае зависимости коэффициента фильтрации k от давления P
( constPk ), выражение примет вид:
x
P
x
)P(k
x
P
P321H
E
21
1
21
E
)m1(3
k
t
P
2
22
0
0 .
Для разрушения угольного пласта при гидродинамическом воздействии
необходимо, чтобы возникающие при движении жидкости в пласте силы, на-
правленные на отрыв слоя угля
отр
F превосходили по своему значению си-
лы сцепления этого слоя с угольным пластом
сц
F
сцотр
FF .
Геотехническая механика"
Наиболее существенное значение для разрушения угля имеют силы вязко-
го трения Fy, возникающие при движении жидкости в поровом пространстве
и силы гидравлического давления Fs, которые возникают при сбросе давления
в скважине. Силы вязкого трения при движении жидкости в пласте описыва-
ются уравнением 2 :
y
np
n
v
vV
k
m
F , Н,
где - вязкость жидкости, Па с; kпр – коэффициент проницаемости, м
2
; v –
скорость фильтрации жидкости, м/с; Vy – объем угля, заполненный движу-
щейся жидкостью, м
3
.
При этом скорость фильтрации определяем по выражению:
r
Pk
v
np
, м/с,
где
r
P
- градиент давления, Па/м.
Объем слоя угля равен:
2
c
2
cy
rbrhV , м
3
,
где h – длина скважины по углю, м; rc - радиус скважины, м; b - толщина раз-
рушаемого слоя, м.
Кроме того, являясь упругой средой, угольный пласт в процессе гидроди-
намического воздействия изменяет свою эффективную пористость. При этом
наиболее резкое изменение происходит на границе пласта и скважины, где
пористость при сбросе давления жидкости от величины Р до нуля изменяется
от mn до m за время, равное времени сброса.
Площадь пор, из определения пористости, равна
m1
mS
S ск
n
, м
2
,
где Sск – площадь минерального скелета, м
2
.
При Sск=1 м
2
, получим:
m21
m
S
n
.
Выпуск № 81
Если давление в скважине равно P , имеем:
n
n'
n
m21
m
S .
Изменение площади пор на стенках скважины во время сброса давления
определяем по выражению:
21H
E
21
3m21
21H
E
21
m
P321H
E
21
3m21
P321H
E
21
m
S
0
0
0
0
.
Так как при сбросе давления в скважине давление в пласте на глубине b на
некоторое время остается близким к P, то возникающая сила гидростатиче-
ского давления будет описываться уравнением
21H
E
21
3m21
21H
E
21
m
P321H
E
21
3m21
P321H
E
21
m
Phr2F
0
0
0
0
cs
Учитывая, что
pcсц
hbr2F ,
силовое условие отрыва слоя угля имеет следующий вид:
Sr2
P321H
E
21
1
m1
1r2b
br2
P
c
0
c
pc
.
Результаты оценочных расчетов необходимого падения давления в сква-
жине приведены в табл. 1. Расчеты выполнены для угольного пласта l7 - «Пу-
гачевка» (ш. им. Ф.Э. Дзержинского ГП «Дзержинскуголь», горизонт 1026 м),
имеющего следующие характеристики: пористость m = 0,055; коэффициент
Пуассона = 0,2; модуль продольной упругости E = = 3 10
8
Па; коэффициент
бокового распора = 0,5; объемный вес угля = 1,35 10
3
кг/м
3
.
Геотехническая механика"
Таблица 1 - Необходимое падение давления в технологической скважине P (МПа)
при различных пределах прочности угля на разрыв
p
(МПа)
и давлениях подачи рабочего агента P (МПа)
P,
МПа
p
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
1 1,967 3,933 5,900 7,867 9,833
2 1,698 3,396 5,093 6,791 8,489
3 1,497 2,994 4,491 5,988 7,485
4 1,342 2,683 4,025 5,366 6,708
5 1,218 2,435 3,653 4,870 6,088
6 1,116 2,233 3,349 4,465 5,581
7 1,032 2,064 3,096 4,128 5,160
Учитывая, что величина σr для выбросоопасных пластов Донбасса, как
правило, не превышает 0,15 МПа, можно сделать вывод о возможности дос-
тижения разрушения угля гидродинамическим воздействием на всех выбро-
соопасных пластах региона.
Зависимость, позволяющая оценить возможность разрушения угля при
различных значениях P для выбросоопасных пластов, представлена на рис. 1.
Разрушение может происходить лишь в зоне под пунктирной линией, где ве-
личина необходимого сброса давления P меньше величины давления пода-
чи жидкости P в угольный пласт.
Рис. 1 - Зависимость величины сброса давления P от давления подачи жидкости P
для углей с различным пределом прочности на разрыв p
Выпуск № 81
Таким образом, на основании результатов численного решения математи-
ческой модели процесса движения жидкости в угольном пласте, учитываю-
щей тот факт, что при гидродинамическом воздействии угольный пласт ведет
себя как упругая среда, установлено изменение эффективной пористости пла-
ста, при этом на отрыв слоя угля направлены не только силы вязкого трения,
но и силы гидравлического давления. В таком случае разрушение угля проис-
ходит с превышением равнодействующей этих сил над силами сцепления
данного слоя с пластом, а изменение эффективной пористости оказывает
влияние на выполнение силового условия разрушения угля и позволяет сни-
зить необходимый перепад давления в скважине. Причем с увеличением дав-
ления подачи жидкости в пласт уменьшается необходимый для разрушения
перепад давления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Силин Д.П. Изменение напряженно-деформированного состояния угольного пласта гидродинамиче-
ским воздействием // Проблемы аэрологии горнодобывающих предприятий. – №5. - Днепропетровск: НГА
Украины, 1999. – С. 177 – 179. – (Сб. научн. тр. НГА Украины).
2. Софийский К.К., Калфакчиян А.П., Воробьев Е.А. Нетрадиционные способы предотвращения выбро-
сов и добычи угля. – М.: Недра, 1994. – 192 с.
Рекомендовано до публікації д.т.н Л.М. Васильєвим 18.08.09
|