Вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках
Исследовано влияние горных работ в процессе добычи угля на физические свойства песчаников по результатам опробования керна геологоразведочных скважин и горных выработок. Установлено, что коэффициент открытой пористости песчаников, в зоне влияния горных работ существенно отличается от соответствующих...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Геотехническая механика |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53644 |
| 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: | Вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках / К.А. Безручко, Л.Л. Шкуро // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 68-72. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-53644 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-536442014-01-26T03:09:54Z Вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках Безручко, К.А. Шкуро, Л.Л. Исследовано влияние горных работ в процессе добычи угля на физические свойства песчаников по результатам опробования керна геологоразведочных скважин и горных выработок. Установлено, что коэффициент открытой пористости песчаников, в зоне влияния горных работ существенно отличается от соответствующих показателей в нетронутом массиве. Показано, что такое разуплотнение, за счёт трещинообразвания, способствует увеличению открытой пористости песчаников в 1,2-1,4 раза и формированию проницаемости, соответствующей коллекторам III-IV класса. Influence of mining operations has been investigated in the coal mining process on physical properties of sandstones, on results of core assay of geological prospecting holes and mining workings. It was set that open porosity coefficient of sandstones, in the affected zone of mining operations substantially differs from the proper indexes in natural array. It is shown, that such volume expension due to cracks formation, promotes increasing of sandstones open porosity in 1,2-1,4 time and forming of permeability corresponding of the III-IV class collectors. 2012 Article Вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках / К.А. Безручко, Л.Л. Шкуро // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 68-72. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53644 622.33:552.513.08 uk 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 |
Ukrainian |
| description |
Исследовано влияние горных работ в процессе добычи угля на физические свойства песчаников по результатам опробования керна геологоразведочных скважин и горных выработок. Установлено, что коэффициент открытой пористости песчаников, в зоне влияния горных работ существенно отличается от соответствующих показателей в нетронутом массиве. Показано, что такое разуплотнение, за счёт трещинообразвания, способствует увеличению открытой пористости песчаников в 1,2-1,4 раза и формированию проницаемости, соответствующей коллекторам III-IV класса. |
| format |
Article |
| author |
Безручко, К.А. Шкуро, Л.Л. |
| spellingShingle |
Безручко, К.А. Шкуро, Л.Л. Вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках Геотехническая механика |
| author_facet |
Безручко, К.А. Шкуро, Л.Л. |
| author_sort |
Безручко, К.А. |
| title |
Вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках |
| title_short |
Вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках |
| title_full |
Вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках |
| title_fullStr |
Вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках |
| title_full_unstemmed |
Вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках |
| title_sort |
вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53644 |
| citation_txt |
Вплив техногенного чинника на формування скупчень метану в пісковиках / К.А. Безручко, Л.Л. Шкуро // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 68-72. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT bezručkoka vplivtehnogennogočinnikanaformuvannâskupčenʹmetanuvpískovikah AT škuroll vplivtehnogennogočinnikanaformuvannâskupčenʹmetanuvpískovikah |
| first_indexed |
2025-07-05T05:01:12Z |
| last_indexed |
2025-07-05T05:01:12Z |
| _version_ |
1836781847271440384 |
| fulltext |
68
дежный уровень безопасности при высоких нагрузках на очистной забой более
чем на 80% действующих выемочных участков шахт Донбасса, которые в на-
стоящее время имеют схемы проветривания первого типа – 1-М или 1-В.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Борьба со скоплениями метана в угольных шахтах / Г.Ф. Лидин, А.Т. Айруни, Ф.С. Клебанов, Н.Г.
Матвиенко. – М.: Госгортехиздат, 1961. – 142 с.
2. Аэрогазодинамика выемочного участка / А.Ф. Абрамов, Б.Е. Грецингер, В.В. Соболевский, Г.А. Шевелев.
– Киев: Наукова думка, 1972. – С. 7 – 79.
3. Мясников А.А. Борьба с газом в очистных выработках шахт / А.А. Мясников, Л.Д. Колотовкин. – Кеме-
рово: Кемеровское книжное издательство, 1975. – 108 с.
4. Милетич А.Ф. Утечки воздуха и их расчет при проветривании шахт / А.Ф. Милетич. – М.: Недра, 1968. –
148 с.
5. Патрушев М.А. Проветривание высокомеханизированных лав / М.А. Патрушев, Е.С. Драницын. –
Донецк: Донбасс, 1974. – с. 22 – 60.
6. Повышение эффективности проветривания угольных шахт с высоконагруженными лавами / А.Ф. Булат,
Е.Л. Звягильский, Б.В. Бокий [и др.]. – Днепропетровск, 2004. – С. 144 – 175.
7. Обобщение закономерностей влияния процесса добычи угля на напряженно-деформированное состоя-
ние газонасыщенного массива горных пород, условия его дегазации и эффективность функционирования сис-
тем противоаврийной защиты [Текст]: Отчет по НИР (промежуточн.) / ИГТМ НАН Украины; рук. А.Ф. Булат;
исполн.: С.А. Курносов, С.Ю. Макеев, Т.В, Бунько [и др.]. – Днепропетровск, 2010. – 90 с. – г/б № III-36-07; ГР
0107U002004.
8. Скочинский А.А. Рудничная вентиляция / А.А. Скочинский, В.Б. Комаров. – М.: Углетехиздат, 1959. – С.
217 - 233.
УДК 622.33:552.513.08
Кандидати геол.-мін. наук К.А. Безручко,
Л.Л. Шкуро
(ІГТМ НАН України)
ВПЛИВ ТЕХНОГЕННОГО ЧИННИКА НА ФОРМУВАННЯ
СКУПЧЕНЬ МЕТАНУ В ПІСКОВИКАХ
Исследовано влияние горных работ в процессе добычи угля на физические свойства пес-
чаников по результатам опробования керна геологоразведочных скважин и горных вырабо-
ток. Установлено, что коэффициент открытой пористости песчаников, в зоне влияния горных
работ существенно отличается от соответствующих показателей в нетронутом массиве. По-
казано, что такое разуплотнение, за счёт трещинообразвания, способствует увеличению от-
крытой пористости песчаников в 1,2-1,4 раза и формированию проницаемости, соответст-
вующей коллекторам III-IV класса.
TECHNOGENIC FACTOR INFLUENCE ON THE FORMING OF
METHANE ACCUMULATIONS IN SANDSTONES
Influence of mining operations has been investigated in the coal mining process on physical
properties of sandstones, on results of core assay of geological prospecting holes and mining work-
ings. It was set that open porosity coefficient of sandstones, in the affected zone of mining opera-
tions substantially differs from the proper indexes in natural array. It is shown, that such volume
expension due to cracks formation, promotes increasing of sandstones open porosity in 1,2-1,4 time
and forming of permeability corresponding of the III-IV class collectors.
Дефіцит енергоресурсів в Україні та потреба його скорочення за рахунок
власного виробництва обумовили значну увагу до проблеми видобутку метану
69
вугільних родовищ – нетрадиційного джерела вуглеводневої сировини. Вирі-
шення цієї проблеми ведеться за багатьма напрямками. Одним з таких напрям-
ків є дослідження характеру змін колекторських властивостей гірських порід і,
зокрема, вивчення пористості та проникності пісковиків здатних акумулювати
скупчення вільного метану, особливо в період експлуатації вугільних родовищ
на відпрацьованих ділянках діючих шахт та з виробленого простору закритих
шахт.
Відомо, що у вуглепородному масиві метан може знаходитися у вільному,
сорбованому та розчиненому стані. На відміну від природних родовищ газу, ве-
лика частина метану на вугільних родовищах розсіяна у практично непроник-
них породах вугленосної товщі, тому, знаходячись навіть у вільному стані, ме-
тан позбавлений рухливості, що перешкоджає формуванню значних скупчень.
Аналіз виконаних раніше робіт свідчить, що найбільш перспективними
колекторами, в яких можуть формуватися скупчення «рухомого» метану є піс-
ковики [1]. Товща пісковиків насичена метаном, в якій у процесі геологічного
розвитку встановився і зберігається баланс між окремими фазами системи «во-
да-газ». У таких умовах метан знаходиться у вільному стані, але не є рухомим.
Система, будучи виведена з рівноваги, прагне до стану рівноваги в нових умо-
вах, шляхом перерозподілу води і газу, який здобувши рухливість починає пря-
мувати від зони високого тиску до області низького тиску. Газ прагне зайняти
гіпсометрично вище положення, а вода – нижче. Епізодичні випадки розкриття
скупчень метану, які супроводжуються викидами газу із свердловин або суфля-
рними виділеннями метану в шахтах, свідчать про можливість їх формування
під впливом різноманітних чинників, наприклад тектоніки, або технологічних,
пов'язаних з гірничими роботами.
У моделі формування техногенних скупчень (покладів) газу, пов'язаних з
підробленням гірського масиву, визначальним чинником є процеси розущіль-
нення та тріщиноутворення [1, 2]. Техногенні скупчення формуються в процесі
підроблення пісковиків внаслідок збільшення їх проникності за рахунок тріщи-
ноутворення. У випадках, коли деформації розтягування шарів пісковиків пере-
вищують критичні значення, в них розвиваються крихкі деформації розриву,
що приводять до виникнення тріщинуватості, зміни колекторських властивос-
тей – збільшення проникності уражених тріщинами шарів пісковику та можли-
вості формування скупчень газу. Під час виїмки вугілля відбувається розванта-
ження вугільних пластів і вміщуючих порід від гірського тиску, їх розтріску-
вання, розущільнення, збільшення проникності, що обумовлює формування
техногенних колекторів, в яких вільний (із порового простору), десорбований
(переважно з вугілля) і дегазований з розчинів метан переходить у рухливий
стан, що дозволяє йому концентруватися у значні скупчення. Розміри зони ро-
зущільнення та інтенсивність тріщиноутворення залежать від величин дефор-
мацій та деформаційних характеристик породи. Гранично допустимі (критичні)
лінійні деформації розтягування для пісковиків складають 0,003-0,004 [3].
Як відзначалося вище, для формування газового покладу необхідною є не
тільки наявність природного резервуару, придатного для скупчення газу, але і
наявність екрану. Екраном покладу можуть слугувати шари того ж пісковика,
70
непорушені тріщинами, в яких деформації розтягування не досягли критичних
значень для порушення суцільності, без чого вони залишаються не ураженими
тріщинами і є газонепроникними.
Пісковики Донбасу стадій середнього та пізнього катагенезу (зони поши-
рення вугілля марок Г, Ж, К, ПС ) характеризуються значеннями коефіцієнту
відкритої пористості до 10 %. У більшості, це пісковики підводних виносів рі-
чок, відкрита пористість яких змінюється в середньому від 9% (у районах по-
ширення вугілля марок Г) до 5-6 % (у районах поширення вугілля марки Ж) та
4% (у районах поширення вугілля марки К) [2]. Потужність пісковиків зміню-
ється від декількох метрів до 35 - 45 м, зрідка до 60 – 70 м. Зазвичай, ці піско-
вики характеризуються низькою газопроникністю, що становить тисячні або
соті частки мілідарсі і зрідка перевищує десяті частки мілідарсі [2,4-5]. Згідно
найбільш поширеної в геологічній практиці класифікації теригенних порід
А.А. Ханіна [6], такі пісковики, здебільшого, не є колекторами або можуть бути
віднесені до колекторів з вельми низькою проникністю. Їх ступінь заповнення
пор газом у середньому складає 30-35 % [2], відповідно, вологою – 65 % - 70 %.
Низькі значення проникності пісковиків перешкоджають перерозподілу
газу і води, тобто можливості газу набути рухливість і концентруватися у знач-
них обсягах у вигляді скупчень, створюючи поклади. У разі підроблення гірни-
чими виробками пісковиків, вони розвантажуються від гірського тиску, просі-
дають, порушуються тріщинами. Внаслідок цих процесів у пісковиків різко збі-
льшується проникність, значні об'єми метану стають рухливими і за певних
умов може сформуватися газовий поклад. У зв'язку з цим є доцільною оцінка
фільтраційних характеристик, зокрема проникність порід, у зоні розущільнен-
ня, формування якої супроводжувалося деформаціями розтягування, які пере-
вищують гранично допустимі (критичні) значення, що спричинило втрату суці-
льності гірськими породами та тріщинноутворення. Така оцінка може бути ви-
конана за ефективною ємністю порового простору, придатного для фільтрації
газу, а саме за розміром основних фільтрувальних каналів.
Для оцінки проникності гірських порід, в яких частина порового простору
обумовлена розвитком тріщиної пустотності, може бути використана структур-
на модель порового простору, яку умовно можна назвати тріщинно-капілярною,
згідно якої проникність визначається співвідношенням [7]
трпр kbk 210105,8 ⋅= ,
де kпр− коефіцієнт проникності, 10-12 м2 (Д);
b− ширина (розкритість) тріщини, м;
kтр − коефіцієнт тріщиної пористості, частки одиниці.
У даному випадку оцінки проникності у розущільненій зоні, яка виникла
за рахунок крихких деформацій розриву, збільшення об'єму пласта відбувається
внаслідок утворення нових тріщин. Тобто, приріст пористості (різниця між по-
ристістю до та після формування зони розущільнення, вона ж є різницею між
71
пористістю у зоні розущільнення та пористістю у непорушеній зоні) відповідає
тріщинній пористості, яка виникла під час формування тріщинуватої зони.
Використовуючи результати визначення колекторських властивостей піс-
ковиків у непорушеному породному масиві та в зоні впливу гірничих робіт, які
наведені в табл. 1, можна оцінити абсолютну проникність, яка формується за
рахунок розвитку тріщинуватості. Вважаючи тріщинну пористість такою, що
дорівнює приросту коефіцієнту відкритої пористості (різниця між середніми
значеннями коефіцієнтів відкритої пористості за шахтними та свердловинними
пробами в табл. 1) і обгрунтовано прийнявши ширину розкритості тріщин та-
кою, що складає щонайменше 10–15 мкм [8], отримаємо середні значення абсо-
лютної проникності пісковиків у зоні впливу гірничих робіт (табл. 2).
Як можна бачити з таблиці 2, середні значення абсолютної проникності
пісковиків практично у всіх випадках, за винятком шахти ім. К.А. Румянцева,
відповідають промисловим колекторам III класу згідно вже згадуваної класифі-
кації [6]. Розрахункова абсолютна проникність тріщинуватих пісковиків шахти
ім. К.А. Румянцева є більшою і відповідає IV класу. Отже, фільтраційні власти-
вості пісковиків, що сформувалися внаслідок розущільнення в зоні впливу гір-
ничих робіт, є цілком сприятливими для скупчення техногенного метану або
підвищених водоприпливів.
Таблиця 1 – Середні значення колекторських властивостей пісковиків Донбасу, визначених
за шахтними та свердловинними пробами
Коефіцієнт
відкритої
пористості, %
Приріст
відкритої пористості (техно-
генна тріщинуватість), %
Поле шахти Зона впливу
гірничих ро-
біт (шахтні
проби)
Непоруше-
ний масив
(проби з гео-
логорозві-
дувальних
свердловин)
Об'ємний Відносний
ім. О.Г. Стаханова 11,2 8,1 3,1 38
Красноармійська-Західна 10,2 7,9 2,3 29
ім. О.О. Скочинського 7,2 5,2 2,0 38
ім. К.І. Поченкова 8,1 6,8 1,3 19
Комсомолець 3,4 2,6 0,8 30
ім. К.А. Румянцева 3,2 2,7 0,5 19
Кочегарка 4,6 3,7 0,9 24
Самсонівська-Західна 8,1 6,8 1,3 19
72
Таблиця 2 – Розрахункові середні значення коефіцієнтів тріщинної пористості і абсолютної
проникності пісковиків порушеного масиву
Поле шахти
Приріст
відкритої пористості (техно-
генна тріщинуватість), %
Абсолютна проникність
(розрахункові середні зна-
чення), 10-15 м2
ім. О.Г. Стаханова 3,1 263,5 – 395,5
Красноармійська-Західна 2,3 195,5 − 293,0
ім. О.О. Скочинського 2,0 170,0 – 255,0
ім. К.І. Поченкова 1,3 110,5 – 165,8
Комсомолець 0,8 68,0 – 102,0
ім. К.А. Румянцева 0,5 42,5 – 63,8
Кочегарка 0,9 76,5 – 114,8
Самсонівська-Західна 1,3 110,5 – 165,8
Таким чином, в період експлуатації вугільних родовищ на відпрацьованих
ділянках діючих шахт та на ділянках закритих шахт під впливом техногенного
чинника пісковики набувають покращені ємнісні та фільтраційні властивості.
Коефіцієнт відкритої пористості збільшується у межах від 0,9% до 3,1%, відпо-
відно, у відносних одиницях зростання відкритої пористості становить 19% −
38%, тобто, відкрита пористість зростає в 1,2-1,4 рази. Підвищується абсолютна
проникність до десятків та сотень мілідарсі (відповідає промисловим колекто-
рам III-IV класів), що сприятливо впливає на можливість накопичення вільного
метану у порушеному породному масиві. Натомість, у непорушених шарах піс-
ковиків зберігається низька проникність, зазвичай не більш десятих часток мі-
лідарсі, яка обумовлює їх екранувальну здатність та створює передумови для
формування газового покладу.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Лукинов, В.В. Горно–геологические условия образования скоплений свободного метана на угольных ме-
сторождениях / В.В. Лукинов // Науковий вісник НГУ .-№ 4.- 2007.-С.55–59.
2 Лукинов, В.В. Тектоника метаноугольных месторождений Донбасса / В.В. Лукинов, Л.И. Пимоненко .-
Киев: Наукова думка, 2008.-352 с.
3. Иофис, М.А. Инженерная геомеханика при подземных разработках / М.А. Иофис, А.И. Шмелёв.- М.: Не-
дра, 1985.- 248 с.
4. Геологические факторы выбросоопасности пород Донбасса / [Забигайло В.Е., Широков А.З., Белый И.С.
и др.].- К.: Наук.думка, 1974.-272 с.
5. Абрамов, Ф.А. Свойства выбросоопасных песчаников как породы-коллектора / Ф.А. Абрамов, Г.А. Ше-
велёв.-К.: Наук.думка, 1972.- 98 с.
6. Ханин, А.А. Породы-коллекторы нефти и газа и их изучение / А.А. Ханин.-М.: Недра,1969.-368 с.
7. Ромм, Е.С. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород / Е.С. Ромм- М.: Недра,1966.- 384 с.
8. Лукінов В.В. Чинники формування колекторських властивостей низькопористих теригенних порід.
Стаття II Обґрунтування фільтраційних параметрів межі колектор–екран низькопористих теригенних порід /
В.В. Лукінов, К.А. Безручко // Геологія і геохімія горючих копалин. − 2009. − № 3−4 (148−149). − С. 5−17.
73
УДК 622.831.322
Инж. В.Н. Сапегин
(ИГТМ НАН Украины)
РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ГАЗОНОСНОМ
УГЛЕПОРОДНОМ МАССИВЕ
Наведено розрахунок динамічних напружень, складений на основі чисельного аналізу
математичної моделі нестаціонарного деформування пружного середовища під дією змінно-
го внутрішнього навантаження та застосування методу послідовної апроксимації.
THE CALCULATION OF DYNAMICAL STRESSES IN GAS-SATURATED
COLA-ROCK MASSIF
The calculation of dynamical stresses, based on numerical analysis of mathematical model of
nonstationary deformation of elastic medium under action of variable internal load by means of
method of successive approximation, was presented.
Существующие методики расчетов динамических напряжений базируются
на сложных математических моделях или эмпирических данных, полученных
из натурных условий и потому не получили широкого распространения в гор-
ной практике. Отсутствуют удобные в техническом приложении расчетные за-
висимости, которые бы в компактной форме связывали бы параметры нагруже-
ния, упругие характеристики среды и геометрические параметры нагружаемой
системы.
В работе [1,2] на основе численного анализа модели нестационарного дефо-
рмирования упругой газонасыщенной среды и применения метода последова-
тельной аппроксимации получены расчетные зависимости и впервые установ-
лена закономерность изменения максимальных радиальных растягивающих на-
пряжений для газоносного массива под действием переменной внутренней на-
грузки на участке действия сил инерции, связующая параметры нагружения
(изменение нагрузки во времени), упругие характеристики среды и геометриче-
ские параметры, справедливая для всех линейно упругих сред, общность кото-
рой полностью доказана теорией размерности [1].
Установлено, что максимальные растягивающие нормальные радиальные
напряжения от действия падающей волны на внутреннем радиусе цилиндриче-
ской полости скважины на участке действия сил инерции прямо пропорциона-
льны величине внутренней нагрузки 0p и радиусу цилиндрической полости 0r и
обратно пропорциональны скорости упругой волны vp и времени tc сброса вну-
тренней нагрузки с общим коэффициентом пропорциональности равном 0,9 для
времени сброса ctc 03,0≺ :
cp
r tV
rp
⋅
⋅
⋅= 009.0σ (1)
где rσ – максимальные растягивающие радиальные напряжения, Па; 0p –
максимальное значение (амплитуда) внутренней нагрузки, Па; 0r – внутренний
радиус цилиндрической скважины, м; Vp – скорость упругой волны, м/с; ct –
|