Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений

Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений

На підставі аналізу експериментальних даних отримана попередня оцінка співвідношення горизонтальних і вертикальних відносних деформацій гірських порід у зоні повних зрушень підроблюваного масиву, що дозволяє прогнозувати просторові характеристики неоднорідних техногенних газових колекторів....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2013
Hauptverfasser: Кулибаба, С.Б., Ходырев, Е.Д.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2013
Schriftenreihe:Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57209
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:Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений / С.Б. Кулибаба, Е.Д. Ходырев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 118-127. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-57209
record_format dspace
spelling irk-123456789-572092014-03-06T03:01:29Z Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений Кулибаба, С.Б. Ходырев, Е.Д. На підставі аналізу експериментальних даних отримана попередня оцінка співвідношення горизонтальних і вертикальних відносних деформацій гірських порід у зоні повних зрушень підроблюваного масиву, що дозволяє прогнозувати просторові характеристики неоднорідних техногенних газових колекторів. Based on the analysis of experimental data preliminary estimation of horizontal and vertical relative deformations of rock mass in the zone of bulk movement of the mass being undermined is obtained that enables to predict spatial characteristics of inhomogeneous manmade gas reservoirs. 2013 Article Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений / С.Б. Кулибаба, Е.Д. Ходырев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 118-127. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57209 622.324.5:622.834 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України 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 На підставі аналізу експериментальних даних отримана попередня оцінка співвідношення горизонтальних і вертикальних відносних деформацій гірських порід у зоні повних зрушень підроблюваного масиву, що дозволяє прогнозувати просторові характеристики неоднорідних техногенних газових колекторів.
format Article
author Кулибаба, С.Б.
Ходырев, Е.Д.
spellingShingle Кулибаба, С.Б.
Ходырев, Е.Д.
Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений
Наукові праці УкрНДМІ НАН України
author_facet Кулибаба, С.Б.
Ходырев, Е.Д.
author_sort Кулибаба, С.Б.
title Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений
title_short Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений
title_full Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений
title_fullStr Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений
title_full_unstemmed Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений
title_sort оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений
publisher Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate 2013
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57209
citation_txt Оценка свойств техногенных коллекторов метана с учетом главных составляющих деформаций горного массива в зоне полных сдвижений / С.Б. Кулибаба, Е.Д. Ходырев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 118-127. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Наукові праці УкрНДМІ НАН України
work_keys_str_mv AT kulibabasb ocenkasvojstvtehnogennyhkollektorovmetanasučetomglavnyhsostavlâûŝihdeformacijgornogomassivavzonepolnyhsdviženij
AT hodyreved ocenkasvojstvtehnogennyhkollektorovmetanasučetomglavnyhsostavlâûŝihdeformacijgornogomassivavzonepolnyhsdviženij
first_indexed 2025-07-05T08:27:23Z
last_indexed 2025-07-05T08:27:23Z
_version_ 1836794819224010752
fulltext Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013 118 УДК 622.324.5:622.834 ОЦЕНКА СВОЙСТВ ТЕХНОГЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ МЕТАНА С УЧЕТОМ ГЛАВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ДЕФОРМАЦИЙ ГОРНОГО МАССИВА В ЗОНЕ ПОЛНЫХ СДВИЖЕНИЙ Кулибаба С. Б., Ходырев Е. Д. (УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина) На підставі аналізу експериментальних даних отримана попередня оцінка співвідношення горизонтальних і вертикальних відносних деформацій гірських порід у зоні повних зрушень підро- блюваного масиву, що дозволяє прогнозувати просторові харак- теристики неоднорідних техногенних газових колекторів. Based on the analysis of experimental data preliminary estima- tion of horizontal and vertical relative deformations of rock mass in the zone of bulk movement of the mass being undermined is obtained that enables to predict spatial characteristics of inhomogeneous man- made gas reservoirs. Для решения задач по оценке характера процессов массопе- реноса в подработанном массиве необходимо иметь теоретиче- ский аппарат для прогноза свойств техногенных коллекторов, об- разующихся в результате ведения горных работ. Упругие изме- нения проницаемости определяются раскрытием уже существу- ющих трещин, а необратимые изменения связаны с образованием новых трещин и локализацией пластических деформаций вдоль площадок скольжения. Общий вид проницаемости трещиновато- пористой среды с учетом нормальных к плоскости трещин де- формаций определяется известными соотношениями, имеющими вид [1]: Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013 119 dSnnIanaK S e nn p nn mL )()()()([)12 1( 3 0 2 1 ]    , (1) где a, a, L1 – функции, характеризующие плотность рас- пределения трещин; – необратимая нормальная к плоскости трещины со- ставляющая тензора деформаций; – упругая нормальная к плоскости трещины составля- ющая тензора деформаций; – единичный тензор; m0 – пористость горных пород; – вектор нормали к системе трещин; S – полусфера единичного радиуса. При чисто упругих деформациях 0 и ∆ 0. При возникновении необратимых деформаций 0 фор- мула разбивается на два слагаемых, одно из которых отвечает упругим, т.е. обратимым изменениям проницаемости, а другому соответствуют необратимые изменения. Известно, что при не- обратимых деформациях горных пород, особенно в условиях, близких к одноосному сжатию, происходит значительное раз- рыхление материала. Деформация по некоторым направлени- ям оказывается положительной и большой. Это приводит к росту слагаемого и общая проницаемость определяется конкурен- цией членов и . (2) Структура определяющих соотношений предполагает ис- пользование в расчетах нормальных к плоскости трещин дефор- маций, которые для трансверсально изотропных слоистых сред полностью определяются величинами деформаций вдоль главных направлений. Если задача определения вертикальной составляющей тен- зора деформаций горного массива достаточно хорошо изучена и не вызывает особых трудностей то задача, связанная с оценкой горизонтальных деформаций, требует выполнения соответству- ющих дополнительных исследований. e K p K nn p p K e K p K Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013 120 В мировой и отечественной практике существует целый ряд моделей, или геомеханических схем, сдвижения массива горных пород и земной поверхности [2-8], в которых всю область, под- вергающуюся влиянию очистной выработки, принято разграни- чивать на ряд характерных зон, каждая из которых обладает свойственными только ей отличительными признаками. Рассмот- рим одну из наиболее распространенных геомеханических схем, в которой эти зоны разграничиваются по форме сдвижения по- родных слоев (рис. 1). Рис. 1. Зоны влияния очистной выработки над отрабатывае- мым пластом, разграниченные по форме сдвижения породных слоев: 1 – обрушение; 2 – полное сдвиже- ние; 3 – изгиб слоев; 4 – плавный прогиб слоев При отработке очистной выработки AB непосредственно над выработанным пространством образуется зона обрушения 1, над которой формируется зона полных сдвижений 2. В породных слоях нижней части этой зоны происходит активное трещинооб- разование (слой EF), степень которого уменьшается с удалением от выработанного пространства вверх, и в верхней части зоны нарушение сплошности слоев отсутствует (слой MN). Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013 121 Общим отличительным признаком зоны полных сдвижений является наличие "плоского дна" мульды сдвижения – участка массива, в котором подработанные слои занимают положение, параллельное первоначальному, которое они занимали до подра- ботки. Границы указанной зоны в массиве с некоторой степенью приближения определяются прямыми, проведенными из границ очистной выработки в рассматриваемом главном вертикальном сечении мульды сдвижения под углами полных сдвижений ψ1,2 на разрезе вкрест простирания и ψ3 – на разрезе по простиранию пластов. По бокам от зоны полных сдвижений находятся зоны изги- бов 3, в которых породные слои вследствие зависания над выра- ботанным пространством изгибаются подобно балке, заделанной с одного конца, в результате чего в них образуются многочислен- ные трещины по нормали к напластованию, а также происходят межслоевые подвижки. Над зонами полных сдвижений и изгибов находится зона плавного прогиба слоев 4, в которой, в отличие от зоны полных сдвижений, "плоское дно" отсутствует, изгиб слоев происходит плавно, без нарушения сплошности, а верхней ее границей являет- ся мульда сдвижения на земной поверхности DC с точкой макси- мального оседания O, определяемой линией, проведенной из сере- дины очистной выработки по углом максимальных оседаний θ. Остановимся более детально на характере деформирования породных слоев в зоне полных сдвижений. Большинство иссле- дователей сходятся во мнении, что векторы перемещения точек в пределах каждого слоя в этой зоне равны и параллельны друг другу, в результате чего после окончания процесса сдвижения подработанные слои горных пород находят опору на почве вы- нимаемого пласта, и каждый из них занимает положение, парал- лельное первоначальному. Вследствие расслоения и упругого восстановления породы в этой зоне испытывают деформации вертикального растяжения, что подтверждено большим количе- ством экспериментальных данных. При этом предполагается, что горизонтальные деформации пород в зоне полных сдвижений от- сутствуют. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013 122 Горизонтальные сдвижения и деформации породных слоев зоны полных сдвижений изучены мало по ряду причин [3]. Во- первых, они не являются основным показателем, необходимым для прогноза сдвижений горных пород, точность которого, в свою очередь, обеспечивает корректность принимаемых сер по защите подрабатываемых объектов, как в массиве горных пород (горные выработки), так и на земной поверхности (здания, со- оружения, природные объекты), а во-вторых, их характер зависит от слишком большого числа влияющих факторов, эксперимен- тальное исследование которых либо сильно затруднено, либо во- обще не представляется возможным. Рассмотрим формирование зоны полных сдвижений на раз- резе по простиранию пласта (рис. 2). Подрабатываемый слой вна- чале претерпевает деформации изгибов в зоне 3, вследствие чего его монолитная структура нарушается разрывами и секущими трещинами, а после отхода очистного забоя на определенное рас- стояние этот слой оказывается в зоне полных сдвижений 2, где изгибы отсутствуют. В результате слой действительно занимает положение, параллельное первоначальному, переместившись вниз на величину η. Однако теперь, в отличие от своего первона- чального состояния, этот пласт будет иметь нарушенную трещи- нами структуру, и вследствие дилатансии его длина по сравне- нию с первоначальной увеличится в пределах зоны 2 на некото- рую величину . На разрезе вкрест простирания породные слои в зоне пол- ных сдвижений над разрабатываемым пластом также имеют се- кущие трещины, разделяющие их на блоки, хотя характер трещи- нообразования здесь несколько иной. Таким образом, можно предположить, что после окончания процесса сдвижения массива горных пород слои в зоне 2 испы- тают деформации растяжения не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. Очевидно, такие горизонтальные деформации будут значительно меньше вертикальных, посколь- ку, как упоминалось выше, вертикальные растяжения вызваны не только упругим восстановлением породы каждого конкретного слоя, но и расслоениями пород вследствие отделения соседних слоев друг от друга в процессе сдвижения. Логично также пред- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013 123 положить, что величины горизонтальных и вертикальных растя- жений находятся друг с другом в некоторой зависимости, по- скольку и одни и другие отражают степень воздействия подра- ботки на тот или иной участок массива горных пород в границах зоны полных сдвижений. Рис. 2. Изменение положения породного слоя в зоне полных сдвижений после подработки Для оценки соотношения горизонтальных и вертикальных деформаций в зоне полных сдвижений породного массива рас- смотрим результаты экспериментов. В 1965 г. на шахте № 4 "Ливенка" была оборудована наблю- дательная станция с целью определения характера деформирова- ния угля и горных пород при их подработке очистными работами 4-й восточной лавы пласта h8 (фонды УкрНИМИ). Наблюдатель- ная станция состояла из семи замерных ниш, разделанных в во- сточном уклоне пласта h10 (рис. 3), в которых были заложены ре- перы для измерения деформаций пород и угля как по нормали к напластованию, так и в плоскости напластования. Ниши 1-3 были пройдены по породе, а ниши 4-7 – по углю. Глубина залегания откаточного штрека 4-й восточной лавы пласта h8 составляла 360 м, угол падения 25, мощность 0,61 м, длина лавы 120 м, средняя скорость подвигания очистного забоя – 36 м в месяц, мощность подрабатываемого междупластья h8 – h10 составила 80 м. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013 124 Инструментальные наблюдения на станции начались в мо- мент, когда очистной забой подрабатывающей лавы находился на расстоянии 40-45 м от вертикального створа восточного уклона, в котором были оборудованы замерные ниши, и продолжались до полного окончания процесса сдвижения в районе наблюдатель- ной станции. Из семи замерных ниш только одна попала в зону полных сдвижений – ниша 1 (см. рис. 3). На рисунке 4 показаны графики развития деформаций, измеряемых в этой нише, в зависимости от расстояния l в плане между очистным забоем и створом наблюда- тельной стации, из которых можно сделать следующие выводы: – при подходе лавы непосредственно к створу наблюдатель- ной станции и после ее прохода в породах начали развиваться деформации растяжения – как вертикальные z, так и горизон- тальные г; – значения относительных вертикальных деформаций рас- тяжения пород после стабилизации процесса сдвижения состави- ли 16-18 мм/м, а горизонтальных – соответственно 2,6-2,9 мм/м; – отношение горизонтальных деформаций к вертикальным составляет приблизительно 0,16. Рис. 3. Вертикальный разрез по линии вкрест простирания Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013 125 Рис. 4. График развития вертикальных εz и горизонтальных εг относительных деформаций горных пород в зоне полных сдвижений Во втором эксперименте инструментальные наблюдения проводились на наблюдательной станции, оборудованной в квершлаге горизонта 160 м шахты "Заря" объединения "Торезан- трацит" при его подработке 1-ой восточной лавой пласта h6 (рис. 5). Подработка квершлага проходила в следующих услови- ях: средняя глубина разработки 280 м, угол падения пласта 19°, вынимаемая мощность 1,03–1,05 м, длина лавы по падению 250 м, управление кровлей – полное обрушение, месячное подви- гание очистных забоев в пределах целика 36 – 40 м. В результате подработки после окончания процесса сдвижения в квершлаге образовалось наклонное плоское дно мульды сдвижения между реперами 14 и 21 (см. рис. 5). Средние величины горизонтальных г ср и вертикальных z относительных деформаций участка плоского дна мульды сдви- жения можно определить по формулам: г.ср , (3)   , (4) где ξi и i – соответственно абсолютное горизонтальное сдвижение и оседание i-го репера, м; l(14-21) – расстояние между реперами 14 и 21, м; Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013 126 H14, H21 – высоты расположения соответствующих реперов над разрабатываемым угольным пластом. Рис. 5. Оседания () и абсолютные горизонтальные сдвиже- ния (ξ) массива по оси квершлага в зоне полных сдвижений Расчеты показали, что значение г ср на рассматриваемом участке составили 0,37×10-3, z – 2,24×10-3, а их отношение = 0,166. Выводы. 1. В процессе сдвижения подработанного массива горные породы в границах зоны полных сдвижений вследствие дилатан- сии слоев испытывают как вертикальные, так и горизонтальные деформации растяжения, величины которых взаимосвязаны. Пре- дварительная оценка показывает, что величина относительных горизонтальных деформаций растяжения в этой зоне составляют Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013 127 в первом приближении около 10 – 20 % от величины относитель- ных вертикальных деформаций растяжения. 2. Полученные предварительные оценки величин необра- тимых деформаций позволяют с достаточной для практики точ- ностью прогнозировать пространственные характеристики неод- нородных техногенных газовых коллекторов, которые образуют- ся в горном массиве при ведении очистных работ. Свойства этих коллекторов являются определяющим фактором при изучении процессов подземной газо- и гидродинамики и могут быть осно- вой работ по оптимизации систем дренажных мероприятий. СПИСОК ССЫЛОК 1. Справочное пособие. Расчетные методы в механике горных ударов и выбросов / Под ред. И. М. Петухова. –– М. : Недра, 1982. –– 256 с. 2. Земисев В. Н. Расчеты деформаций горного массива. / В. Н. Земисев. –– М. : Недра, 1973. –– 145 с. 3. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатывае- мых сооружений / Г. Кратч; [пер. с нем. К. К.Глазенапа]. –– М. : Недра, 1978. –– 494 с. 4. Борисов А. А. Расчеты горного давления в лавах пологих пла- стов. / А. А. Борисов. –– М. : Недра, 1964. –– 278 с. 5. Бажин Н. П. Охрана подрабатываемых подготовительных вы- работок / Н. П. Бажин, О. И. Мельников, В. С. Пиховкин, В. В. Райский. –– М. : Недра, 1978. –– 253 с. 6. Зборщик М. П. Охрана выработок глубоких шахт в вырабо- танном пространстве. / М. П. Зборщик. –– Киев : Технiка, 1978. –– 176 с. 7. Викторов С. Д. Сдвижение и разрушение горных пород / С. Д. Викторов, М. А. Иофис, С. А. Гончаров. / Отв. ред. К. Н. Трубецкой –– М. : Наука, 2005. –– 277 с. 8. Антипенко Г. А. Сдвижение земной поверхности на пласто- вых месторождениях Приднепровья / Г. А. Антипенко, Г. Ф. Гаврюк, А. С. Кучин, В. А. Назаренко. –– Дніпропет- ровськ. –– НГУ, 2010. –– 184 с.

Ähnliche Einträge