Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении

Наведено аналітичні залежності зміни проникності при руйнуванні флюїдонасиченого геоматеріалу в умовах об’ємного стиснення в пружній, граничній та позаграничній області деформування. Встановлено зв’язок міцності, деформаційних параметрів і коефіцієнту Пуассона з фільтраційними властивостями вугілля...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Булат, А.Ф., Пилипенко, Ю.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2012
Назва видання:	Геотехническая механика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54383
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:	Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении / А.Ф. Булат, Ю.Н. Пилипенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 3-11. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-54383
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-543832014-02-02T03:13:12Z Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении Булат, А.Ф. Пилипенко, Ю.Н. Наведено аналітичні залежності зміни проникності при руйнуванні флюїдонасиченого геоматеріалу в умовах об’ємного стиснення в пружній, граничній та позаграничній області деформування. Встановлено зв’язок міцності, деформаційних параметрів і коефіцієнту Пуассона з фільтраційними властивостями вугілля та гірських порід шляхом апроксимації кривих параметричними сплайнами. The author shows analytical dependences of permeability of fluid-saturated geomaterial when it is broken at 3D compression in elastic, boundary and beyond boundary deformation areas. Interaction of strength and deformation parameters and Poisson’s ratio with filtration properties of the coals and rocks was established by means of curve approximation and parametric splines. 2012 Article Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении / А.Ф. Булат, Ю.Н. Пилипенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 3-11. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54383 622.837:622 854 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 аналітичні залежності зміни проникності при руйнуванні флюїдонасиченого геоматеріалу в умовах об’ємного стиснення в пружній, граничній та позаграничній області деформування. Встановлено зв’язок міцності, деформаційних параметрів і коефіцієнту Пуассона з фільтраційними властивостями вугілля та гірських порід шляхом апроксимації кривих параметричними сплайнами.
format	Article
author	Булат, А.Ф. Пилипенко, Ю.Н.
spellingShingle	Булат, А.Ф. Пилипенко, Ю.Н. Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении Геотехническая механика
author_facet	Булат, А.Ф. Пилипенко, Ю.Н.
author_sort	Булат, А.Ф.
title	Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении
title_short	Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении
title_full	Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении
title_fullStr	Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении
title_full_unstemmed	Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении
title_sort	сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2012
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54383
citation_txt	Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении / А.Ф. Булат, Ю.Н. Пилипенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 107. — С. 3-11. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Геотехническая механика
work_keys_str_mv	AT bulataf splajnapproksimaciâizmenenijpronicaemostiflûidonasyŝennogogeomaterialaprirazrušenii AT pilipenkoûn splajnapproksimaciâizmenenijpronicaemostiflûidonasyŝennogogeomaterialaprirazrušenii
first_indexed	2025-07-05T05:42:00Z
last_indexed	2025-07-05T05:42:00Z
_version_	1836784414351163392
fulltext	3 УДК 622.837:622 854 Академик НАН Украины А.Ф. Булат, канд. техн. наук Ю.Н. Пилипенко (ИГТМ НАН Украины) СПЛАЙН-АППРОКСИМАЦИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ФЛЮИДОНАСЫЩЕННОГО ГЕОМАТЕРИАЛА ПРИ РАЗРУШЕНИИ Наведено аналітичні залежності зміни проникності при руйнуванні флюїдонасиченого геоматеріалу в умовах об’ємного стиснення в пружній, граничній та позаграничній області деформування. Встановлено зв’язок міцності, деформаційних параметрів і коефіцієнту Пуас- сона з фільтраційними властивостями вугілля та гірських порід шляхом апроксимації кривих параметричними сплайнами. SPLINE-APPROXIMATION OF PERMEABILITY CHANGES IN FLUID- SATURATED GEOMATERIAL AT ITS BREAKING The author shows analytical dependences of permeability of fluid-saturated geomaterial when it is broken at 3D compression in elastic, boundary and beyond boundary deformation areas. Interac- tion of strength and deformation parameters and Poisson’s ratio with filtration properties of the coals and rocks was established by means of curve approximation and parametric splines. Для обеспечения безопасности ведения горных работ необходимо получе- ние надежной и достоверной информации о структуре и состоянии углепород- ного массива, особенно при переходе разрывных дислокаций механизирован- ными комплексами нового технического уровня. Регламентированный норма- тивными документами прогноз выбросоопасности в очистных забоях затрудня- ет определение границ опасных зон, а активное применение опережающей де- газации выемочных столбов при добыче угля влияет на результаты текущего прогноза, по которому сложно судить о потенциальной опасности углепородно- го массива [1,2]. Кроме того, малоамплитудные тектонические нарушения яв- ляются природными каналами миграции флюидов и газа метана, поэтому для прогнозной оценки состояния горных выработок и поведения флюидонасы- щенных пород и угля необходимо определение параметров физико- механических и коллекторских свойств, которые вычисляют при обработке полных диаграмм «напряжение – деформация» [3,4]. Для контроля разрушения применяют геофизические методы, в частности, сейсмоакустический (СА), по- зволяющий получить достоверную, непрерывную и оперативную информацию о состоянии образца или массива, автоматизировать процесс регистрации и об- работки сигналов, локализовать очаги интенсивного трещинообразования. Исследованиям влияния влаги на прочностные и деформационные свойства углей и горных пород посвящено значительное количество публикаций [4-6]. Все работы, в той или иной степени, базировались на изучении эффекта Ребин- дера-Баренблатта для двухфазных (ДФ) и гетерогенных сред. Основной объем исследований выполнен применительно к проблемам добычи жидких и газооб- разных углеводородов на больших глубинах. Изучение фильтрационных свойств пород-коллекторов проводилось устройствами для исследования про- ницаемости керна (УИПК-1м), (УИК) по схеме Кармана или их аналогами [7-9]. Полученные результаты не могут быть использованы в полной мере при реше- 4 нии проблем дегазации и устойчивости выработок, так как не позволяют уста- новить закономерности изменения фильтрационных свойств геоматериала при разрушении в предельной и запредельной области деформирования. Применить аналитическое описание сложно в связи с отсутствием гибкого математическо- го аппарата, который позволил бы в простой, удобной для расчетов форме по- лучить численные изменения этих характеристик, которые оказывают большое влияние на параметры конструктивных элементов систем разработок и схем де- газации. Цель работы: разработать теоретические предпосылки для исследова- ния динамики разрушения горных пород и угля с различной степенью флюидо- насыщения. Для достижения поставленной цели необходимо решить следую- щие задачи – разработать модель ДФ-среды и выполнить аналитическое описа- ние взаимосвязи фильтрационных свойств геоматериала и напряженного со- стояния угля и горных пород при деформировании и разрушении в удобной для инженерных расчетов форме. Полученные результаты составят теоретическую основу при разработке методики исследования поведения геоматериала в усло- виях объемного сжатия и воздействии на него газа и растворов с регулируемы- ми реологическими свойствами. Модель ДФ-среды и ее описание. Неоднозначное поведение флюидонасы- щенного угля и горных пород при изменении режима нагружения объясняется их структурными особенностями, а именно, параметрами трещинно-порового пространства. В задачах фильтрации растворов в геоматериале важным пара- метром является эффективная ширина трещин, определяющая законы движе- ния жидкости и газа. Изучение трещиноватости является довольно сложной за- дачей. Это связано с неоднозначностью подходов при выборе площадок на- блюдений, так как данные измерений нельзя использовать при анализе трещи- новатости в других сечениях произвольного направления и при теоретических расчетах. Для описания модели геоматериала с интенсивностью системы тре- щин iiI0 , рассмотрим область S площадью 0S (рис.1). Рис. 1 – Модель фильтрации флюида в геоматериале с нарушенной структурой Движение флюида будет характеризоваться давлением, расходом и време- нем преодоления пути dх, а геоматериал – проницаемостью, трещиноватостью и напряженностью среды. Экспериментальные факты снижения прочности с ростом влажности объясняются тем, что адсорбция воды на поверхности частиц горных пород сопровождается образованием двойного промежуточного слоя, который определяет толщину слоя (количество) связанной воды (прочно и рых- 5 ло-связанной) и зависит от комплекса обменных катионов и концентрации электролита в растворе. Поэтому при исследовании флюидонасыщения процесс фильтрации жидкости в горной породе будет рассматриваться как ньютонов- ское течение. Изучение физических свойств геоматериала проведено в различ- ных направлениях по отношению к слоистости, трещиноватости при фиксиро- ванных значениях влажности и пористости исследуемых образцов. На основа- нии этих работ установлена взаимосвязь разрушения слабых горных пород (ар- гиллит, алевролит) с изменениями проницаемости флюидонасыщенной среды. На рис.2 представлена модель изменения проницаемости при деструкции гео- материала. Рис. 2 – Обобщенная модель разрушения геоматериала (а) и схема изменения его проницаемости (г) под нагрузкой На схеме приняты следующие обозначения: σсж – предел прочности на сжа- тие; σy, σс – напряжения в области упругих деформаций и остаточной прочно- сти, соответственно; продольные (εпр) и поперечные (εпоп) деформации» образ- 6 ца угля при объемном сжатии с боковым давлением Р, характерные области деформирования пород (I-VI) и соответствующие диаграммы изменения: в- интенсивности сейсмоакустической эмиссии и г- проницаемость K0, Кy, Kп,Kс – при нулевом напряжении, в области упругих деформаций, в предельной облас- ти напряжений и в области остаточных напряжений. В наиболее общем виде взаимосвязь проницаемости и напряженно-деформированного состояния среды описывается с помощью параметрических сплайн-функций [10, 11], а процесс фильтрации жидкости в геоматериале законом Дарси в элементарной форме [7] К = PA lQ Δ⋅ ⋅⋅ μ , (1) где Q – объем фильтрата; μ – динамическая вязкость; l – геометрические пара- метры образца; A – площадь сечения образца; ΔP – разность давлений. Допустим, что кривая, характеризующая зависимость проницаемости среды от напряжений (рис. 2г), задана в плоскости ΟΧ1Χ2 своими параметрическими уравнениями Χk=ϕk(t) (k=1;2); t[a,b]; где ϕk(t)−гладкие функции. Ее можно ап- проксимировать при помощи сплайн-кривых. Введем на отрезке [a,b] произ- вольное разбиение δn: a = t0 < t1<…< tn-1 < tn = b и обозначим ϕ ϕk i i k it d dt( ) ( ) = (i=0,1); ϕ ϕk kt t( ) ( ) ( )0 = (k=1;2); hi=tj+1−tj (j=0,1,…,n−1). Кривой γ поставим в соответствие параболическую эрмитовую сплайн- кривую Y2(γ), которая на каждом промежутке [tj,tj+1] (j=0,1,…, n-1) задается уравнениями: Y2 ∑ = += 1 0, , )( )()(),,( ip pjpj i kk tttj ψϕϕ (k=1,2), (2) где ; ,2)32)(( ,2)( )( ; ,2)( ,)32)(( )( 12111 21 2 1,1 121 2 1 211 0,1 ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≤≤−+− ≤≤−− = ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≤≤− ≤≤−+− = ++++ + +++ ++ jtjjjj jjjj jjjj jjjjj ttthttttt ttthtt t ttthtt tttttttt t ψ ψ ψ ψ0 1 0 01, ,( ) ( )t t= − ; , ,2 2)(,21 )( 121 2 1 121 2 0,0 ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ≤≤⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − +=⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − = ++ + ++ jj j j jjjj j j ttt h tt ttttt h tt t pp ψ интерполирует в точках Aj (ϕ1(tj), ϕ2(tj)) (j=0,1,…, n) и имеет в Aj тот же угол на- 7 клона касательной к оси OX1, что и γ. Подставляя в формулу (2) вместо ϕ k jt( ( )1) их приближенные значения ϕ ∧ k jt ( ( ) 1) , рассчитанные на основании имеющейся информации о кривой γ, при j=0 и j=n, соответственно получим: [ ] [ ]⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ −= −= −− ∧ ∧ 11 )1( 0010 )1( )()()( ,)()()( nnnnk k httt httt ϕϕϕ ϕϕϕ (3) Применяя для остальных tj (j=2,…,n-1) интерполяционные полиномы Ла- гранжа l2(ϕk,t) степени 2, интерполирующие ϕk(t) в точках tj-1,tj,tj+1, и вычисляя значения их первых производных в точках tj, запишем: ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ∧ − − − − − + = = − + − − ⋅ + + +k j k j k j j j jn k j j j j j n j j j j t l t t h h h h t h h h h j h h h h ( ) ( )( ) ( , ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 (4) В качестве параметра целесообразно использовать длину ломаной с верши- нами в точках интерполяции Aj (j=0,1,…,n), отсчитываемую от A0. В этом слу- чае t0=0, tn=α, где α длина всей кривой. Используем кусочно-полиномиальные функции для описания деформаци- онных кривых G(ε 1 ) и R(ε 3 ), полученные для одной и той же пробы при объ- емных испытаниях на сжатие (рис. 2а) и в лабораторно-сухом и влагонасыщен- ном состоянии (рис.3). Рис.3 – Полные кривые «напряжение-деформация» угля во влагонасыщенном (а) и лабора- торно-сухом (б) состоянии Отметим, что участку ОА деформационной кривой (рис. 2а) соответствует дуга АВ на (рис. 2г), участку АВ – дуга ВС, участку ВC – дуга СD. Приближенные уравнения деформационных кривых будут иметь следую- щий вид: 8 G(ε 1 )= 0 1311 0 1 2 11 11 1 12 1 1 );/())(( 0);(2)( εεεεεεεσσσ εε ε εσ ε εσ ≤≤−−−+ ≤≤+ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ngn сжссж n nсжnсж (5) R (ε 3 ) = 0 333 2 3 0 3 2 33 33 3 3 ;)/())(( 0; εεεεεεεσσσ εε ε εσ ≤≤−−−+ ≤≤ ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ппп сжссж п псж (6) где ε 1 и ε 3 - соответственно продольная и поперечная деформация образца; ε 1 п , ε 3 п и ε1 0 , ε 3 0 - значения деформации, соответствующие пределу прочности на сжатие и остаточному напряжению на полных деформационных кривых. Решая соотношения σ = G(ε 1 ) и σ = R(ε 3 ) на участках монотонности ОАВ и АВ (рис.2а,2г) или, что то же самое, на участках АВС и СD (рис.2а) относи- тельно ε 1 и ε 3 , получим: ε 1 (σ)= сжссжссж пп сж сж п σσσσσσσεεε σσ σ σε ≤≤−−−+ ≤≤−− ⎪⎩ ⎪ ⎨ ⎧ 02 1 1 0 11 2 1 2 1 ;)]/())[(( 0;])1(1[ , ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ≤≤−−−+ ≤≤ = сжссжссж пп сж сж п σσσσσσσεεε σσ σ εσ σε ;)]/())[(( 0; )( 2 1 3 0 33 3 3 . (7) Используя формулы (6), (7), вычислим коэффициент Пуассона полной де- формационной кривой ν = ε σ ε σ 3 1 ( ) ( ) . На участке восходящей кривой (ОАВ) рис. 2г (1) получим: ν = , ])(1[1 / 2 1 2 сж сж n σ σ σσν −− (8) где 1 3 ε εν п п = . На участке кривой (ВС) (рис. 2г) имеем: ( ) 2/1 1 0 11 2/1 03 0 33 )( ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − −+ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − −+ = усж сжпп сж сжпп σσ σσεεε σσ σσεεε ν (9) 9 Изучение физико-механических свойств угля и горных пород выполнено для условий Западного Донбасса. В табл. 1 приведены результаты обработки полных кривых «напряжение –деформация» для угля марки Г-Д шахты «Павло- градская», которые составили основу для определений относительных коэффи- циентов. Таблица 1 – Прочностные и деформационные параметры угля и горных пород Коэффициент полных попе- речных дефор- маций разу- проч- нения оста- точной проч- ности Коэффициент разрыхления Геоматериал Прочность на сжа- тие сжσ , МПа Е, ГПа М, ГПа Напряжение начала тре- щино- образования, МПа ε1 ε3 0 сжσσ = ост сжσσ = Уголь пласт С5 Алевролит Аргиллит 32,0 32,0 34,0 28,0 27,0 29,0 26,0 29,0 24,0 13,0 14,0 18,0 11,0 15,0 17,0 11,0 15,0 17,0 19,0 22,0 20,6 2,17 1,47 1,54 2,41 1,94 1,75 21,0 19,0 16,0 15,0 18,0 23,0 13,9 25,0 20,0 0,11 0,18 0,24 3,19 2,01 0,62 2,91 2,35 1,31 3,18 8,17 0,18 2,61 1,06 0,57 3,01 2,64 2,01 0,991 0,988 0,986 1,010 0,993 0,973 1,013 0,979 0,943 1,063 1,021 0,988 1,075 0,995 0,976 1,050 0,975 0,954 Разрешая соотношения (8) и (9) относительно σ, получим на кривой ОАВ: п п п сж νν νν ννσσ ≤≤ + = 0,2 22 ; (10) кривой ВС: ( ) ,, /)( 0 2 1 0 10 ννν εενννν ννσσσσ ≤≤⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −+− − −−= пп п п ссжсж (11) где ν ε ε0 3 0 1 0= - выражения напряжений через коэффициент Пуассона полной де- формационной кривой. Отметим участки АВ, ВС, CD зависимости проницаемости от механических напряжений, изображенных на рис. 2г. На участке упругого деформирования АB имеем: 10 y y у ККК КК КК ≤≤⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − = 0 0 0 ,σσ . (12) На участке ВС, соответствующем предельному состоянию, получим nссж cn п усж ККК КК КК ≤≤+⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − − −= ,)( σσσσ . (13) На участке CD, соответствующем пластическим деформациям, запишем: пс сп с сж сп с сж ККК КК КК КК КК ≤≤ − − +⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − − −= ,2σσσ . (14) Приравнивая правые части формул (10) и (12) на участке упругих деформа- ций, получим: 2 0 0 222 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − = + КК КК y у п п сж σ νν ννσ . (15) Разрешая (15) относительно К, запишем: [ ] ,0;2 00 2 1 22 yу n n у сж КККК νν νν νν σ σ ≤≤+−⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + ⋅= (16) где νy = ε3 y / ε1 y . Приравнивая правые части соотношений (10) и (13) на участке ВС, соответ- ствующем предельному состоянию, получим: сж yп п усж п п сж КК КК σσσ νν νν σ +⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − − −= + 2 22 )(2 . (17) Из выражения (17), получим: ( ) пyп пусж сж yп КККК ννν ννσσ σ ≤≤+⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +− −= ; ))(( 2/1 22 , (18) Приравнивая правые части соотношений (11) и (14), на участке трещинова- тости CD, получим: 22 1 0 100 1 )( 1 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − − − =⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −+− − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − сп с n n псж КК КК εενννν νν σ σ . (19) 11 Из (19), получим: ( ) сn n n сж с сп КККК + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + −+− − ⋅⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −−= 1 )( 1 1 0 10 2 1 εενννν νν σ σ , νn<ν<ν0 (20) Представленные выражения (16), (18), (20) в общем виде описывают изме- нение проницаемости К флюидонасыщенного геоматериала в упругой, пре- дельной и запредельной области деформирования любой кривой «напряжение – деформация» при объемном сжатии. Анализ уравнений показывает – при из- вестных параметрах коэффициента Пуассона, величин деформаций и пределов изменения прочности геоматериала в лабораторно-сухом и флюидонасыщен- ном состоянии, можно выполнить прогнозную оценку фильтрационных свойств углепородного массива при расчетах устойчивости пород выработок и схем де- газации. Дальнейшие исследования необходимо проводить в направлении разработки способов оценки и совершенствования существующих средств исследования физико-механических и фильтрационных свойств горных пород при вариации фазовой проницаемости, интенсивности порового давления, вида напряженного состояния в условиях предельного и запредельного деформирования. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Углепородный массив Донбасса как гетерогенная среда / А.Ф. Булат, Е.Л. Звягильский, В.В. Лукинов [и др.]. – К.: Наукова думка, 2008. – 411 с. 2. Numerical investigation of coal and gas outbursts in underground collieries / T. Xu, C.A. Tang, T.H. Yang [and others] // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. – 2006. – № 4.– P. 905-919. 3. Виноградов В.В. Геомеханика управления состоянием массива вблизи горных выработок / В.В. Вино- градов. – К.: Наук. думка, 1989. – 192 с. 4. Карманский А.Т. Закономерности изменения прочностных свойств пород при сложном напряженном со- стоянии, разных уровнях влажности и порового давления. / А.Т. Карманский // Записки горного института, т.183.- СПГГИ, 2009.- С. 293-296. 5. Гольф-Рахт Т.Д. Основы нефтепромысловой геологии и разработки трещиноватых коллекторов / Т.Д. Гольф-Рахт. – М.: Недра, 1986. – 608 с. 6. Карманский А.Т. Изучение гидро− и газодинамики углей. / А.Т. Карманский // Уголь, № 7. - 1994. – С. 45−46. 7. Баренблатт Г.И. Движение жидкостей и газов в природных пластах / Г.И. Баренблатт, В.М. Ентов, В.М. Рыжик. – М.: Недра, 1984. – 211 с. 8. Сулейманов Б.А. Особенности фильтрации гетерогенных систем / Б.А. Сулейманов. – Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2006. – 356 с. 9. Павлова Н. Н. Трещиноватость и разрушение горных пород / Н.Н. Павлова. – М.: Наука, 1970. – 96 с. 10. Вакарчук С.Б. Аппроксимация кривых и поверхностей сплайнами / С.Б. Вакарчук. – К.: Ин–т математи- ки АН УССР, 1982. – 48 с. 11. Завьялов Ю.С. Методы сплайн-функций / Ю.С. Завьялов, Б.И. Иванов, В.А. Мирошниченко – М.: Не- дра, 1980. – 352 с. 12 УДК 622.831.325:534.2:622.807.4 Академик НАН Украины А.Ф. Булат, кандидаты техн. наук С.Ю. Макеев, С.Ю. Андреев, мл. научн. сотр. Г.А. Рыжов (ИГТМ НАН Украины) ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЛНОВОГО И РОТАЦИОННОГО ПОДХОДОВ ДЛЯ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В ШАХТАХ У роботі зроблена спроба перенести і розширити відомі погляди про хвилеві процеси в земній корі на механізм виникнення викидів у вуглепородному масиві. Для опису розповсю- дження хвиль в нелінійному середовищі використано відоме рівняння синус-Гордона, влас- тивістю якого є існування солітонних рішень за певних граничних умов. Внаслідок багато- кратного перевідбивання коливань в системі відбувається перерозподіл енергетичних ансам- блів. У разі розсіяння енергії по масиву можна говорити про безпечну ситуацію, а у разі зо- середження і накопичення її в декількох концентраторах напружень створюється передвики- донебезпечна ситуація, яка може бути спровокована навіть невеликою деформацією. Для за- побігання динамічного явища пропонується зменшити градієнт деформацій до безпечної ме- жі шляхом зміни блокової складової масиву, тобто придання йому більш однорідної струк- тури. WAVE AND ROTARY APPROACHES APPLIED FOR INTERPRETATION OF DYNAMIC PHENOMENA IN THE MINES In the article, an attempt is undertaken to extend and apply knowledge of the wave processes occurred in the earth's crust to mechanism of the outburst occurrence in the coal-rock mass. To de- scribe wave propagation in the nonlinear environment, the well-known sine-Gordon equation is used which is characterized by soliton solutions existing in certain boundary conditions. Due to the multiple wave reflections, energy ensembles are re-distributed in the system. When the energy is dissipated throughout the whole rock massif it is possible to say about safe situation, however, when the energy is concentrated and accumulated in several stress concentrators it should be under- stood that preconditions for outburst risk are created presenting danger even at small deformation. To prevent the dynamic phenomenon, it is proposed to decrease gradient of the deformations to the safe level by changing block structure of the rocks, i.e. to make the rock structure more homogene- ous. Несмотря на многолетние интенсивные исследования процесса возникнове- ния внезапных выбросов угля, породы и газа, механизм этого явления до сих пор неясен. Как правило, большинство выбросов, произошедших в угольных пластах, калийных солях, песчаниках и порфиритах приурочены к зонам геоло- гических нарушений тектонического происхождения [1] и имеют общие внеш- ние черты, что говорит об их единой природе. В данной статье предпринята по- пытка объяснения механизма данного явления с позиций волновых процессов происходящих в земной коре. Последние достижения в области физики прочности говорят о существова- нии в деформируемом твердом теле механического самосогласованного поля, распространяющегося в виде волн смещений и поворотов [2], которые ассоции- руются, в свою очередь, с маятниковыми и кручеными или же продольными, поперечными и ротационными волнами. Наличие такого спектра волн в дефор- мируемом породном массиве говорит о достаточно непростой картине протека-

Сплайн-аппроксимация изменений проницаемости флюидонасыщенного геоматериала при разрушении

Репозитарії

Схожі ресурси