Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля
На установці нерівнокомпонентного тривісного стиснення (УНТС) було проведено експериментальні дослідження з моделювання глибини залягання вугільних пластів від 1600 до 2400 м. Встановлено закономірності зміни механічних властивостей вугілля із збільшенням глибини їх залягання. Coal bed occurrence de...
Saved in:
| Date: | 2009 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12565 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля / А.В. Молодецкий, В.Н. Ревва // Физико-технические проблемы горного производства: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 12. — С. 55-58. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860120243055099904 |
|---|---|
| author | Молодецкий, А.В. Ревва, В.Н. |
| author_facet | Молодецкий, А.В. Ревва, В.Н. |
| citation_txt | Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля / А.В. Молодецкий, В.Н. Ревва // Физико-технические проблемы горного производства: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 12. — С. 55-58. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | На установці нерівнокомпонентного тривісного стиснення (УНТС) було проведено експериментальні дослідження з моделювання глибини залягання вугільних пластів від 1600 до 2400 м. Встановлено закономірності зміни механічних властивостей вугілля із збільшенням глибини їх залягання.
Coal bed occurrence depths from 1600 to 2400 m were simulated experimentally using the true triaxial compression machine. Mechanical behavior of coals at various occurrence depths was determined.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:38:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика горных процессов на больших глубинах __________________________________
УДК 622.236: 539.375
А.В. Молодецкий, В.Н. Ревва
ВЛИЯНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЯ
ИФГП НАН Украины
На установці нерівнокомпонентного тривісного стиснення (УНТС) було проведено
експериментальні дослідження з моделювання глибини залягання вугільних пластів
від 1600 до 2400 м. Встановлено закономірності зміни механічних властивостей
вугілля із збільшенням глибини їх залягання.
Ключові слова: вугілля, глибина залягання, деформування, руйнування, механічні
властивості
A.V. Molodetskyy, V.N. Revva
THE EFFECT OF COAL BED OCCURRENCE DEPTH
ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF COALS
Coal bed occurrence depths from 1600 to 2400 m were simulated experimentally using
the true triaxial compression machine. Mechanical behavior of coals at various occur-
rence depths was determined.
Keywords: coal, depth of occurrence, deformation, fracture, mechanical properties
Экспериментальные исследования физико-механических свойств углей
представляют сложную задачу, что связано с большой изменчивостью этих
свойств. Горные породы отличаются от твердых тел и неодинаково ведут
себя на сжатие и растяжение. Для получения достоверных результатов необ-
ходимо моделировать условия нагружения, максимально приближенные к
реальным, – условия объемного неравнокомпонентного сжатия [1].
В последнее время наблюдается тенденция увеличения глубины разра-
ботки угольных пластов. Однако при этом возрастает интенсивность прояв-
ления горного давления, повышаются газоносность угольных пластов и
склонность пород к обрушению и др., что значительно затрудняет условия
эксплуатации горных выработок. Поэтому актуально исследование влияния
глубины разработки пластов на прочностные и деформационные свойства
углей, – характер их разрушения. В связи с этим возникла необходимость в
оценке влияния глубины залегания угольного пласта на механические свой-
ства углей на больших глубинах.
55
Физика горных процессов на больших глубинах __________________________________
Ранее проводились исследования физико-механических свойств на глу-
бинах 800–3000 м [2]. Было установлено наличие некой аномалии изменения
физико-механических свойств на глубине 2000 м. Задачей было проверить
наличие данной аномалии на угле марки К.
Ниже представлены результаты экспериментальных исследований механи-
ческих свойств угольных образцов в условиях объемного неравнокомпонент-
ного сжатия, моделирующих глубины залегания пластов от 1600 до 2400 м.
Испытания образцов угля производили на УНТС ИФГП НАН Украины
[3], обеспечивающей при замкнутой камере независимое сжатие призмати-
ческого образца по трем осям. Для испытаний изготавливали образцы куби-
ческой формы с ребром 55 мм из угля марки К, пласта d4 шахты «Красноар-
мейская-Западная №1». Грани куба выполняли таким образом, чтобы одна
пара была параллельной системам трещин или прослоям. Испытывали об-
разцы угля с естественной влажностью.
В процессе нагружения давление, передаваемое по каждой оси, регистри-
ровали по образцовым манометрам, а смещения граней образцов – по лазер-
ным индикаторам с точностью до 10–5 м. Поддержание необходимого дав-
ления по каждой грани достигали путем периодического включения насосов
высокого давления или сбросом давления в гидроцилиндрах.
Для получения достоверных данных о поведении угольных образцов в
объемном неравнокомпонентном поле сжимающих напряжений и о значе-
ниях механических характеристик образцов проводили 5 единичных испы-
таний для каждого эксперимента.
Моделирование глубины залегания пластов осуществляли следующим
образом. Образец, помещенный в рабочую камеру, нагружали сжимающими
напряжениями по трем осям одновременно до уровней:
σ1 = кγН, σ2 = σ3 = кλγН,
где Н – глубина разработки, Н = 1600, 1800, 2000 2200 и 2400 м; λ – коэффи-
циент бокового распора, λ = 0,5; 0,25; 0,125; к – коэффициент концентрации
напряжений, к = 2; γ – объемный вес вышележащих пород, γ = 2,5 т/м3 (зна-
чения λ, к, γ взяты из работы [1] для проверки и подтверждения полученных
в ней результатов).
В дальнейшем уменьшали уровень σ3 до нуля, а уровни σ1 и σ2 формиро-
вали самопроизвольно за счет деформирования образца и регистрировали по
манометру, т.е. моделировали «переход» некоторого элементарного объема
угля из нетронутой в призабойную часть пласта.
С помощью специально разработанной программы расчета прочностных
и деформационных характеристик по данным механических испытаний уг-
лей в объемном неравнокомпонентном напряженном состоянии эксперимен-
тальные результаты были обработаны на компьютере [4].
Анализ полученных результатов показал следующее. При моделировании
глубин залегания угольных пластов от 1600 до 2400 м были установлены за-
кономерности, которые представлены на рис. 1.
56
Физика горных процессов на больших глубинах __________________________________
а б
в г
д е
ж з
Рис. 1. Влияние глубины залегания угля
на: а – модуль деформации угольных
образцов, б – объемную прочность, в –
модуль объемного сжатия, г – модуль
сдвига, д – коэффициент поперечной
деформации, е – предельную деформа-
цию, ж – объемную деформацию, з –
отношение энергии формоизменения к
полной энергии деформирования, и –
коэффициент концентрации напряжений в окрестности горной выработки; λ: ♦ –
0,5, ■ – 0,25, ▲ – 0,125
и
57
Физика горных процессов на больших глубинах __________________________________
Модуль деформации и объемная прочность при λ = 0,5 и 0,25 в районе
2000 м имеют экстремум (минимум), а при λ = 0,125 с увеличением глубины
монотонно возрастают (рис. 1,а,б).
Модуль объемного сжатия при λ = 0,5; 0,25; 0,125 имеет экстремум (мак-
симум) в районе 2000 м (рис. 1,в). Модуль сдвига при λ = 0,5 и 0,25 в районе
2000 м имеет экстремум (минимум), а при λ = 0,125 с увеличением глубины
монотонно возрастает (рис. 1,г). Коэффициент поперечной деформации при
λ = 0,5 в районе 2000 м имеет некий экстремум (максимум), а при λ = 0,25 и
0,125 с увеличением глубины ни возрастает, ни убывает (рис. 1,д). Предель-
ная деформация монотонно возрастает при λ = 0,5; 0,25; 0,125 (рис. 1,е).
Уровень объемной деформации в районе 2000 м при λ = 0,5 и 0,25 имеет
экстремум (максимум), а при λ = 0,125 – экстремум (минимум) (рис. 1,ж).
Анализ изменения энергетических характеристик с глубиной позволил
получить следующее. При λ = 0,5 значение отношения энергии формоизме-
нения к полной энергии деформирования в районе 2000 м имеет экстремум
(максимум), а при λ = 0,25 и 0,125 с увеличением глубины ни возрастает, ни
убывает (рис. 1,з). Коэффициент концентрации напряжений в окрестности
горной выработки при λ = 0,5; 0,25; 0,125 монотонно убывает (рис. 1,и).
Таким образом, на основании экспериментальных исследований на уста-
новке неравнокомпонентного трехосного сжатия установлены некоторые
закономерности изменения механических свойств углей в зависимости от
глубины их залегания.
С ростом глубины залегания угольных пластов повышаются жесткость и
предельная прочность углей, уменьшается коэффициент концентрации на-
пряжений в окрестности горной выработки и появляется тенденция к более
вязкому разрушению углей.
На наш взгляд, при шаровом тензоре, соответствующем глубине 2000 м,
изменение физико-механических свойств происходит ввиду физико-
химических превращений в угле.
1. Ревва В.Н., Стариков Г.П., Алексеев А.Д. Изменение механических свойств углей
с увеличением глубины их залегания // ФТВД. – 1991. – Т. 1. – № 3. – С. 43–46.
2. Алексеев А.Д., Ревва В.Н., Рязанцев Н.А. Характер разрушения углей с увеличе-
нием глубины разработки пластов // Физика и техника высоких давлений: Сб.
научн. трудов / ДонФТИ АН УССР. – Киев: Наук. думка, 1989. – №32. – С. 49–52.
3. Разрушение горных пород в объемном поле сжимающих напряжений / Алексе-
ев А.Д., Ревва В.Н., Рязанцев Н.А. – Киев: Наук. думка, 1989. – 168 с.
4. Докукин А.В., Чирков С.Е., Норель Б.К. Моделирование предельно напряженно-
го состояния угольных пластов. – М.: Наука, 1981. – 152 с.
Статья поступила в редакцию 22 мая 2009 года
58
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-12565 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:38:55Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Молодецкий, А.В. Ревва, В.Н. 2010-10-13T13:47:06Z 2010-10-13T13:47:06Z 2009 Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля / А.В. Молодецкий, В.Н. Ревва // Физико-технические проблемы горного производства: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 12. — С. 55-58. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. XXXX-0016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12565 622.236: 539.375 На установці нерівнокомпонентного тривісного стиснення (УНТС) було проведено експериментальні дослідження з моделювання глибини залягання вугільних пластів від 1600 до 2400 м. Встановлено закономірності зміни механічних властивостей вугілля із збільшенням глибини їх залягання. Coal bed occurrence depths from 1600 to 2400 m were simulated experimentally using the true triaxial compression machine. Mechanical behavior of coals at various occurrence depths was determined. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физика горных процессов на больших глубинах Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля The effect of coal bed occurrence depth on the mechanical properties of coals Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля Молодецкий, А.В. Ревва, В.Н. Физика горных процессов на больших глубинах |
| title | Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля |
| title_alt | The effect of coal bed occurrence depth on the mechanical properties of coals |
| title_full | Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля |
| title_fullStr | Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля |
| title_full_unstemmed | Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля |
| title_short | Влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля |
| title_sort | влияние глубины залегания угольных пластов на механические свойства угля |
| topic | Физика горных процессов на больших глубинах |
| topic_facet | Физика горных процессов на больших глубинах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12565 |
| work_keys_str_mv | AT molodeckiiav vliânieglubinyzaleganiâugolʹnyhplastovnamehaničeskiesvoistvauglâ AT revvavn vliânieglubinyzaleganiâugolʹnyhplastovnamehaničeskiesvoistvauglâ AT molodeckiiav theeffectofcoalbedoccurrencedepthonthemechanicalpropertiesofcoals AT revvavn theeffectofcoalbedoccurrencedepthonthemechanicalpropertiesofcoals |