Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий

Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий

Протекание газодинамических процессов в углепородном массиве тесно связано с технологическими факторами. Исследование и установление закономерностей протекания газодинамических процессов при различных технологических воздействиях имеет большое значение для научного обоснования параметров различных...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Геотехнічна механіка
Дата:2016
Автор: Круковская, В.В.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2016
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138246
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:Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий / В.В. Круковская // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 129. — С. 20-30. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-138246
record_format dspace
spelling Круковская, В.В.
2018-06-18T12:00:43Z
2018-06-18T12:00:43Z
2016
Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий / В.В. Круковская // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 129. — С. 20-30. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
1607-4556
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138246
622.831.322
Протекание газодинамических процессов в углепородном массиве тесно связано с технологическими факторами. Исследование и установление закономерностей протекания газодинамических процессов при различных технологических воздействиях имеет большое значение для научного обоснования параметров различных способов их предотвращения, повышения эффективности и безопасности угледобычи. Для моделирования применения разгрузочных щелей, опережающих скважин, надработки и подработки угольных пластов, для исследования влияния скорости проведения выработки на развязывание ГДЯ разработана математическая модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная фильтрация метана – десорбция метана». Для моделирования увлажнения и гидровоздействия на угольный пласт – модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная двухфазная фильтрация жидкости и газа – десорбция метана». Для моделирования торпедирования угольного массива и пород кровли пласта, проходки выработки в режиме сотрясательного взрывания разработана математическая модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная фильтрация метана – десорбция метана – взрывное воздействие». Разработаны алгоритмы решения перечисленных связанных задач. Новизна предложенного подхода заключается в возможности исследования нескольких физических и технологических процессов одновременно с учетом их взаимного влияния.
Протікання газодинамічних процесів в вуглепородному масиві тісно пов'язане з технологічними факторами. Дослідження і встановлення закономірностей протікання газодинамічних процесів при різних технологічних впливах має велике значення для наукового обґрунтування параметрів різних способів їх запобігання, підвищення ефективності і безпеки вуглевидобутку. Для моделювання застосування розвантажувальних щілин, випереджальних свердловин, надробки і підробки вугільних пластів, для дослідження впливу швидкості проведення виробки на розв'язування ГДЯ розроблена математична модель «зміна НДС вуглепородного масиву – нестаціонарна фільтрація метану – десорбція метану». Для моделювання зволоження та гідродіяння на вугільний пласт – модель «зміна НДС вуглепородного масиву – нестаціонарна двохфазна фільтрація рідини і газу – десорбція метану». Для моделювання торпедування вугільного масиву і порід покрівлі пласта, проходки виробки в режимі струсного підривання розроблена математична модель «зміна НДС вуглепородного масиву – нестаціонарна фільтрація метану – десорбція метану – вибуховий вплив». Розроблено алгоритми рішення перерахованих зв'язаних задач. Новизна запропонованого підходу полягає в можливості дослідження декількох фізичних і технологічних процесів одночасно з урахуванням їх взаємного впливу.
Gas-dynamic processes in coal rock mass is closely related to technological factors. Knowing of gas-dynamic process dynamics at various technological actions is of great importance for scientific substantiation of parameters for various methods of preventing these processes and for improving the coal mining efficiency and safety. A mathematical model «changes in the stress-strain state of coal rock massif – nonstationary methane filtration – methane desorption» was developed in order to simulate unloading slots, advance bores, overworked and underworked coal seams, and to study effect of drifting rate on occurrence of gas-dynamic phenomena. Further, a mathematical model «changes in the stress-strain state of the coal-rock massif – nonstationary two-phase filtration of liquid and methane – methane desorption» was developed in order to simulate rate of damping and impact of hydraulic actions on the coal seam. Further, a mathematical model «changes in the stress-strain state of coal rock massif – nonstationary methane filtration – methane desorption – explosive impact» was developed in order to simulate the coal-seam and the seam roof rocks shooting, rate of roadway driving and dynamics of explosion. Algorithms for solving these interconnected problems were also developed. The novelty of this approach lays in opportunity to study several natural and technological processes and, at the same time, to take into account their mutual influence.
ru
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
Геотехнічна механіка
Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий
Математичне моделювання зв’язаних геомеханічних і фільтраційних процесів при проведенні противикидних заходів
Mathematical simulation of interconnected geomechanical and filtration processes while realizing measures on outburst prevention
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий
spellingShingle Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий
Круковская, В.В.
title_short Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий
title_full Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий
title_fullStr Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий
title_full_unstemmed Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий
title_sort математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий
author Круковская, В.В.
author_facet Круковская, В.В.
publishDate 2016
language Russian
container_title Геотехнічна механіка
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
format Article
title_alt Математичне моделювання зв’язаних геомеханічних і фільтраційних процесів при проведенні противикидних заходів
Mathematical simulation of interconnected geomechanical and filtration processes while realizing measures on outburst prevention
description Протекание газодинамических процессов в углепородном массиве тесно связано с технологическими факторами. Исследование и установление закономерностей протекания газодинамических процессов при различных технологических воздействиях имеет большое значение для научного обоснования параметров различных способов их предотвращения, повышения эффективности и безопасности угледобычи. Для моделирования применения разгрузочных щелей, опережающих скважин, надработки и подработки угольных пластов, для исследования влияния скорости проведения выработки на развязывание ГДЯ разработана математическая модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная фильтрация метана – десорбция метана». Для моделирования увлажнения и гидровоздействия на угольный пласт – модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная двухфазная фильтрация жидкости и газа – десорбция метана». Для моделирования торпедирования угольного массива и пород кровли пласта, проходки выработки в режиме сотрясательного взрывания разработана математическая модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная фильтрация метана – десорбция метана – взрывное воздействие». Разработаны алгоритмы решения перечисленных связанных задач. Новизна предложенного подхода заключается в возможности исследования нескольких физических и технологических процессов одновременно с учетом их взаимного влияния. Протікання газодинамічних процесів в вуглепородному масиві тісно пов'язане з технологічними факторами. Дослідження і встановлення закономірностей протікання газодинамічних процесів при різних технологічних впливах має велике значення для наукового обґрунтування параметрів різних способів їх запобігання, підвищення ефективності і безпеки вуглевидобутку. Для моделювання застосування розвантажувальних щілин, випереджальних свердловин, надробки і підробки вугільних пластів, для дослідження впливу швидкості проведення виробки на розв'язування ГДЯ розроблена математична модель «зміна НДС вуглепородного масиву – нестаціонарна фільтрація метану – десорбція метану». Для моделювання зволоження та гідродіяння на вугільний пласт – модель «зміна НДС вуглепородного масиву – нестаціонарна двохфазна фільтрація рідини і газу – десорбція метану». Для моделювання торпедування вугільного масиву і порід покрівлі пласта, проходки виробки в режимі струсного підривання розроблена математична модель «зміна НДС вуглепородного масиву – нестаціонарна фільтрація метану – десорбція метану – вибуховий вплив». Розроблено алгоритми рішення перерахованих зв'язаних задач. Новизна запропонованого підходу полягає в можливості дослідження декількох фізичних і технологічних процесів одночасно з урахуванням їх взаємного впливу. Gas-dynamic processes in coal rock mass is closely related to technological factors. Knowing of gas-dynamic process dynamics at various technological actions is of great importance for scientific substantiation of parameters for various methods of preventing these processes and for improving the coal mining efficiency and safety. A mathematical model «changes in the stress-strain state of coal rock massif – nonstationary methane filtration – methane desorption» was developed in order to simulate unloading slots, advance bores, overworked and underworked coal seams, and to study effect of drifting rate on occurrence of gas-dynamic phenomena. Further, a mathematical model «changes in the stress-strain state of the coal-rock massif – nonstationary two-phase filtration of liquid and methane – methane desorption» was developed in order to simulate rate of damping and impact of hydraulic actions on the coal seam. Further, a mathematical model «changes in the stress-strain state of coal rock massif – nonstationary methane filtration – methane desorption – explosive impact» was developed in order to simulate the coal-seam and the seam roof rocks shooting, rate of roadway driving and dynamics of explosion. Algorithms for solving these interconnected problems were also developed. The novelty of this approach lays in opportunity to study several natural and technological processes and, at the same time, to take into account their mutual influence.
issn 1607-4556
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138246
citation_txt Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий / В.В. Круковская // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 129. — С. 20-30. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT krukovskaâvv matematičeskoemodelirovaniesvâzannyhgeomehaničeskihifilʹtracionnyhprocessovpriprovedeniiprotivovybrosnyhmeropriâtii
AT krukovskaâvv matematičnemodelûvannâzvâzanihgeomehaníčnihífílʹtracíinihprocesívpriprovedenníprotivikidnihzahodív
AT krukovskaâvv mathematicalsimulationofinterconnectedgeomechanicalandfiltrationprocesseswhilerealizingmeasuresonoutburstprevention
first_indexed 2025-11-27T02:25:41Z
last_indexed 2025-11-27T02:25:41Z
_version_ 1850793924991385600
fulltext ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №129 20 УДК 622.831.322 Круковская В.В., д-р техн. наук, ст. науч. сотр. (ИГТМ НАН Украины) МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЯЗАННЫХ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ И ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПРОТИВОВЫБРОСНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ Круковська В.В., д-р техн. наук, ст. наук. співр. (ІГТМ НАН України) МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЗВ’ЯЗАНИХ ГЕОМЕХАНІЧНИХ І ФІЛЬТРАЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ ПРИ ПРОВЕДЕННІ ПРОТИВИКИДНИХ ЗАХОДІВ Krukovskaya V.V., D.Sc. (Tech.), Senior Researcher (IGTM NAS of Ukraine) MATHEMATICAL SIMULATION OF INTERCONNECTED GEOMECHANICAL AND FILTRATION PROCESSES WHILE REALIZING MEASURES ON OUTBURST PREVENTION Аннотация. Протекание газодинамических процессов в углепородном массиве тесно связано с технологическими факторами. Исследование и установление закономерностей про- текания газодинамических процессов при различных технологических воздействиях имеет большое значение для научного обоснования параметров различных способов их предотвра- щения, повышения эффективности и безопасности угледобычи. Для моделирования применения разгрузочных щелей, опережающих скважин, надработ- ки и подработки угольных пластов, для исследования влияния скорости проведения выра- ботки на развязывание ГДЯ разработана математическая модель «изменение НДС углепо- родного массива – нестационарная фильтрация метана – десорбция метана». Для моделиро- вания увлажнения и гидровоздействия на угольный пласт – модель «изменение НДС углепо- родного массива – нестационарная двухфазная фильтрация жидкости и газа – десорбция ме- тана». Для моделирования торпедирования угольного массива и пород кровли пласта, про- ходки выработки в режиме сотрясательного взрывания разработана математическая модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная фильтрация метана – десорбция метана – взрывное воздействие». Разработаны алгоритмы решения перечисленных связан- ных задач. Новизна предложенного подхода заключается в возможности исследования не- скольких физических и технологических процессов одновременно с учетом их взаимного влияния. Ключевые слова: моделирование связанных процессов, газодинамические явления, спо- собы предупреждения газодинамических явлений. Введение. Протекание фильтрационных и геомеханических процессов в уг- лепородном массиве тесно связано с технологическими факторами. Одни из них способствуют развязыванию динамических процессов, другие – снижают выбросоопасность угольных пластов. В настоящее время существуют различ- ные способы предотвращения ГДЯ [1]: надработка и подработка угольных пластов; увлажнение; передовое торпедирование пород кровли пласта; гидро- ________________________________________________________________________________ © В.В. Круковская, 2016 ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №129 21 динамическое воздействие на пласт; гидрорыхление и гидроотжим; применение разгрузочных щелей; бурение опережающих (разгрузочных и дегазационных) скважин; торпедирование угольного массива. Но существуют технологические воздействия, которые оказывают обратное влияние на возникновение выбросо- опасной ситуации: повышение скорости проходки, ведение буровзрывных ра- бот, и т.д. Исследование и установление закономерностей протекания газодинамиче- ских процессов при различных технологических воздействиях имеет большое значение для научного обоснования параметров различных способов их пре- дотвращения, повышения эффективности и безопасности угледобычи. Такие исследования невозможны без применения методов численного моделирования, позволяющего с высокой степенью достоверности имитировать взаимодействие во времени силовых, деформационных и фильтрационных полей [2-4]. Поэтому целью данной работы является создание математических моделей нестационар- ных газодинамических процессов, происходящих в забое горной выработки при различных технологических воздействиях, для исследования способов сниже- ния выбросоопасности. Математическое моделирование связанных процессов при разгрузке углепородного массива от горного давления. Для моделирования примене- ния разгрузочных щелей, опережающих скважин, надработки и подработки угольных пластов, исследования влияния скорости проведения выработки на развязывание ГДЯ необходима математическая модель связанных процессов изменения НДС углепородного массива, нестационарной фильтрации и десорб- ции метана. При разгрузке газонасыщенного углепородного массива от горного давле- ния в нем протекают процессы перераспределения поля напряжений, фильтра- ции и десорбции газа в нарушенной области горных пород (области фильтра- ции). Поэтому математическая модель связанных процессов при разгрузке уг- лепородного массива от горного давления должна включать уравнения измене- ния НДС твердого тела, нестационарной фильтрации и десорбции газа.                            ,0)( ;)()( 2 2 2 2 , tq y p x p K t p u t ctPtX igiijij (1) где σij,j – производные от компонент тензора напряжений по x, y, МПа/м; Xi(t) – проекции внешних сил, действующих на единицу объема тела, Н/м 3 ; Pi(t) – про- екции сил, обусловленных давлением газа в трещинно-поровом пространстве, Н/м 3 ; ui – перемещения, м; сg – коэффициент демпфирования, Нс/м, p – давле- ние газа, МПа; K – поле фильтрационной проницаемости массива, мДа; q(t) – функция газовыделения (десорбции) метана, t – время, с. Задача решается в упруго-пластической постановке. Для математического ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №129 22 описания процесса перехода горных пород в нарушенное состояние применяет- ся условие прочности Кулона-Мора, которое учитывает возможность возникно- вения разрушения как в результате сдвига, так и в результате отрыва. Таким образом, принимается во внимание то, что горные породы имеют различные пределы прочности на сжатие и на растяжение. Газ перемещается в трещинно-поровом пространстве твердого тела, имею- щего определенную, зависящую от соотношения компонент тензора главных напряжений, проницаемость. Ранее было показано [5], что                    ,1,0 ;8,0 при ;1,0 ;8,0 при 0,8;0,7 при ;25,0 0,7; при 0 ;6,0 при 0 max 65,426,0 min 3 31 PQkk PQek Qkk H PQk H Qk Q     (2) где σ1, σ3 – максимальная и минимальная компоненты тензора главных напря- жений, МПа;  – усредненный вес вышележащих горных пород, Н/м 3 ; H– глу- бина разработки, м. При малых скоростях фильтрации флюидов движение потока подчиняется закону Дарси y p kv x p kv yx       ; , (3) где vx, vy – компоненты вектора скорости фильтрации, м/мин. При изучении некоторых динамических процессов, например выброса угля и газа или взрывного воздействия, в некоторые моменты времени скорость мо- жет и не удовлетворять этому условию. В этом случае необходимо учитывать зависимость между градиентом давления и более высокими степенями скоро- стей фильтрации [6]. Такие законы получены авторами [7, 8], их можно запи- сать в виде (3) [6], если )(vfK  . Начальные условия для поставленной задачи: ; ; 0 0 H H txx tyy       00 pp t   , где σij – компоненты тензора напряжений, МПа;  – коэффициент бокового рас- пора; p0 – давление метана в нетронутом массиве. Граничные условия: ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №129 23 ;0 ;0 2 1     y x u u   МПа; 1,0 ; 4 3 0     p pp t где Ω1 – вертикальные границы внешнего контура; Ω2 – горизонтальные грани- цы внешнего контура; Ω3(t) – изменяющаяся во времени граница области фильтрации; Ω4 – внутренний контур (выработка). При решении поставленной задачи на каждой временной итерации получим поля напряжений, зоны неупругих деформаций, поля коэффициентов прони- цаемости, давления метана и скоростей его фильтрации. Расчет параметров де- формирования и фильтрации метана при разгрузке углепородного массива от горного давления был выполнен при решении задач: - моделирования процесса выброса угля и газа при бурении опережающих скважин в забое выработки [9]; - моделирования действия разгрузочных полостей для предотвращения газо- динамических явлений в забое подготовительной выработки [10, 11]; - определения влияния глубины внедрения в выбросоопасную зону на про- текание газодинамических процессов вблизи тектонических нарушений [12]. Математическое моделирование связанных процессов при гидровоздей- ствии на угольный пласт. Для моделирования гидровоздействия на угольный пласт необходима математическая модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная двухфазная фильтрация жидкости и газа – десорбция метана». Горный массив на больших глубинах практически не обладает фильтраци- онной проницаемостью. Но при проходке выработки и бурении скважины в ее забое происходит перераспределение поля напряжений, связанное с разгрузкой вмещающего массива от горного давления. Вокруг образованных полостей раз- вивается система трещин, образуя область фильтрационной проницаемости, в которой под действием перепада давлений метан движется из глубины угольно- го массива в скважину. Во время гидровоздействия закачиваемая в скважину жидкость перемещает- ся вглубь пласта, оттесняя метан. При достаточно высоком давлении воды, при размокании пород происходит увеличение трещиноватости и расширение об- ласти фильтрации (области гидровоздействия). Влага проникает далеко вглубь пласта, смачивая внутреннюю поверхность трещинно-порового пространства и перекрывая мелкие трещины для движения газа. После сброса давления жидко- сти в скважине большая часть воды уходит и вновь начинается процесс фильт- рации метана в расширившейся области фильтрации вокруг незагерметизиро- ванной части скважины. Таким образом, для моделирования геомеханических и фильтрационных процессов при гидроимпульсном воздействии на угольный пласт необходимо провести расчет параметров связанных процессов изменения во времени НДС массива под действием силы тяжести и двухфазной нестационарной фильтра- ции жидкости и газа в нарушенном массиве с учетом изменения во времени ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №129 24 границы области фильтрации и проницаемости внутри нее. Для описания мно- гофазной фильтрации нужны две переменные: давление р и насыщенность s [13]:                                                      , ;1 ;0 ;0)( ;)()( 2 2 2 2 2 2 2 2 , gw gw ww w w g gg g g igiijij kkk ss y s x s k t s tq y p x p k t p u t ctPtX (4) где индексы «w» и «g» обозначают соответственно жидкую и газообразную фа- зы; s – насыщенность трещинно-порового пространства водой и газом; P– дав- ление в трещинно-поровом пространстве, МПа. Абсолютная проницаемость k рассматривается как величина, характери- зующая фильтрационную способность твердой фазы, где подвижная фаза зани- мает все свободное пространство. Абсолютная проницаемость зависит от соот- ношения компонент тензора главных напряжений (2). Фазовая проницаемость kw и kg выражается в долях абсолютной проницаемости [13]. Моделирование гидровоздействия в импульсном или статическом режиме осуществляется посредством приложения соответствующей нагрузки в узлах незагерметизированной части скважины на нужных временных итерациях. Начальные условия для поставленной задачи: ; ; 0 0 H H txx tyy       , ; 00 00 ss pp t t     где 0s – насыщенность водой трещинно-порового пространства в нетронутом массиве. Граничные условия: ;0 ;0 2 1     y x u u   МПа; 1,0 ; ; 4 3 0     vv t ppp pp 100 5   s %, где Ω5 –контур скважины. На каждой временной итерации рассчитывается: - поле напряжений ij; - поле коэффициентов проницаемости k(ij) в зависимости от параметров ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №129 25 напряженного состояния угольного пласта и горной породы; - насыщенность трещинно-порового пространства водой sw и область гидро- воздействия (область фильтрации воды); - поле коэффициентов газовой проницаемости kg = k(ij) – sw; - параметры фильтрации метана. Расчет параметров деформирования, фильтрации воды и метана был выпол- нен при решении задач о нагнетании воды в угольный пласт [14, 15]. Математическое моделирование связанных процессов при взрывном воздействии. Для моделирования торпедирования угольного массива или кровли пласта, проходки выработки при помощи сотрясательного взрывания необходима модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная фильтрация метана – десорбция метана – взрывное воздействие». В момент взрывания шпуровых зарядов в забое выработки в массиве начи- нает распространяться волна сжатия, накладывая на существующее поле на- пряжений σij дополнительные напряжения σ в ij вызванные взрывом. Для расчета компонент тензора напряжений σ в ij (х,y,t) можно использовать зависимости, по- лученные на основании лабораторных и натурных экспериментальных данных [16]. В результате практических и экспериментальных исследований [17] уста- новлено, что «процесс разрушения горных пород взрывом характеризуется од- ним видом разрушения – отрывом под действием растягивающих напряжений. При этом энергия взрывчатого превращения ВВ … состоит из энергии волн на- пряжения и давления газообразных продуктов детонации. Роль энергии волны напряжения заключается в том, что при распространении она частично наруша- ет массив по системе естественных микротрещин в объеме до 75% общего раз- рушения, а при последующем расширении продуктов детонации они своим давлением расширяют образовавшиеся трещины до полного разрушения поро- ды». Поэтому при моделировании взрывного воздействия необходимо учиты- вать и изменения напряженного состояния породного массива и участие газо- образных продуктов детонации в процессе разрушения. Таким образом, напряженно-деформированное состояние породного масси- ва в окрестности горной выработки при взрывании зарядов ВВ и движение газа в нарушенном массиве будем описывать системой уравнений:                                                          ,0 ;, , ; 2 2 , tq y p k yx p k xt p vtfK t u u t ctPtYtX г ij i igiijij     (5) где Yi(t) – проекции сил, обусловленных действием взрыва, Н/м 3 ; ρ – плотность породы, угля, кг/м 3 . Когда волна сжатия подходит к открытой поверхности забоя, она отражается ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №129 26 от нее, превращаясь в волну растяжения, центром которой является точка, сим- метричная центру взрыва относительно поверхности забоя. Начальные и граничные условия: ; 2 ; ; ; , , 00 0 0 d yyxxtt t txx tyy p p pp H H взрвзрвзр             МПа;p pp u u t y x 1,0 ; ;0 ;0 4 3 2 1 0         где tвзр – момент взрыва, с; хвзр, увзр – координаты центра взрыва, м; pd – детона- ционное давление [18]. При решении поставленной задачи на каждой временной итерации, до и по- сле момента tвзр взрывания шпуровых зарядов, получим поля напряжений, зоны неупругих деформаций, поля коэффициентов проницаемости, давления метана и скоростей его фильтрации. Расчет параметров деформирования углепородно- го массива и фильтрации метана при взрывном воздействии был выполнен при решении следующих задач: - моделирование геомеханических и фильтрационных процессов при проходке выработки буровзрывным способом в режиме сотрясательного взрывания [19]; - исследование влияния длины шпуров при буровзрывном способе проходки на протекание газодинамических процессов [20]; - влияние взрывного воздействия на протекание газодинамических процес- сов [21, 22]. Выводы. Для исследования влияния технологических воздействий протека- ние газодинамических процессов в углепородном массиве разработаны матема- тические модели: - «изменение НДС углепородного массива – нестационарная фильтрация ме- тана – десорбция метана» для моделирования применения разгрузочных щелей, опережающих скважин, надработки и подработки угольных пластов, и для ис- следования влияния скорости проведения выработки на развязывание ГДЯ; - «изменение НДС углепородного массива – нестационарная двухфазная фильтрация жидкости и газа – десорбция метана» для моделирования гидровоз- действия на угольный пласт; - «изменение НДС углепородного массива – нестационарная фильтрация ме- тана – десорбция метана – взрывное воздействие» для моделирования торпеди- рования угольного массива и проходки выработки в режиме сотрясательного взрывания. Разработаны алгоритмы решения перечисленных связанных задач. Новизна предложенного подхода заключается в возможности исследования нескольких физических и технологических процессов одновременно с учетом их взаимного влияния. ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №129 27 ––––––––––––––––––––––––––––––– СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Правила ведения горных работ на пластах, склонных к газодинамическим явлениям: СОУ 10.1.001740088-2005. – [Действ. с 30.12.2005] / А.Ф. Булат, С.П. Минеев [и др.]. - Офиц. изд. – Киев: Минуглепром Украины, 2005. – 225 с. – (Нормативный документ Минуглепрома Украины. Стандарт). 2. A coupled DEM and LBM model for simulation of outbursts of coal and gas / S. Xue, L. Yuan, J. Wang [etc]. // International Journal of Coal Science and Technology, 2015. – № 2(1). – Р. 22-29. 3. Numerical simulation for propagation characteristics of shock wave and gas flow induced by outburst intensity/ A. Zhou, K. Wang, L. Wang [etc]. //International Journal of Mining Science and Technology, 2015. – № 25. – Р. 107-112. 4. Paterson, L. A model for outbursts in coal / L. Paterson // International Journal of Rock Mech. Min. Sci. & Geomech., 1986. – Vol. 23. – №4. – Р. 327-332. 5. Круковская, В.В. Моделирование связанных процессов, происходящих в углепородном масси- ве при ведении горных работ / В.В. Круковская // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2015. – № 121. – С. 48-99. 6. Zienkiewicz, O.C. The finite element method / O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor. – Butterworth- Heinemann, 2000. – Т. 1. – 690 p. 7. Volker, R.W. Non-Linear Flow in Porous Media by Finite Elements / R.W. Volker // Proc. Am. Soc. Civ. Eng. – 1969. – № 95. – Р. 2093-2114. 8. Ahmed, N. Non-Linear Flow in Porous Media / N. Ahmed, D.K. Suneda // Proc. Am. Soc. Civ. Eng. – 1969. – № 95. – Р. 1847-1859. 9. Круковская, В.В. Моделирование процесса выброса угля и газа при бурении опережающих скважин в забое выработки / В.В. Круковская // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2008. – № 77. – С.115-122. 10. Круковская, В.В. Моделирование действия разгрузочных полостей при проведении подгото- вительных выработок по выбросоопасным пластам / В.В. Круковская, А.П. Круковский // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. – Тула: ТулГУ, 2011. – № 1. – С. 129-136. 11. Круковская, В.В. Применение разгрузочных полостей при проведении подготовительных вы- работок по выбросоопасным пластам / В.В. Круковская, А.П. Круковский // Матеріали міжнародної конференції Форум гірників-2011. – Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2011. – С. 121-127. 12. Круковская, В.В. Влияние глубины внедрения в выбросоопасную зону на протекание газоди- намических процессов вблизи тектонических нарушений / В.В. Круковская // Геотехническая меха- ника: Межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2014. – № 119. – С. 100-111. 13. Маскет, М. Физические основы технологии добычи нефти / М. Маскет. – Москва-Ижевск: Ре- гулярная и хаотическая динамика, 2003. – 606 с. 14. Круковская, В.В. Расчет параметров связанных процессов изменения напряженного состояния массива и двухфазной фильтрации жидкости и газа при нагнетании воды в угольный пласт / В.В. Круковская, В.В. Зберовский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2015. – № 123. – С. 11-25. 15. Численное моделирование гидроимпульсного воздействия на выбросоопасные угольные пла- сты / А.Ф. Булат, В.В. Круковская, А.П. Круковский, В.В. Зберовский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2012. – № 105. – С. 14-25. 16. Боровиков, В.А. Моделирование действия взрыва при разрушении горных пород / В.А. Боро- виков, И.Ф. Ванягин. – М.: Недра, 1990. – 231 с. 17. Анализ факторов интенсификации процессов проходки горных выработок и ведения очистной выемки руд буровзрывным способом: oтчет о НИР / ИГТМ НАН Украины; рук. Э.И. Ефремов, ис- полн. К.С. Ищенко, И.Л. Кратковский [и др.]. – Днепропетровск, 2012. – Т. 4. – 49 с. 18. Ефремов, Э.И. Взрывное разрушение выбросоопасных пород в глубоких шахтах / Э.И. Ефре- мов, В.Н. Харитонов, И.А. Семенюк. – М.: Недра, 1979. – 253 с. 19. Лукинов В.В. Математическое моделирование геомеханических и фильтрационных процессов при проходке выработки буровзрывным способом в режиме сотрясательного взрывания / В.В. Луки- нов, В.В. Круковская, А.П. Круковский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2009. – № 81. – С.147-156. 20. Круковская, В.В. Исследование влияния длины шпуров при буровзрывном способе проходки на протекание газодинамических процессов в забое выработки / В.В. Круковская, А.П. Круковский, ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №129 28 Ю.В. Виноградов // Науковий вісник Національного гірничого університету. – 2010. – № 3. – С. 14-20. 21. Круковская, В.В. Анализ изменения параметров фильтрации метана в забое выработки, про- водимой по выбросоопасному пласту буровзрывном способом / В.В. Круковская // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2010. – № 88. – С. 59-70. 22. Круковская, В.В. Изменение параметров процесса выброса угля и метана при различных спо- собах проведения выработки / В.В. Круковская // Известия Тульского государственного университе- та. Науки о Земле. – Тула: ТулГУ, 2012. – №2. – С. 220-228. REFERENCES 1. Ukraine Ministry of Coal Industry (2005), 10.1.001740088-2005. Pravila vedeniya gornykh rabot na plastakh, sklonnykh k gazodinamicheskim yavleniyam: Normativnyu document Minugleproma Ukrainy. Standart [10.1.001740088-2005 Mining rule in seams prone to gas-dynamic phenomena: Regulatory Docu- ment Coal Industry of Ukraine. Standard], Ukraine Ministry of Coal Industry, Kiev, Ukraine. 2. Xue, S., Yuan, L., Wang, J. et al. (2015), “A coupled DEM and LBM model for simulation of out- bursts of coal and gas”, International Journal of Coal Science and Technology, no. 2(1), pp. 22-29. 3. Zhou, A., Wang, K., Wang, L. etc. (2015), “Numerical simulation for propagation characteristics of shock wave and gas flow induced by outburst intensity”, International Journal of Mining Science and Tech- nology, no. 25, pp. 107-112. 4. Paterson, L. (1986), “A model for outbursts in coal”, International Journal of Rock Mech. Min. Sci. & Geomech., V.23, no.4, pp. 327-332. 5. Krukovskaya, V.V. (2015), “Simulation of coupled processes that occur in coal-rock massif during mining operations”, Geo-technical Mechanics, no. 121, pp. 48-99. 6. Zienkiewicz, O.C., Taylor, R.L. (2000), The finite element method, Butterworth-Heinemann. 7. Volker, R.W. (1969), “Non-Linear Flow in Porous Media by Finite Elements”, Proc. Am. Soc. Civ. Eng, no. 95, pp. 2093-2114. 8. Ahmed, N. and Suneda, D.K. (1969), “Non-Linear Flow in Porous Media”, Proc. Am. Soc. Civ. Eng, no. 95, pp. 1847-1859. 9. Krukovskaya, V.V. (2008), “Modelling of process of coal and gas outburst at drilling of advance bores in the mine face”, Geo-technical Mechanics, no. 77, pp. 115-122. 10. Krukovskaya, V.V. and Krukovskiy, A.P. (2011), “Modelling of unloading cavities in the develop- ment opening on the seams dangerous on coal and gas outbursts”, Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo un- iversiteta. Nauki o Zemle, no. 1, pp. 129-136. 11. Krukovskaya, V.V. and Krukovskiy, A.P. (2011), “Application unloading cavities in the develop- ment workings on the outburst seams”, Materialy mizhnarodnoi konferentsii Forum girnykiv-2011 [Proceed- ing of the International conference Forum of miners -2011], Forum of miners -2011, Dnipropetrovsk, Ukraine, pp. 121-127. 12. Krukovskaya, V.V. (2014), “Influence of penetration depth in outburst danger zone on the gas- dynamic processes near tectonic displacement”, Geo-technical Mechanics, no. 119, pp. 100-111. 13. Masket, M. (2003), Fizicheskie osnovyi tehnologii dobychi nefti [Physical fundamentals of oil pro- duction technology], Moscow-Izhevsk, Russia. 14. Krukovskaya, V.V. and Zberovskiy, V.V. (2015), “Calculation parameters of coupled processes of stressed state change and two-phase fluid filtration at water infusion in coal seam”, Geo-technical Mechan- ics, no. 123, pp. 11-25. 15. Bulat, A.F., Krukovskaya, V.V., Krukovskiy, A.P. and Zberovskiy, V.V. (2012), “Numerical simula- tion of hydroimpulsive impact on outburst coal seam”, Geo-technical Mechanics, no. 105, pp. 14-25. 16. Borovikov, V.A. and Vanyagin, I.F. (1990), Modelirovanie deystviya vzryva pri razrushenii gornykh porod [Simulation steps explosion in rock failure], Moscow, Nedra, Russia. 17. Efremov, E.I., Ischenko, K.S., Kratkovskiy, I.L. et al. (2012), Analiz faktorov intensifikatsii protses- sov prokhodki gornykh vyrabotok i vedeniya ochistnoy vyemki rud burovzryvnym sposobom: otchet o NIR [The analysis of factors road heading intensify and mining operations by drill and fire system: Report of re- search], IGTM of the NAS of Ukraine, Dnepropetrovsk, Ukraine. 18. Efremov, E.I., Haritonov, V.N. and Semenyuk, I.A. (1979), Vzryvnoe razrushenie vybrosoopasnykh porod v glubokikh shakhtakh [The explosive rupture of outburst rocks in deep mines], Moscow, Nedra, USSR. 19. Krukovskaya, V.V. and Krukovskiy, A.P. (2009), “Mathematical simulation of geomechanical and filtration processes at road heading by drill and fire system mode shaker blasting”, Geo-Technical Mechan- ics, no. 81, pp.147-156. ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №129 29 20. Krukovskaya, V.V., Krukovskiy, A.P. and Vinogradov, Yu.V. (2010), “Investigation of the holes length effect at the drill and fire system of road heading in the course of gas-dynamic processes in the work- ing face”, Naukovyi visnyk Natsionalnoho hirnychoho universytetu, no 3, pp. 14-20. 21. Krukovskaya, V.V. (2010), “The analysis of methane filtration parameters in the mine face at the drive working by blast-hole drilling on the seam dangerous on coal and gas outbursts”, Geo-technical Me- chanics, no. 88, pp. 59-70. 22. Krukovskaya, V.V. (2012), “Change of parameters of the coal and gas outburst at various ways of development”, Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle, no. 2, pp. 220-228. ––––––––––––––––––––––––––––––– Об авторе Круковская Виктория Викторовна, доктор технических наук, старший научный сотрудник, ста- рший научный сотрудник отдела управления динамическими проявлениями горного давления, Ин- ститут геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина, igtm@ua.fm. About the author Krukovskaya Victoriya Victorovna, Doctor of Technical Sciences (D. Sc.), Senior Researcher, Senior Researcher in Department of Control of Dynamic Demonstrations of Rock Pressure, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepr, Ukraine, igtm@ukr.net. ––––––––––––––––––––––––––––––– Анотація. Протікання газодинамічних процесів в вуглепородному масиві тісно пов'язане з технологічними факторами. Дослідження і встановлення закономірностей протікання газо- динамічних процесів при різних технологічних впливах має велике значення для наукового обґрунтування параметрів різних способів їх запобігання, підвищення ефективності і безпеки вуглевидобутку. Для моделювання застосування розвантажувальних щілин, випереджальних свердловин, надробки і підробки вугільних пластів, для дослідження впливу швидкості проведення виро- бки на розв'язування ГДЯ розроблена математична модель «зміна НДС вуглепородного ма- сиву – нестаціонарна фільтрація метану – десорбція метану». Для моделювання зволоження та гідродіяння на вугільний пласт – модель «зміна НДС вуглепородного масиву – нестаціо- нарна двохфазна фільтрація рідини і газу – десорбція метану». Для моделювання торпеду- вання вугільного масиву і порід покрівлі пласта, проходки виробки в режимі струсного під- ривання розроблена математична модель «зміна НДС вуглепородного масиву – нестаціонар- на фільтрація метану – десорбція метану – вибуховий вплив». Розроблено алгоритми рішен- ня перерахованих зв'язаних задач. Новизна запропонованого підходу полягає в можливості дослідження декількох фізичних і технологічних процесів одночасно з урахуванням їх взає- много впливу. Ключові слова: моделювання зв'язаних процесів, газодинамічні явища, способи запобі- гання газодинамічних явищ. Abstract. Gas-dynamic processes in coal rock mass is closely related to technological factors. Knowing of gas-dynamic process dynamics at various technological actions is of great importance for scientific substantiation of parameters for various methods of preventing these processes and for improving the coal mining efficiency and safety. A mathematical model «changes in the stress-strain state of coal rock massif – nonstationary methane filtration – methane desorption» was developed in order to simulate unloading slots, ad- vance bores, overworked and underworked coal seams, and to study effect of drifting rate on occur- rence of gas-dynamic phenomena. Further, a mathematical model «changes in the stress-strain state of the coal-rock massif – nonstationary two-phase filtration of liquid and methane – methane de- sorption» was developed in order to simulate rate of damping and impact of hydraulic actions on the coal seam. Further, a mathematical model «changes in the stress-strain state of coal rock massif – nonstationary methane filtration – methane desorption – explosive impact» was developed in order to simulate the coal-seam and the seam roof rocks shooting, rate of roadway driving and dynamics mailto:igtm@ua.fm mailto:igtm@ukr.net ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №129 30 of explosion. Algorithms for solving these interconnected problems were also developed. The nov- elty of this approach lays in opportunity to study several natural and technological processes and, at the same time, to take into account their mutual influence. Keywords: coupled process simulation, gas-dynamic phenomena, methods of gas-dynamic phenomena preventing. Статья поступила в редакцию 11.10.2016 Рекомендовано к публикации д-ром технических наук Минеевым С.П. УДК 550.344.094.4:537.528:622.245.5 Смирнов А. П., канд. техн. наук (ИИПТ НАН Украины) ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ГОРНОЙ ПОРОДЕ ВОЛНЫ ДАВЛЕНИЯ, ГЕНЕРИРУЕМОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ В ЖИДКОСТИ Смірнов О. П., канд. техн. наук (ІІПТ НАН України) ДОСЛІДЖЕННЯ ПОШИРЕННЯ В ГІРСЬКІЙ ПОРОДІ ХВИЛІ ТИСКУ, ЯКА ГЕНЕРУЄТЬСЯ ЕЛЕКТРИЧНИМ РОЗРЯДОМ У РІДИНІ Smirnov O. P., Ph.D. (Tech.) (IPPT NAS of Ukraine) THE STUDY OF PROPAGATION OF THE PRESSURE WAVE GENERATED BY ELECTRIC DISCHARGE IN THE FLUID IN THE ROCKS Аннотация. В работе представлена методика расчета параметров волны давления, гене- рируемой электрическим разрядом в жидкости, в горной породе на заданном расстоянии от источника возмущения. С ее помощью, используя экспериментально полученный профиль волны давления, было выполнено численное исследование ее распространения в призабой- ной зоне скважины при электроразрядном способе декольматации. Результаты исследования показали, что при электроразрядном способе декольматации воздействию подвергается не только стенка скважины и перфорационные отверстия, но и ближайшая к стволу скважины часть призабойной зоны. Полученные результаты, несмотря на факт полного затухания вол- ны давления в ближних районах призабойной зоны, позволяют сделать вывод о целесообраз- ности применения электроразрядного воздействия для обработки нефтедобывающих сква- жин с целью повышения их дебита. Ключевые слова: электрический разряд в жидкости, волна давления, коэффициент зату- хания, горная порода. Введение Электрический разряд в жидкости уже много лет эффективно применяется для декольматации добывающих скважин с целью увеличения их производи- тельности [1-3]. ________________________________________________________________________________ © А.П.Смирнов, 2016

Схожі ресурси