Напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка
Целью работы является исследование фильтрационной проницаемости углепородного массива с изолированным участком, действующей подготовительной выработкой и барьерным целиком в зависимости от его напряженного состояния....
Збережено в:
| Дата: | 2018 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2018
|
| Назва видання: | Геотехнічна механіка |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158710 |
| 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: | Напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка / А.П. Круковский, В.В. Круковская // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпро: ИГТМ НАНУ, 2018. — Вип. 142. — С. 3-12. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-158710 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1587102025-02-09T09:32:33Z Напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка Напружений стан і фільтраційна проникність бар'єрних ціликів поблизу ізольованої пожежної дільниці Stress state and filtration permeability of barrier pillars near the isolated fire area Круковский, А.П. Круковская В.В. Целью работы является исследование фильтрационной проницаемости углепородного массива с изолированным участком, действующей подготовительной выработкой и барьерным целиком в зависимости от его напряженного состояния. Метою роботи є дослідження фільтраційної проникності вуглепородного масиву з ізольованою ділянкою діючої підготовчої виробки і бар'єрним цілком в залежності від його напруженого стану. In the article, a numerical study of stress state and filtration permeability is performed for the coal-rock massif with isolated area, active mine working and barrier pillar. 2018 Article Напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка / А.П. Круковский, В.В. Круковская // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпро: ИГТМ НАНУ, 2018. — Вип. 142. — С. 3-12. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158710 622.267.5 ru Геотехнічна механіка application/pdf 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 |
Целью работы является исследование фильтрационной проницаемости углепородного массива с изолированным участком, действующей подготовительной выработкой и барьерным целиком в зависимости от его напряженного состояния. |
| format |
Article |
| author |
Круковский, А.П. Круковская В.В. |
| spellingShingle |
Круковский, А.П. Круковская В.В. Напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Круковский, А.П. Круковская В.В. |
| author_sort |
Круковский, А.П. |
| title |
Напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка |
| title_short |
Напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка |
| title_full |
Напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка |
| title_fullStr |
Напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка |
| title_full_unstemmed |
Напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка |
| title_sort |
напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2018 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/158710 |
| citation_txt |
Напряженное состояние и фильтрационная проницаемость барьерных целиков вблизи изолированного пожарного участка / А.П. Круковский, В.В. Круковская // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпро: ИГТМ НАНУ, 2018. — Вип. 142. — С. 3-12. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT krukovskijap naprâžennoesostoânieifilʹtracionnaâpronicaemostʹbarʹernyhcelikovvbliziizolirovannogopožarnogoučastka AT krukovskaâvv naprâžennoesostoânieifilʹtracionnaâpronicaemostʹbarʹernyhcelikovvbliziizolirovannogopožarnogoučastka AT krukovskijap napruženijstanífílʹtracíjnaproniknístʹbarêrnihcílikívpoblizuízolʹovanoípožežnoídílʹnicí AT krukovskaâvv napruženijstanífílʹtracíjnaproniknístʹbarêrnihcílikívpoblizuízolʹovanoípožežnoídílʹnicí AT krukovskijap stressstateandfiltrationpermeabilityofbarrierpillarsneartheisolatedfirearea AT krukovskaâvv stressstateandfiltrationpermeabilityofbarrierpillarsneartheisolatedfirearea |
| first_indexed |
2025-11-25T07:21:38Z |
| last_indexed |
2025-11-25T07:21:38Z |
| _version_ |
1849746054825639936 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2018. №142
3
УДК 622.267.5
НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ФИЛЬТРАЦИОННАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ
БАРЬЕРНЫХ ЦЕЛИКОВ ВБЛИЗИ ИЗОЛИРОВАННОГО ПОЖАРНОГО УЧАСТКА
1Круковский А.П., 1Круковская В.В.
1
Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины
НАПРУЖЕНИЙ СТАН І ФІЛЬТРАЦІЙНА ПРОНИКНІСТЬ БАР'ЄРНИХ ЦІЛИКІВ
ПОБЛИЗУ ІЗОЛЬОВАНОЇ ПОЖЕЖНОЇ ДІЛЬНИЦІ
1Круковський О.П., 1Круковська В.В.
1
Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України
STRESS STATE AND FILTRATION PERMEABILITY OF BARRIER PILLARS
NEAR THE ISOLATED FIRE AREA
1Krukovskyi O.P., 1Krukovska V.V.
1
Institute of Geotechnical Mechanics named by N. Poljakov of National Academy of Sciences of
Ukraine
Аннотация. Во время пожаров в угольных шахтах резко изменяется состав атмосферы: снижается
содержание кислорода и увеличивается содержание диоксида углерода, оксида углерода, водорода и других
газов. Согласно нормативным требованиям очистные работы вблизи пожарного участка необходимо вести с
оставлением барьерных целиков. Расчет их ширины необходимо выполнять, исходя из двух условий –
обеспечения устойчивости и газовой непроницаемости. Целью работы является исследование фильтрационной
проницаемости углепородного массива с изолированным участком, действующей подготовительной выработкой
и барьерным целиком в зависимости от его напряженного состояния.
Разработаны конечно-элементные модели углепородного массива с горными выработками, между
которыми оставлены барьерные целики различной ширины. С применением метода конечных элементов
выполнен расчет полей напряжений и областей неупругих деформаций для 3 случаев: ширина целика между
выработками составляет 20, 30 и 40 м. С использованием результатов геомеханических расчетов рассчитаны
поля коэффициентов проницаемости, распределения давления и расхода газа в исследуемой области.
Построены графики изменения проницаемости целиков.
Показано, что при ширине целика 20 м области фильтрации вокруг изолированного пространства и
действующей выработки связаны и по угольному пласту, и по вмещающим породам. При определенном
значении перепада давления возможна фильтрация пожарных газов из изолированного пространства в
действующую выработку. При ширине целика 30 м области фильтрации вокруг изолированного пространства и
действующей выработки практически не связаны, между ними находится непроницаемая зона. В этом случае
фильтрация газа через барьерный целик маловероятна. При ширине целика 40 м протяженность непроницаемой
перемычки увеличивается.
Ключевые слова: напряженное состояние, фильтрационная проницаемость, пожарные газы, барьерный
целик.
Согласно требованиям КД 12.01.401-96 «Эндогенные пожары на угольных
шахтах Донбасса. Предупреждение и тушение. Инструкция» очистные работы
вблизи пожарного участка необходимо вести с оставлением барьерных цели-
ков, ширина которых определяется расчетом, но не должна быть меньше 20 м.
Расчет ширины барьерных целиков в данном случае необходимо выполнять,
исходя из двух условий – обеспечения их устойчивости и газовой непроницае-
мости. Во время пожаров в угольных шахтах резко изменяется состав атмосфе-
ры: снижается содержание кислорода и увеличивается содержание диоксида
углерода, оксида углерода, водорода, предельных и непредельных углеводоро-
дов [1].
________________________________________________________________________________
© А.П. Круковский, В.В. Круковская, 2018
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2018. №142
4
При определенных значениях проницаемости пород целика и перепада дав-
ления может произойти утечка пожарных газов в атмосферу нового выемочного
участка.
Поэтому целью данной работы является исследование фильтрационной
проницаемости углепородного массива с изолированным участком, действую-
щей подготовительной выработкой и барьерным целиком в зависимости от его
напряженного состояния.
Математическая модель фильтрации пожарных газов через барьерные
целики в зависимости от напряженного состояния углепородного массива.
Для расчета проницаемости углепородного массива необходимо определить
параметры его напряженно-деформированного состояния, которое описывается
системой уравнений:
, 0,ij j iX
где jij, – производные от компонент тензора напряжений по x, y, МПа/м;
iX –
проекции внешних сил, действующих на единицу объема породы, Н/м
3
.
Граничные условия:
,0
;0
2
1
y
x
u
u
где iu – перемещения, м; 1 – вертикальные границы внешнего контура; 2 –
горизонтальные границы внешнего контура.
Для анализа напряженного состояния породного массива используются па-
раметры:
1 3 * ,Q
H
характеризующий разнокомпонентность поля напряжений;
3* ,P
H
характеризующий разгрузку пород от горного давления,
где
1 ,
3 – максимальная и минимальная компоненты тензора главных напря-
жений, МПа; – усредненный вес вышележащих горных пород, Н/м
3
; H –
глубина разработки, м.
В результате ведения горных работ перераспределяется поле начальных на-
пряжений, что обуславливает изменение фильтрационной проницаемости k уг-
лепородного массива [2, 3]. Будем считать, что значения k в каждой точке ис-
следуемой области зависят от геомеханических параметров *Q и *P следую-
щим образом [4, 5]:
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2018. №142
5
- в нетронутом горном массиве 0k при * 0,6;Q
- в зоне упругих деформаций и равнокомпонентного сжатия 0k при
* 0,7; * 0,25;Q P
- в области начального и интенсивного трещинообразования minkk при
0,8*0,7 Q и 65,4*26,0 Qek при Q* > 0,8;
- в области разрушения горных пород ,maxkk при ;1,0*P .8,0*Q
Уравнение плоской фильтрации газа при условии наличия в области фильт-
рации газоносных пород [6]:
t
q
y
p
k
yx
p
k
x
i
yx
,
где p – давление газа, МПа; )(tq – функция газовыделения.
Граничные условия для данной задачи:
1
2
0;
0,1 МПа;
p p
p
МПа1
3
pp
,
где 0p – пластовое давление метана, МПа; 1 – граница области фильтрации;
2 – внутренний контур, выработка № 1 (рис. 1);
3 – внутренний контур, вы-
работка № 2 и выработанное пространство (рис. 1); 1p – давление газа в выра-
ботанном пространстве, МПа.
Расчеты выполнены с применением метода конечных элементов [6, 7]. Ко-
нечно-элементная сетка для области горных пород с тремя выработками и вы-
работанным пространством представлена на рис. 1.
Рисунок 1 – Центральный фрагмент конечно-элементной сетки
1
2
3
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2018. №142
6
Расчеты выполнены для 3 случаев – ширина целика между выработками №
1 и № 2 составляет 20, 30 и 40 м. Давление газа в выработке № 2 и выработан-
ном пространстве варьируется в диапазоне 3-6 МПа.
Результаты расчетов. В результате расчетов получены распределения зна-
чений компонент тензора главных напряжений, рис. 2, и областей неупругих
деформаций, рис. 3, для каждого случая.
а)
б)
в)
а) ширина целика – 20 м; б) 30 м; в) 40 м
Рисунок 2 – Распределение значений параметра *Q
Выработанное пространство справа и выработку № 1 окружают области на-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2018. №142
7
рушенных пород, где разнокомпонентность поля напряжений очень высока (
*Q > 1,6). При ширине целика 20 м эти области связаны между собой менее
нарушенной зоной, в которой 1,2 > *Q > 0,8, рис. 3а. В двух других случаях,
при большей ширине целика, рис. 3б и 3в, между нарушенными породами во-
круг выработанного пространства и выработки № 1, находится перемычка из
ненарушенных пород, сохраненных в монолитном состоянии ( *Q < 0,4). Ши-
рина этой перемычки растет с увеличением расстояния между выработками
№ 1 и № 2.
а)
б)
в)
а) ширина целика – 20 м; б) 30 м; в) 40 м
Рисунок 3 – Зоны неупругих деформаций
Зоны неупругих деформаций, рис. 3, указывают на возможность разрушения
пород вокруг выработки № 1 и выработанного пространства.
По результатам геомеханических расчетов вычислены коэффициенты про-
ницаемости в исследуемой области, рис. 4, затем – давление и расход газа.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2018. №142
8
а)
б)
в)
а) ширина целика – 20 м; б) 30 м; в) 40 м
Рисунок 4 – Проницаемость углепородного массива
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2018. №142
9
При ширине целика Lц=20 м, рис. 4 а, области фильтрации вокруг выработки
№ 1 и выработанного пространства связаны и по угольному пласту и по вме-
щающим породам. При определенном значении перепада давления возможна
фильтрация газа из выработки № 2 в выработку № 1.
При Lц =30 м, рис. 4 б, области фильтрации вокруг выработки № 1 и выра-
ботанного пространства практически не связаны, между ними находится не-
проницаемая перемычка – область, проницаемость пород в которой приблизи-
тельно равна нулю. В этом случае, при аналогичных граничных условиях,
фильтрация газа из выработки № 2 в выработку № 1 невозможна.
При Lц =40 м, рис. 4 в, области фильтрации вокруг выработки № 1 и вырабо-
танного пространства также не связаны между собой, непроницаемая перемыч-
ка увеличилась в объеме по сравнению с предыдущим случаем. Фильтрация га-
за из выработки № 2 в выработку № 1 невозможна.
На рис. 5 показаны графики изменения расчетной проницаемости угольного
пласта между выработками № 1 и № 2. Координаты x1 и x2 целика для рассмот-
ренных случаев приведены в табл. 1.
Рисунок 5 – Проницаемость по угольному пласту при различной ширине целика Lц
Таблица 1 – Координаты целика по оси x
Ширина целика, цL , м Координата x1, м Координата x2, м
20 83 103
30 73 103
40 63 103
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2018. №142
10
Видно, что при Lц =20 м на всем протяжении целика проницаемость уголь-
ного пласта 0k , что означает возможность фильтрации газа через него. При
определенном значении перепада давления в выработках № 1 и № 2 возможна
фильтрация газа из выработки № 2 в выработку № 1. При Lц =30 м на участке
длиной 9 м угольный пласт непроницаем, 0k . Фильтрация газа из одной вы-
работки в другую невозможна. При Lц =40 м угольный пласт непроницаем на
еще большем промежутке длиной 21 м. Фильтрация газа из одной выработки в
другую невозможна.
Результаты расчета удельного дебита газа Q в выработки № 1 и № 2 при
различных значениях перепада давления P в них и при ширине целика 20 м
показаны на рис. 6. Отрицательные значения Q означают приток газа в выра-
ботку, положительные – отток.
Рисунок 6 – Метановыделение в выработки
При увеличении депрессии P удельное газовыделение в выработку № 1
растет. С увеличением P удельное газовыделение в выработку № 2 снижается
до 0, затем начинается переток газа из выработки № 2 и выработанного про-
странства в выработку № 1.
Выводы. Разработана математическая модель фильтрации пожарных газов
через барьерные целики в зависимости от напряженного состояния углепород-
ного массива, а также конечно-элементные модели участков углепородного
массива с горными выработками, между которыми оставлены барьерные цели-
ки различной ширины.
С применением метода конечных элементов выполнен расчет поля напря-
жений и зон неупругих деформаций для 3 случаев: ширина целика между выра-
ботками составляет 20, 30 и 40 м. С использованием результатов геомеханиче-
ских расчетов вычислены коэффициенты проницаемости, распределения давле-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2018. №142
11
ния и расхода газа в исследуемой области. Построены графики изменения про-
ницаемости целиков.
Показано, что при ширине целика 20 м области фильтрации вокруг изолиро-
ванного пространства и действующей выработки связаны и по угольному пла-
сту, и по вмещающим породам. При определенном значении перепада давления
возможна фильтрация пожарных газов из изолированного пространства в дей-
ствующую выработку. При ширине целика 30 м области фильтрации вокруг
изолированного пространства и действующей выработки практически не связа-
ны, между ними находится непроницаемая зона. В этом случае фильтрация газа
через барьерный целик маловероятна. При ширине целика 40 м протяженность
непроницаемой перемычки увеличивается.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Оценка концентраций индикаторных газов в очистных забоях ШУ «Покровское» / С.П. Минеев, В.Н. Кочерга,
А.С. Янжула и др. / Геотехническая механика. Днепр: ИГТМ НАН Украины, 2017. № 133. С. 148-157.
2. Numerical modeling of stress-dependent permeability / M. Bai, F. Meng, D. Elsworth et al.: ISRM International Symposium
36th U.S. Rock Mechanics Symposium / International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 1997. № 34:3-4. Р. 2.e1-
2.e14.
3. Permeability characterization for modeling methane flow in coal seams. / S. Durucan, T.S. Daltaban, J.Q. Shi, L. Foley / Pro-
ceedings of the International Coalbed Methane Symposium. – Tuscaloosa, Alabama, 1993. Р. 453-460.
4. Булат А.Ф., Круковская В.В. Компьютерное моделирование фильтрации метана в подработанном горном массиве в
трехмерной постановке / Геотехническая механика. Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 2005. № 57. С. 3-12.
5. Круковская В.В. Моделирование связанных процессов, происходящих в углепородном массиве при ведении горных
работ / Геотехническая механика. Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины, 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. Hutton D.V. Fundamentals of Finite Element Analysis. – McGraw-Hill, 2004. 505 p.
REFERENCES
1. Myneev, S.P., Kocherha, V.N., Yanzhula, A.S. et al. (2017), “Evaluation of concentrations of indicating gases in clearing
slaughtering of mine management “Pokrovskoye”, Geo-Technical Mechanics, no. 133, pp. 148-157.
2. Bai, M., Meng, F., Elsworth, D. et al. (1997), “Numerical modeling of stress-dependent permeability”, ISRM International
Symposium 36th U.S. Rock Mechanics Symposium, International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, no. 34:3-4, pp.
2.e1-2.e14.
3. Durucan, S., Daltaban, T.S., Shi, J.Q., Foley, L. (1993), “Permeability characterization for modeling methane flow in coal
seams”, Proceedings of the International Coalbed Methane Symposium, Tuscaloosa, Alabama, pp. 453-460.
4. Bulat, A.F., Krukovska, V.V. (2005), “Computer simulation of methane filtration in undermining massif in three-dimensional
statement”, Geo-Technical Mechanics, no. 57, pp. 3-12.
5. Krukovska, 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. Hutton, D.V. (2004), “Fundamentals of Finite Element Analysis”, McGraw-Hill.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Круковский Александр Петрович, член-корреспондент НАН Украины, доктор технических наук, заместитель дирек-
тора института по научной работе, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Ук-
раины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина, igtm@ua.fm.
Круковская Виктория Викторовна, доктор технических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотруд-
ник отдела управления динамическими проявлениями горного давления, Институт геотехнической механики
им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина, igtm@ukr.net.
About the authors
Krukovskyi Olexandr Petrovych, Corresponding Member of NAS of Ukraine, Doctor of Technical Sciences (D. Sc), Deputy
Director of the institute, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine
(IGTM, NASU), Dnepr, Ukraine, igtm@ua.fm.
Krukovska Viktoriia Viktorivna, 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
mailto:igtm@ua.fm
mailto:igtm@ukr.net
mailto:igtm@ua.fm
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2018. №142
12
Academy of Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepr, Ukraine, igtm@ukr.net.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Під час пожеж у вугільних шахтах різко змінюється склад атмосфери: знижується вміст кисню і
збільшується вміст діоксиду вуглецю, оксиду вуглецю, водню та інших газів. Згідно з нормативними вимогами
очисні роботи поблизу пожежної дільниці необхідно вести з залишенням бар'єрних ціликів. Розрахунок їх ширини
необхідно виконувати виходячи з двох умов - забезпечення стійкості і газової непроникності. Метою роботи є до-
слідження фільтраційної проникності вуглепородного масиву з ізольованою ділянкою діючої підготовчої виробки і
бар'єрним цілком в залежності від його напруженого стану.
Розроблено кінцево-елементні моделі вуглепородного масиву з гірничими виробками, між якими залишені
бар'єрні цілики різної ширини. Із застосуванням методу кінцевих елементів виконано розрахунок полів напружень
та областей непружних деформацій для 3 випадків: ширина цілика між виробками складає 20, 30 і 40 м. З вико-
ристанням результатів геомеханічних розрахунків розраховані поля коефіцієнтів проникності, розподілу тиску і
витрати газу в досліджуваній області. Побудовано графіки зміни проникності ціликів.
Показано, що при ширині цілика 20 м області фільтрації навколо ізольованого простору і діючої виробки по-
в'язані і по вугільному пласту, і по вміщуючих породах. При певному значенні перепаду тиску можлива фільтрація
пожежних газів з ізольованого простору в діючу виробку. При ширині цілика 30 м області фільтрації навколо ізо-
льованого простору і діючої виробки практично не пов'язані, між ними знаходиться непроникна зона. В цьому ви-
падку фільтрація газу через бар'єрний цілик малоймовірна. При ширині цілика 40 м протяжність непроникною
перемички збільшується.
Ключові слова: напружений стан, фільтраційна проникність, пожежні гази, бар’єрний цілик.
Annotation. During fires, composition of atmosphere in the coalmines is changed drastically: content of oxygen de-
creases, while content of carbon dioxide, carbon monoxide, hydrogen and of other gases increases. According to the
regulatory requirements, coal-face operations near the fire area can be performed only with remained barrier pillars,
whose width should be calculated with two ensured conditions: pillars stability and gas impermeability. In the article, a
numerical study of stress state and filtration permeability is performed for the coal-rock massif with isolated area, active
mine working and barrier pillar.
Finite-element models of the coal-rock massif with mine workings, between which barrier pillars with different widths
are remained, are developed. With the help of finite element method, stress fields and zones with inelastic deformation
were calculated. Calculations were performed for three widths of the pillars installed between the mine workings: 20 m,
30 m and 40 m. Based on geomechanical calculations, fields of permeability coefficients, distributions of gas pressure
and gas leaks in the area under the study were calculated. Graphs of pillar permeability change in the undisturbed zone
and tectonically disturbed zone were constructed.
It is shown that with pillar width of 20 m, filtration areas around the isolated space and active working are connected
with both the coal seam and enclosing rock. At a certain rate of pressure drop, fire gas filtration from the isolated space
into the active working is possible. When width of pillar is 30 m, filtration areas around the isolated space and mine work-
ing are not connected: there is an impermeable zone between them. In this case, gas filtration through the barrier pillar is
hardly possible. When width of pillar was 40 m, length of impermeable zone was increased.
Keywords: stress state, filtration permeability, fire gas, barrier pillar.
Стаття надійшла до редакції 13.09.2018
Рекомендовано до друку д-ром техн. наук, проф. Мінєєвим С.П.
mailto:igtm@ukr.net
|