Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин
Були проведені експериментальні дослідження в умовах тривісного стиснення по моделюванню стійкості свердловин в умовах об'ємного напруженого етану. Встановлені параметри свердловини, що забезпечують запобігання ГДЯ в привибійній зоні пласта. Experimental researches in the conditions of triaxial...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физико-технические проблемы горного производства |
|---|---|
| Дата: | 2005 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2005
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190018 |
| 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: | Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин / Г П. Стариков, Д.В. Мельников, Н.И. Волошина, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 129-133. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859543730412847104 |
|---|---|
| author | Стариков, Г.П. Мельников, Д.В. Волошина, Н.И. Чистоклетов, В.Н. |
| author_facet | Стариков, Г.П. Мельников, Д.В. Волошина, Н.И. Чистоклетов, В.Н. |
| citation_txt | Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин / Г П. Стариков, Д.В. Мельников, Н.И. Волошина, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 129-133. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физико-технические проблемы горного производства |
| description | Були проведені експериментальні дослідження в умовах тривісного стиснення по моделюванню стійкості свердловин в умовах об'ємного напруженого етану. Встановлені параметри свердловини, що забезпечують запобігання ГДЯ в привибійній зоні пласта.
Experimental researches in the conditions of triaxial compression on the design of stability of mining holes in the conditions of the by a volume tense state are conducted. The optimum size of diameter of mining hole, which unloading of coal layer is set.
|
| first_indexed | 2025-11-26T00:41:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
' , 1К 622.831.322
Прогноз и управление состоянием горного массива
Ф И ЗИ К О -М Е Х А Н И Ч Е С К О Е О Б О С Н О В А Н И Е П А РА М Е Т РО В
Р А ЗГ РУ ЗО Ч Н Ы Х С К ВА Ж И Н
к.т.н. С тариков Т.П., инж. М ельников Д .В ., инж. В олош ина Н .И ., инж.
Чнстоклетов В.Н. (ИФГП НАН Украины)
Були проведена експериментальн/ досл1дження в умовах тривкного стис-
иення по моделюванню сппйкостг свердловин в умовах об'емного напруж еного
стану. Встановлеш параметри свердловини, що забезпечують запобкання ГДЯ
н нривибшнш зон! пласта.
РНУ81С8-М ЕСНА1Ч1САБ С К О Ш 1 ) О Р РА К А М Е ТЕ К .8
о р ш т А И И У С м н ч н ч с н о ь е 8
М апкоу С .Р ., М еЫ к оу И.У., Уо1о$1нпа N.1., СЫ*1ок1е(оу У.1Ч
Ехрептеп/а! гезеагскез т (Не сопсНЧопз о / 1пахш1 сотргезз1оп оп (Не кехщп
о( таЫН/у о / ттт§ ко1е$ т IНе сотИНот о / (Не Ьу а хоЫте 1ете я!а1е аге соп~
<1ис1еВ. Тке орЧтит зк е о/Вште1ег о / ттт% кок, м ккк ип!оаЛп§ о/соа! 1ауег к
III. 15 зек
Одним из наиболее распространенных способов предотвращения
выбросов угля и газа при ведении очистных и подготовительных работ по
ныбросоопасным пластам в период с 1950 по 1980 гг. являлось бурение
опережающих (разгрузочных) скважин диаметром 250-300 мм [1, 2]. Эф
фект снижения выбросоопасности при их применении достигался за счет
уменьшения напряженного состояния и интенсификации газовыделения в
обрабатываемом угольном массиве. Однако с переходом на более глубокие
горизонты процесс бурения разгрузочных скважин большого диаметра
стал инициатором значительного количества газодинамических явлений
(I ДЯ) с тяжелым травматизмом горнорабочих [1, 2].
В настоящее время, несмотря на то, что данный способ не исключен
из Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах опасных
но внезапным выбросам угля, породы и газа, тем не менее, объем его при
менения снизился до минимума. Однако, учитывая высокую эффектив
ность и технологичность разгрузочных скважин, возникла необходимость
их совершенствования применительно к существующим горно
геологическим условиям, обуславливающих повышенную газодинамиче
скую активность угольного массива.
Реализация поставленной задачи возможна в двух направлениях: ли
бо повышение давления на забое скважины, либо уменьшение его площади
(диаметра). Применение такого подхода ограничит условия развития вол
ны разгрузки в системе «уголь-газ», вызывающей разрушающие напряже
ния ее в поровом объеме, являющимся аккумулятором метана и снизит
вероятность проявления ГДЯ
129
Повышение давления на забое скважины наиболее эффективным
способ управления процессом бурения в газодинамически активных зонах
пласта, учитывая опыт бурения глубоких вертикальных скважин, однако
реализация этой технологии требует применения предварительной обсадки
устья скважин и специального затвора для раздельного отвода газа и буро
вой мелочи, что при наличии близкорасположенных скважин не приемле
мо. Наиболее перспективным направлением является снижение диаметра
скважин.
Несмотря на значительное количество работ посвященных бурению
скважин различных диаметров [1-4], тем не менее, отсутствует научное
обоснование по определению их диаметра с учетом глубины горных работ,
физико-механических свойств угля и степени его газонасыщенности. Для
решения этой проблемы в ИФГ П НАНУ были проведены эксперименталь
ные исследования по установлению закономерностей деформирования
угольных образцов ослабленных цилиндрическими полостями диаметром
0 ,6 и 1 ,2 см в условиях объемного неравнокомпонентного нагружения, мо
делирующего состояние призабойной зоны пласта Диаметры отверстий
рассчитывались с учетом исключения взаимовлияния боковых граней по
лости и образца и равенства напряжений в сечении, перпендикулярном оси
полости напряжением в моделируемом угольном массиве с использовани
ем теории подобия и размерностей [8-10]. Деформирование образцов про
изводилось на установке трехосного сжатия по программе нагружения:
а 1 ф(52 Ф о 3;
где СГ| = к уН — вертикальная составляющая горного давления,
к - коэффициент концентрации (к = 2 -5 ) ,
у — средневзвешенный объемный вес горных пород,
Н —глубина залегания пласта (Н = 800-1000 м),
0 3 - промежуточная составляющая горного давления
(о\? = -^ -— куН ),! ] у
где V - коэффициент Пуассона,
Оз - минимальная составляющая горного давления ( 0 3 = 0 СЖ).
Результаты исследований приведены на рис. 1 в виде зависимости
о ср=Г(8ср); где о ср = ^ ( ° / + ° 2 +СГД а 8 ср = ^ (<Д + 6 2 + ^з )
при нагрузке и разгрузке образцов.
Анализ установленных зависимостей показал, что с увеличением
диаметра полостей уровень напряжений в моделируемом угольном масси
ве снижаются в среднем в 1,15 раз при 0= 0 ,61 см и в 1,72 раза при 0=1,21
см, а остаточные деформации достигают величины кратной объему полос
тей и характеризуют степень уменьшения диаметра скважин. Используя
Прогноз и управление состоянием горного массива
130
обученные результаты, можно по зависимости а ср= У(0 ) определить
I р, к гуру формулы для расчета диаметра (О) полости (скважины) в виде:
Прогноз и управление состоянием горного массива
В = В , 1 —
V
(1)
пр
\ де О 0 — д и а м е т р п о л о с т и в и з о т р о п н о м у п р у г о м с л о е , м о д е л и р у ю щ и й
у го л ь н ы й п л а с т при у с л о в и и о т с у т с т в и я в за и м о в л и я н и я и х гр а н и ц ;
а ср - в е л и ч и н а г о р н о г о д а в л е н и я (о Ср= уН );
стпр — п р е д е л ь н а я п р о ч н о с т ь у г л я в у с л о в и я х о б ъ е м н о г о н ер а в н о к о м -
н о н е н тн о го сж ати я с у ч е т о м га зо н а с ы щ е н н о с т и .
100 150 2 5 0 8 ср 10'
Рис. 1. Зависимость о ср=Г(8 ср), характеризующая степень деформи
рования угольных образцов: 1 - без полости; 2 - с полостями 0 = 0 ,6 см; 3 -
с полостями Б= 1 ,2 см.
Параметр О0 определяется из решения задачи Ляме для толстостен
ных труб [6 ] и его величина составляет Б = 0 ,2 3 т , где т - мощность
уюльного пласта. Предельную прочность угля с учетом газонасыщенности
необходимо устанавливать для каждого конкретного пласта. Для угля
средней стадии метаморфизма с прочностью на сжатие - о сж>7,5 МПа
оценку предельной прочности с учетом сорбционной метаноемкости угля
(()) можно производить по формуле [5]:
131
Прогноз и управление состоянием горного массива
а пр = 6 9 ,7 е ' 00^ + 1 8 ,9 . (2 )
Таким образом, в окончательном виде расчетная формула для опре
деления диаметра разгрузочной скважины имеет вид:
О = 0,23т 1 —
>уН
69,7е -0,058<2 + 18,9
(3)
Как было отмечено ранее, эффективность способа предотвпащения
выбросов угля и газа, основанного на бурении опережающих скважин, за
висит от уровня снижения напряженного состояния в призабойной зоне
пласта.
Используя установленные закономерности влияния объема полостей
на напряженное состояние моделируемого угольного массива (рис. 1)
можно получить зависимость Д а ср = Г(\0, представленную на рис.2 и ха
рактеризующую степень уменьшения напряженного состояния в процен
тах от исходного в зависимости от объема эффективной полости.
Рис. 2. Зависимость Д а ср = {'(V)
Представленный результат позволяет целенаправленно с учетом га
зодинамической эффективности пласта принимать объем полостей (число
разгрузочных скважин), обеспечивающих необходимый уровень снижения
напряженного состояния угольного массива. Критерием снижения уровня
напряженного состояния является изменение механизма десорбции метана
из угля, который в исходном (неразгруженном) состоянии определяется
процессом диффузии, а при снижении Д а ср на 30-40% процессом фильтра
ции [7], обеспечивая ликвидацию природных факторов выбросоопасности.
132
Прогноз и управление состоянием горного массива
С П И С О К Л И Т Е Р А Т У РЫ
I Бобров И В. Проведение подготовительных выработок на пластах,
опасных по выбросам угля и газа. - Макеевка, МакНИИ, 1959. - 200 с.
' Бобров И.В. Способы безопасного проведения подготовительных выра
боток на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа. - М.,
Госгортехиздат, 1961. - 264 с.
1. Чеботков И.П. Бурение глубоких скважин в выбросоопасных пластах
Донбасса. - К., Техника. 1964. - 166 с.
I. Чеботков И.П. П одземное бурение скважин на шахтах. Донецк - 1969.
> А.Д. Алексеев, Т.П. Стариков, М.Ф. Малюга, О.С. Аносов. Обработка
выбросоопасных пластов водными растворами ПАВ. - К., Техника,
1988.- 8 6 с.
С. Л.С Лсйбензон. Курс теории упругости, изд. 2 -е. доп. и исп. М -Л. Гос-
техиздат, 1947г. 464с
7. А.Д. Алексеев, Г.П. Стариков, А.Э. Филиппов. Численное моделирова
ние выхода метана из угля с учетом волны разгрузки и раскрытия по
ристости при изменении напряжений. В сб. «Проблеми прничого тис-
ку». Вып. 3,- ДонНТУ, 2003. С. 120-151
п. Алексеев А.Д., Недодав Н.В. Предельное состояние горных пород. - Ки
ев: Наук. Думка, 1 982 .- 2 0 0 с .
9. Алексеев А .Д . Стариков Г.П., Бойко И.А. Совершенствование УТС с
целью повышения точности измерений //Ф1 ВД.-1987.-№ 25.-С .23-28
10.Седов П И Методы теории размерностей и теории подобия в механике.
М.: Гостехиздат, 1957. - 428с.
133
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-190018 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2664-1771 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-26T00:41:49Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Стариков, Г.П. Мельников, Д.В. Волошина, Н.И. Чистоклетов, В.Н. 2023-05-17T13:41:05Z 2023-05-17T13:41:05Z 2005 Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин / Г П. Стариков, Д.В. Мельников, Н.И. Волошина, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 8. — С. 129-133. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2664-1771 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190018 622.831.322 Були проведені експериментальні дослідження в умовах тривісного стиснення по моделюванню стійкості свердловин в умовах об'ємного напруженого етану. Встановлені параметри свердловини, що забезпечують запобігання ГДЯ в привибійній зоні пласта. Experimental researches in the conditions of triaxial compression on the design of stability of mining holes in the conditions of the by a volume tense state are conducted. The optimum size of diameter of mining hole, which unloading of coal layer is set. ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України Физико-технические проблемы горного производства Прогноз и управление состоянием горного массива Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин Physics-mechanical ground of parameters of unloading mining holes Article published earlier |
| spellingShingle | Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин Стариков, Г.П. Мельников, Д.В. Волошина, Н.И. Чистоклетов, В.Н. Прогноз и управление состоянием горного массива |
| title | Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин |
| title_alt | Physics-mechanical ground of parameters of unloading mining holes |
| title_full | Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин |
| title_fullStr | Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин |
| title_full_unstemmed | Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин |
| title_short | Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин |
| title_sort | физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин |
| topic | Прогноз и управление состоянием горного массива |
| topic_facet | Прогноз и управление состоянием горного массива |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/190018 |
| work_keys_str_mv | AT starikovgp fizikomehaničeskoeobosnovanieparametrovrazgruzočnyhskvažin AT melʹnikovdv fizikomehaničeskoeobosnovanieparametrovrazgruzočnyhskvažin AT vološinani fizikomehaničeskoeobosnovanieparametrovrazgruzočnyhskvažin AT čistokletovvn fizikomehaničeskoeobosnovanieparametrovrazgruzočnyhskvažin AT starikovgp physicsmechanicalgroundofparametersofunloadingminingholes AT melʹnikovdv physicsmechanicalgroundofparametersofunloadingminingholes AT vološinani physicsmechanicalgroundofparametersofunloadingminingholes AT čistokletovvn physicsmechanicalgroundofparametersofunloadingminingholes |