Расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве
Наведено розрахунок динамічних напружень, складений на основі чисельного аналізу математичної моделі нестаціонарного деформування пружного середовища під дією змінного внутрішнього навантаження та застосування методу послідовної апроксимації. The calculation of dynamical stresses, based on numerica...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53645 |
| 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: | Расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве / В.Н. Сапегин.// Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 73-81. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859898740282753024 |
|---|---|
| author | Сапегин, В.Н. |
| author_facet | Сапегин, В.Н. |
| citation_txt | Расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве / В.Н. Сапегин.// Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 73-81. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Наведено розрахунок динамічних напружень, складений на основі чисельного аналізу
математичної моделі нестаціонарного деформування пружного середовища під дією змінного внутрішнього навантаження та застосування методу послідовної апроксимації.
The calculation of dynamical stresses, based on numerical analysis of mathematical model of
nonstationary deformation of elastic medium under action of variable internal load by means of
method of successive approximation, was presented.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:55:46Z |
| format | Article |
| fulltext |
73
УДК 622.831.322
Инж. В.Н. Сапегин
(ИГТМ НАН Украины)
РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ГАЗОНОСНОМ
УГЛЕПОРОДНОМ МАССИВЕ
Наведено розрахунок динамічних напружень, складений на основі чисельного аналізу
математичної моделі нестаціонарного деформування пружного середовища під дією змінно-
го внутрішнього навантаження та застосування методу послідовної апроксимації.
THE CALCULATION OF DYNAMICAL STRESSES IN GAS-SATURATED
COLA-ROCK MASSIF
The calculation of dynamical stresses, based on numerical analysis of mathematical model of
nonstationary deformation of elastic medium under action of variable internal load by means of
method of successive approximation, was presented.
Существующие методики расчетов динамических напряжений базируются
на сложных математических моделях или эмпирических данных, полученных
из натурных условий и потому не получили широкого распространения в гор-
ной практике. Отсутствуют удобные в техническом приложении расчетные за-
висимости, которые бы в компактной форме связывали бы параметры нагруже-
ния, упругие характеристики среды и геометрические параметры нагружаемой
системы.
В работе [1,2] на основе численного анализа модели нестационарного дефо-
рмирования упругой газонасыщенной среды и применения метода последова-
тельной аппроксимации получены расчетные зависимости и впервые установ-
лена закономерность изменения максимальных радиальных растягивающих на-
пряжений для газоносного массива под действием переменной внутренней на-
грузки на участке действия сил инерции, связующая параметры нагружения
(изменение нагрузки во времени), упругие характеристики среды и геометриче-
ские параметры, справедливая для всех линейно упругих сред, общность кото-
рой полностью доказана теорией размерности [1].
Установлено, что максимальные растягивающие нормальные радиальные
напряжения от действия падающей волны на внутреннем радиусе цилиндриче-
ской полости скважины на участке действия сил инерции прямо пропорциона-
льны величине внутренней нагрузки 0p и радиусу цилиндрической полости 0r и
обратно пропорциональны скорости упругой волны vp и времени tc сброса вну-
тренней нагрузки с общим коэффициентом пропорциональности равном 0,9 для
времени сброса ctc 03,0≺ :
cp
r tV
rp
⋅
⋅
⋅= 009.0σ (1)
где rσ – максимальные растягивающие радиальные напряжения, Па; 0p –
максимальное значение (амплитуда) внутренней нагрузки, Па; 0r – внутренний
радиус цилиндрической скважины, м; Vp – скорость упругой волны, м/с; ct –
74
время сброса внутренней нагрузки, с;
Для времени сброса нагрузки ctc 03,0 формула имеет вид:
cp
r tV
rp
⋅
⋅
⋅= 001.1σ (2)
Максимальные растягивающие радиальные напряжения, от действия па-
дающей волны с учетом глубины проникновения r в газоносную среду на уча-
стке действия сил инерции можно представить в виде формулы:
3
0009.0 ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛⋅
⋅
⋅
⋅=
r
r
tV
rp
cp
rσ (3)
где r – текущий радиус упругой среды, м;
Максимальные растягивающие напряжения на внутреннем контуре скважи-
ны и с учетом глубины проникновения в газоносный углепородный массив от
действия отраженной волны определяются по формулам:
cp
r tV
rp
⋅
⋅
⋅= 000.2σ (3)
3
0000.2 ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛⋅
⋅
⋅
⋅=
r
r
tV
rp
cp
rσ (4)
На величину радиального растягивающего напряжения существенное влия-
ние оказывает характер и величина внешнего горного давления. Наиболее
сложный случай нагружения будет, когда внешнее поле напряжений (горное
давление) будет осесимметричным и сжимающим. В этом случае, следуя прин-
ципу линейной суперпозиции для упругой задачи, от величины максимального
растягивающего напряжения полученного по формулам (1,2,3,4) следует вы-
честь значение радиального сжимающего напряжения rcσ от действия постоян-
ной статической внешней нагрузки для соответствующих значений r по из-
вестной формуле Ляме [3]:
22
0
2
22
0
2
0
2
2 1
rrr
prr
rr
pr
н
нн
н
нн
rc ⋅
−
⋅⋅
+
−
⋅
−=σ (5)
где нr – внешний радиус упругой среды, м; нp – внешнее статическое давле-
ние (горное), Па
Тогда результирующее значение растягивающих напряжений 0rσ определя-
ется по формуле:
75
rcrpr σσσ −=0 (6)
Если величина результирующих напряжений 0rσ окажется больше, чем до-
пускаемое значение на растяжение [ ]pσ для газоносной среды, то значит пара-
метры управления в формулах (1,2,3,4) приняты, верно. Если же [ ]pr σσ ≤0 , то
следует проводить корректировку управляющих параметров.
Исходное положение перед сбросом внутренней нагрузки при осесимметрич-
ном нагружении, когда компоненты внутреннего и внешнего (горного) давле-
ний осесиметричны, определяем по формуле Ляме для толстостенной трубы
[3]:
( )
22
0
2
0
22
0
2
0
2
2
0
2
0 1
rrr
pprr
rr
prpr
н
нн
н
нн
rc ⋅
−
−⋅⋅
−
−
⋅−⋅
=σ (7)
Инициирование создания растягивающих напряжений в этом случае будет
происходить в очень жестких условиях, так как под действием внешней нагруз-
ки нp массив будет весь сжат. Сжимающими будут и радиальные и кольцевые
напряжения. Причем радиальные сжимающие напряжения на внутреннем кон-
туре скважины будут равны нулю. Это дает возможность активно воздейство-
вать в радиальном направлении и изменять радиальные напряжения в заданном
режиме. При сбросе внутренней нагрузки основное движение упругой среды
будет происходить в радиальном направлении согласно расчетной математиче-
ской волновой модели А. Н. Крылова[4].
В случае разнокомпонентого внешнего поля напряжений для вычисления
радиальных сжимающих напряжений rcσ следует пользоваться формулами Ко-
лосова – Мусхелишвили [5].
Выбор внутренней нагрузки, согласно формулам Ламе, должен соотносить-
ся с величиной внешнего радиального давления (горное давление). Чем больше
величина горного давления нp или больше глубина залегания, тем больше
должна быть величина внутреннего давления 0p . Существующие технические
возможности оборудования в состоянии создать значительные величины давле-
ния рабочего агента при его нагнетании в скважины. но величина внутренней
нагрузки 0p на практике ограничена давлением гидроразрыва, которое состав-
ляет 0,5-1,0 H⋅γ , где −γ .плотность горной породы, т/м3;. H – глубина залегания
газоносных пород, м. Если создавать внутрискважинное давление 0p меньше,
чем давление гидроразрыва, то необходимо осуществлять быстрый сброс на-
грузки. Быстрый сброс нагрузки ограничен, прежде всего, скоростью падения
давления в рабочем агенте.
Из приведенных формул (1) и (2) видны различные варианты управления
параметрами ;0p 0r ; pV и ct для создания максимальных растягивающих ради-
альных напряжений в окрестности скважин после сброса нагрузки. Все пере-
численные параметры имеют определяющее значение, и вопрос состоит только
76
в возможностях их технической реализации. Чем больше величина внутренней
нагрузки 0p , тем больше запас аккумулируемой упругой энергии, которая при
определенных условиях реализуется в силы инерции и растягивающие ради-
альные напряжения после сброса нагрузки.
Время сброса внутренней нагрузки ct складывается из времени открытия за-
движки и времени падения давления в рабочем агенте, который используют для
инициирования разрушения и газовыделения. Учесть время открытия задвижки
возможно только в случае заполнения скважины водой при медленном ее от-
крывании. Во многих газодинамических исследованиях принимается время от-
крытия задвижки мгновенным, но даже при мгновенном открытии задвижки
время сброса в конечном итоге определяется временем падения давления в ра-
бочем агенте. В зависимости от того, какой величины необходимо создать гра-
диент изменения давления в рабочем агенте и, в каком объеме скважины (пол-
ном или локальном) – делается выбор рабочего агента. Универсальных рабочих
агентов для производства инициирования газовыделения в газоносных средах в
различных условиях нет. Если необходимо создать большой градиент измене-
ния давления во всем объеме скважины, то предпочтение следует отдать только
жидкости (воде) или только газу, больше жидкости – в восходящих скважинах,
а для нисходящих – газу. В этих рабочих агентах максимальные скорости волн
звука, а, следовательно, больше возможности быстрого изменения давления во
времени на стенках скважин, которые используют для газогидродинамического
воздействия.
Если необходимо создать большой перепад давлений в локальном объеме
скважины (например, скважины ориентированной по нормали к газоносному
угольному пласту) то возможно использование комбинированной схемы воз-
действия «газ-жидкость» [6]. В целом отношение величины внутренней нагруз-
ки к времени ее сброса ctp0 является самым важным технологическим мо-
бильным параметром, определяющим градиент падения нагрузки во времени на
стенках скважины при сбросе рабочего агента. При выборе в качестве рабочего
агента жидкости следует максимально исключить влияние блокирования мета-
на жидким рабочим агентом в стадии инициирования разрушения. Если сква-
жина долгое время стояла открытой, то газоносный уголь мог дегазироваться и
при подаче воды под давлением она может сразу заполнить поры и трещины,
глубоко блокируя метан. Для того, чтобы инициирование прошло успешно не-
обходимо сначала заполнить скважину при закрытой задвижке природным га-
зом из массива, а затем заполнить скважину водой под давлением, вытеснив газ
в угольный массив и затем уже проводить инициирование или воздействие на
газоносный напряженный угольный массив.
Увеличение внутреннего радиуса технологической скважины может суще-
ственно повлиять на значения растягивающих радиальных напряжений. Из
практических данных известно, что вероятность возникновения газодинамиче-
ских явлений в шахтах выше тогда, когда радиус скважины больше. Следова-
тельно, для того чтобы искусственно создать ситуацию близкую к природной,
как видно из вышеприведенных формул (1),(2), необходимо бурить скважины
77
большего диаметра. На практике диапазон используемых диаметров скважин
невелик и находится в пределах от 0,025 м до 0,3 м.
Скорость упругой волны это интегральный показатель, содержащий основ-
ные упругие характеристики среды: модуль упругости E , плотность среды ρ и
коэффициент Пуассона ν . Диапазон изменения коэффициента Пуассона и
плотности газоносных углей или песчаников невелик, диапазон изменения мо-
дуля упругости и степень его влияния на скорость изменения упругой волны
может быть большой. Данные МакНии, полученные по замерам скоростей уп-
ругих волн в зонах высокой выбросоопасности газоносных углей показывают,
что величина скорости упругой волны находится в пределах 500-600 м/с [7].
Чем меньше скорость упругой волны или чем менее прочной является среда,
тем больше растягивающие радиальные напряжения, возникающие в ней при
сбросе внутренней нагрузки с ее поверхности. Понизить прочность упругой
среды можно искусственным или естественным образом, насыщая ее газом под
давлением. В расчетах для газоносных песчаников характер изменения модуля
упругости для песчаника при разной степени газонасыщения и напряженного
состояния выражается по известной эмпирической формуле [8]:
σσ ⋅⋅⋅− ⋅⋅+=
decb PeaEE 0 (8)
где 0E – модуль упругости песчаника при стандартных условиях, Па; P –
давление газонасыщения, Па; σ – напряжение песчаника на одноосное сжатие,
Па; dcba ,,, – эмпирические коэффициенты, зависящие от состава газа. При на-
сыщении песчаника метаном эти коэффициенты будут
;76,0=a ;0065,0=b ;225,0=c 0022,0=d . Предел прочности на одноосное сжатие,
деформации и модуль упругости песчаников при газонасыщении в среднем на
30% меньше, чем эти же значения при отсутствии газонасыщения и потому в
расчетах на прочность будем принимать значения модуля упругости при газо-
насыщении на 30% меньше, чем у стандартного не газонасыщенного, как для
углей, так и для песчаников [8].
Для газоносных пород и углей приближенно степень понижения модуля уп-
ругости при газонасыщении учитывается коэффициентом равным 0,7.
Если нет данных о скорости упругой волны, то она заменяется по формуле
p
3 EV 2 (1 )ν ρ
⋅=
⋅ + ⋅
[3] и подставляется в формулу (1), (2) и, следовательно, ис-
пользуются известные значения E , ρ и ν из справочных данных или данных
эксперимента [8].
p
3 EV 2(1 )
η
ν ρ
⋅=
+ ⋅
(9)
где η – коэффициент понижения модуля упругости, принимаемый из дан-
ных эксперимента по испытанию газонасыщеннных образцов на прочность
(сжатие и разрыв) или равный 0,7.
78
Удобно представлять графики изменения радиальных растягивающих на-
пряжений в безразмерной форме r 0pσ . Реальные значения радиальных растя-
гивающих напряжений получаем умножением величины r 0pσ на величину
максимального первоначального давления 0p . На рис 1. показано влияние ско-
рости упругой волны на величину максимальных растягивающих напряжений
при различном времени сброса внутренней нагрузки
1-tc =0.005c; 2- tc =0.01c; 3- tc =0.02c; 4- tc =0.03c; 5-tc=0.1c
Рис.1 – Зависимость величины растягивающих радиальных напряжений r 0pσ на
внутреннем контуре скважины r0 =0.1 м от скорости упругой волны vp.при различном време-
ни сброса ct .
Для того чтобы определить растягивающие радиальные напряжения необ-
ходимо: 1) задать геометрию скважины через радиус 0r и длину скважины L для
определения времени сброса давления в рабочем агенте tc; 2) задать физико-
механические свойства газонасыщенной упругой среды через vp , с учетом сте-
пени ее газонасыщения или вместо vp задать E, ρ , ν и по ним вычислить ско-
рость упругой волны, подставляя ее в формулы (1),(2),(3),(4).
Для того чтобы воспользоваться вышеприведенным графиком или форму-
лами необходимо задавать реальное время сброса tc или определять реальное
время сброса внутренней нагрузки для чего необходимо задать тип рабочего
агента и подсчитать время падения давления в нем. В этом случае необходим
учет длины скважины и величины гидравлического сопротивления, когда диа-
метр скважины менее 0,05м. Если скважина заполнена водой под избыточным
давлением p0 , время падения давления в ней приближенно можно вычислить
по формуле:
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−⋅=
00
1
p
p
a
Lt (10)
79
Пример: скважина заполнена только жидкостью. Исходные данные для ра-
бочего агента: начальное давление р0=50⋅105 Па; длина скважины L=30 м; ско-
рость звука в воде a0=1350 м/с; внутренний радиус скважины r0=0,1м; Опре-
деляем время сброса нагрузки по формуле (10)
5
5
30 1 10t 11350 50 10
⎛ ⎞⋅= ⋅ −⎜ ⎟
⋅⎝ ⎠
=0,0217 c.
Исходные данные для упругой среды (угля): модуль упругости угля при
стандартных условиях E0=2.5⋅108 Па. Коэффициент понижения модуля упруго-
сти при газонасыщении принимаем равным 0,7η = ; коэффициент Пуассона
0,3ν = ; плотность угля =уρ 1,4⋅103 кг/м3. По исходным данным определяем
скорость упругой волны газонасыщенного угольного массива по формуле (9):
( ) ( ) 3
8
0
104,13,012
102.57,03
12
3
⋅⋅+⋅
⋅⋅⋅
=
⋅+⋅
⋅⋅
=
у
p
EV
ρν
η =379,7м/с
Принимаем Vp=380м/c.
1й вариант графического определения r 0pσ : по величине vp = 380 м/с и
вычисленному значению tc на Рис.1.
2й вариант: по формулам (1), (2) определяем величину r 0pσ и реальное
значение rσ определяем умножая эту величину на значения величины первона-
чального давления жидкости р0 , подбирая величину р0 такой, чтобы обеспечи-
валось условие rσ [ ]pσ , где [ ]pσ – предел прочности газоносной среды на рас-
тяжение.
По формуле (1) определяем величину безразмерных растягивающих напря-
жений на внутреннем контуре скважины:
=
⋅
⋅
⋅=
⋅
⋅=
0217,0380
1,019,09.0/ 0
0
cp
p tV
rpσ 0,0109
Для сравнения из графика рис.1 для кривой №3 получаем примерно такое
значение безразмерного радиального растягивающего напряжения. Умножая
эту величину r 0pσ на принятое значение величины начального давления
р0=50·105Па, получим реальное значение величины растягивающих напряжений
после сброса внутренней нагрузки:
rσ = 0,0109·50·105=0,0545 МПа
Найденного значения rσ достаточно, чтобы производить инициирование
разрушения при сбросе давления в скважине заполненной жидкостью (водой)
при выбранных геометрических параметрах скважины, параметрах нагружения
и свойствах газоносной среды. Величина растягивающих напряжений от дейст-
80
вия отраженной волны будет в два раза больше посчитанной по (1,2,3,4) и под-
считывается таким же образом по формуле (3,4). Однако в приведенном приме-
ре не производился учет влияния сил горного давления и потому результаты
расчетов (справедливы) можно отнести только к внутреннему контуру скважи-
ны. Величина горного давления имеет определяющее значение на величину ре-
зультирующего радиального напряжения 0rσ . С увеличением внешнего давле-
ния нp результирующие растягивающие напряжения уменьшаются и возника-
ют только в небольшой части приконтурной зоны скважины. С уменьшением
времени сброса эта зона увеличивается, но незначительно. На рис. 2 показаны
изменения радиальных растягивающих напряжений (кривая 1) от действия па-
дающей волны при сбросе внутренней нагрузки и сжимающих радиальных на-
пряжений (кривые 2,3,4) от постоянно действующей во времени различной ве-
личины горного давления при времени сброса равном ct 0,01c= и внутреннем
радиусе скважины 0r =0,1м.
r í r í r í2 p 0,1;3 p 0,2;4 p 0,5;σ σ σ− = − = − =
Рис.2 – Зависимость максимальных радиальных растягивающих и сжимающих напряже-
ний от глубины проникновения в углепородный массив при действии внутренней нагрузки
0p и различной постоянной внешней нагрузки нp
Известно, что для повышения эффективности дегазирующего влияния не-
тронутого углепородного массива бурят скважины увеличенного диаметра, для
того чтобы образовывалась разгруженная зона примерно равная диаметру
скважины. В этой зоне напряжения являются сниженными, и чем больше вели-
чина снижения внешних напряжений, тем больше будут результирующие ради-
альные напряжения. При неравнокомпонентном внешнем поле напряжений при
определенных соотношениях компонент напряжений на контуре скважины и в
ее глубине возникают значительные растягивающие кольцевые напряжения и
при взаимодействии с внутренней силой которая перед сбросом нагрузки соз-
дает еще дополнительные растягивающие кольцевые напряжения может воз-
r, м
r 0pσ
r ípσ
81
никнуть благоприятная ситуация для создания больших растягивающих коль-
цевых напряжений на внутреннем контуре и в глубине после быстрого сброса
внутренней нагрузки.
Выводы: из приведенного примера расчета и графиков зависимости макси-
мальных радиальных растягивающих напряжений от различных варьируемых
параметров видно, что существенным фактором является время падения давле-
ния в рабочем агенте. Критическим временем падения давления следует счи-
тать время tc=0,1c. При таком значении времени сброса трудно достигнуть не-
обходимого значения растягивающих радиальных напряжений даже при широ-
ком варьировании параметров в формуле (1),(2),(3), (4). Минимально необхо-
димым временем следует считать время сброса близкое к 0,01с. Анализ време-
ни падения давления в используемых рабочих агентах, даже с большой скоро-
стью волны звука в них, показывает, что резервы уменьшения времени сброса
не так уж велики и следует изыскивать другие возможности уменьшения вре-
мени сброса давления в рабочих агентах или использовать другие принципы и
способы инициирования газовыделения. Существенным фактором, влияющим
на величину растягивающих напряжений является величина горного давления,
в особенности, когда оно проявляется в виде сжимающих радиальных и коль-
цевых напряжений. Тогда разрушение возможно только в небольшой прикон-
турной зоне. Зоны разгрузки и разнокомпонентность внешнего поля напряже-
ний вокруг скважин могут существенно облегчить процесс создания радиаль-
ных растягивающих напряжений. В приведенной работе рассмотрена фаза ини-
циирования, которая предшествует схеме послойного отрыва. Резкое обнаже-
ние свободной поверхности при сбросе внутренней нагрузки можно рассматри-
вать как потерю устойчивости механического равновесия [9]. В качестве крите-
рия устойчивости можно использовать условие, полученное на основе критерия
хрупкого разрушения Гриффитса – Ирвина – Орована, в работе [9].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сапегин В. Н. К анализу решения задачи о нестационарном деформировании упругой среды / В. Н. Са-
пегін, .Ларионов Г. И. НАУКОВІ ВІСТІ. СУЧАСНІ ПРОБЛЕМИ МЕТАЛУРГІЇ №14 (2011), Дніпропетровськ:
НметАУ, 2011. – С. 39-49.
2.Ларіонов Г. І. До аналізу результатів чисельного моделювання / Г. І . Ларіонов // Матеріали Міжнародної
наукової конференції “Математичні проблеми техничної механіки – 2010”, -Дніпродзержинськ, 2010.–С. 153
(19-22 квітня 2010).
3. Лурье, А.И. Теория упругости / А.И. Лурье. – М.: Наука, 1970. – 939с.
4.Сапегин. В. Н. Нестационарное деформирование упругой среды под действием переменной внутренней
нагрузки / В. Н. Сапегин // Проблемы обчислювальної механіки і міцності конструкцій: збірник наукових праць
дніпропетровського національного університету –2011. – Вип.. 17. – С.239-245.
5. Мусхелишвили Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. – М.: Наука, 1966.-
707с.
6. Сапегин В.Н. Способ интенсивной дегазации при гидродинамическом воздействии на нагруженный
угольный пласт // Геотехн. Механика: Меж вуз, сб, научн. работ, Ин-т геотехнич. Механики НАН Украины –
Днепропетровск: 2006, – Вып, 67. – С. 65-73.
7. Николин В.И., Балинченко И.И., Симонов А.А. Борьба с выбросами угля и газа в шахтах – М.: Недра. –
1981. – 300 с.
8. Булат А .Ф. Углепородный массив Донбасса как гетерогенная среда / [А.Ф. Булат, Е.Л. Звягильский,
Г.А. Шевелев и др.]. – Киев: «Наукова думка», 2008. – 410с.
9. Петухов И.М. Механизм развязывания и протекания выбросов угля (породы) и газа / И.М. Петухов,
Линьков А.М. // Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа. – М., Недра, 1978.–С. 3-16.
82
УДК 622.17:662.236.3
Канд. техн. наук В.Л. Приходченко
(ИГТМ НАН Украины)
РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ
СЖИГАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ И НЕКОНДИЦИОННЫХ УГЛЕЙ
В роботі наведено результати теоретичного моделювання спалювання вуглепородних
сумішей згідно з основними принципами термодинаміки, що стосуються динаміки виходу
газоподібних речовин CH4, CO, CO2, H2 і N2 в залежності від температури нагріву.
RESULTS OF THEORETICAL DESIGN OF PROCESSES
INCINERATIONS OF COAL SHLAMOV AND NO STANDARD COALS
In work the results of theoretical design of incineration of ugleporodnih mixtures pursuant to
basic principles of thermodynamics, touching the dynamics of output of the gaseous matters CH4,
CO, CO2, H2 and N2 depending on the temperature of heating, are resulted.
Функционирование добывающей отрасли сопровождается образованием
больших масс отходов, складируемых в виде некондиционных углей или жид-
ких угольных шламов, заполняющих шламонакопители. Многолетнее накопле-
ние углепородных масс приводит к всестороннему загрязнению окружающей
среды: атмосферы, почвы и водных объектов. В то же время, данные отходы с
наличием углерода представляют собой техногенные поверхностные месторо-
ждения, удобные для разработки или переработки.
С целью энерготехнологической переработки угольных шламов и неконди-
ционных углей, предложенной ИГТМ НАНУ, проведены теоретические иссле-
дования терморазложения исходного углепородного сырья для определения ко-
нечных продуктов разложения в виде газообразных и конденсированных ве-
ществ при различных температурах нагрева [1].
Для теоретического анализа разнообразных химико-технологических и теп-
лотехнических процессов, которые протекают при нагреве углепородных масс,
необходимо учитывать большое число факторов, как внутри, так и вне системы
«исходная масса – печь (реактор)». Упростить многофакторные связи позволяет
компьютерное термодинамическое моделирование при известном составе ис-
ходного сырья и заданных режимах температуры и давления.
Существует и используется ряд программ, реализующих законы термодина-
мики в однородной изотропной системе, в которой распределения температуры
и давления одинаковы во всех точках. К следующему упрощению относится то,
что свойства идеального газа присущи всем газообразным веществам системы,
а также то, что полученные составы веществ на определенной температуре со-
ответствуют стабильному состоянию системы с равномерным распределением
в ней всех ее компонентов. Для упрощения принимается также, что компенса-
ция тепловых эффектов проводится за счет внешних источников тепла.
Все эти допущения могут привести к увеличению погрешности расчетов па-
раметров термодинамических процессов при термопереработке углепородного
сырья, однако при проведении научных исследований крайне важно выявить
основные тенденции распада исходной массы с образованием твердых, жидких
и газообразных продуктов.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-53645 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:55:46Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сапегин, В.Н. 2014-01-25T14:00:12Z 2014-01-25T14:00:12Z 2012 Расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве / В.Н. Сапегин.// Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 73-81. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53645 622.831.322 Наведено розрахунок динамічних напружень, складений на основі чисельного аналізу математичної моделі нестаціонарного деформування пружного середовища під дією змінного внутрішнього навантаження та застосування методу послідовної апроксимації. The calculation of dynamical stresses, based on numerical analysis of mathematical model of nonstationary deformation of elastic medium under action of variable internal load by means of method of successive approximation, was presented. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве The calculation of dynamical stresses in gas-saturated cola-rock massive Article published earlier |
| spellingShingle | Расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве Сапегин, В.Н. |
| title | Расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве |
| title_alt | The calculation of dynamical stresses in gas-saturated cola-rock massive |
| title_full | Расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве |
| title_fullStr | Расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве |
| title_full_unstemmed | Расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве |
| title_short | Расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве |
| title_sort | расчет динамических напряжений в газоносном углепородном массиве |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53645 |
| work_keys_str_mv | AT sapeginvn rasčetdinamičeskihnaprâženiivgazonosnomugleporodnommassive AT sapeginvn thecalculationofdynamicalstressesingassaturatedcolarockmassive |