Основні закономірності розподілу напружень у масиві гірських порід при підземному видобутку вугілля і газу

22. Хапилова Н.С. Сравнение с натурными данными геометрических параметров и зон влияния горизонтальной разгрузочной щели / Н.С. Хапилова, С.Н. Федотов // Труды ИПММ. Донецк, 2003. вып. 8. С. 216-221.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві, полягає в наступному: постановки задач, отримування аналітичних рішень, аналіз результатів [4, 6-9], створення комплексу математичних моделей і комп'ютерних програм для дослідження напружено-деформованого стану масиву, обробка отриманих результатів, встановлення закономірностей [5, 10-21], порівняння теоретичних результатів з експериментальними даними, вибір варіантів розрахунку, їх аналіз і висновки [22].

Анотація

Федотов С.М. Основні закономірності розподілу напружень у масиві гірських порід при підземному видобутку вугілля і газу - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.09 - геотехнічна і гірнича механіка. - Інститут фізики гірничих процесів НАН України. Донецьк, 2009.

Дисертація присвячена розробці чисельно-аналітичних методів розрахунку напружено-деформованого стану масиву довкола підземних виробок і техногенних тріщин з урахуванням гірничотехнічних і гірничо-геологічних факторів видобутку вугілля і газу.

У роботі розв'язано задачі про напружено-деформований стан анізотропного масиву при розробці похилих і горизонтальних вугільних пластів. Установлено залежність довжини привибійної пластичної зони у вугільному пласті від гірничого тиску, довжини вільно звисаючої покрівлі, фізико-механічних властивостей масиву, глибини залягання, потужності і кута нахилу пласта. Показано, що у випадку стрибкоподібної зміни потужності пласта на формування зон пластичних деформацій суттєво впливає кут нашарування порід. Досліджено вплив технологічних факторів (кріплення, цілики, зволоження вугільного масиву) на розподіл опорного тиску на пласт та довжину привибійних пластичних областей. Наведено рішення задачі про напружено-деформований стан анізотропного масиву гірських порід навколо похилої техногенної тріщини. Надано кількісну оцінку впливу напруженого стану на зміну фільтраційних властивостей масиву навколо вертикальної тріщини гідророзриву, утвореної зі стінки газовидобувної свердловини. Досліджено напружений стан масиву навколо газового горизонту, розташованого над ділянкою відпрацьованої лави. Результати включені до керівництва «Комп'ютерний варіант складання паспортів керування покрівлею і кріплення лав пластів з кутами падіння понад », затвердженого Мінвуглепромом 12.12.1998 р., і використані в розробках корпорації «Індустріальний союз Донбасу» та Інституту геотехнічної механіки НАН України.

Ключові слова: масив гірських порід, вугільний пласт, анізотропія, проникність, виробка, напружено-деформований стан, пластичні зони, кріплення, цілик, тріщина гідророзриву, газовий горизонт.

Аннотация

Федотов.С.Н. Основные закономерности распределения напряжений в массиве горных пород при подземной добыче угля и газа - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.09 - «Геотехническая и горная механика». - Институт физики горных процессов НАН Украины, Донецк, 2009.

Диссертация посвящена разработке численно-аналитических методов расчета напряженно-деформированного состояния массива в окрестности подземных выработок и техногенных трещин с учетом горнотехнических и горно-геологических факторов добычи угля и газа.

В работе решены задачи о напряженно-деформированном состоянии анизотропного массива при разработке наклонных и горизонтальных угольных пластов, на основе которых установлены закономерности распределения напряжений в породах, вмещающих пласт. С целью моделирования напряженно-деформированного состояния в призабойных пластических областях разрабатываемого угольного пласта решена задача о сжатии кусочно-однородного анизотропного слоя между шероховатыми плитами. На основе численных исследований установлена зависимость протяженности призабойной пластической зоны в угольном пласте от горного давления, длины свободно зависающей кровли, физико-механических свойств массива, глубины залегания, мощности и угла наклона пласта. Показано, что в случае скачкообразного изменения мощности пласта на формирование зон пластических деформаций существенно влияет угол напластования пород. Установлено, что скачкообразное увеличение мощности пласта приводит к увеличению пластической зоны на этом участке. Исследовано влияние технологических факторов (крепь, целик, увлажнение угольного массива) на напряженно-деформированное состояние массива с очистной выработкой, протяженность призабойных пластических областей и распределение опорного давления на пласт. Результаты исследований включены в руководство «Компьютерный вариант составления паспортов управления кровлей и крепления лав пластов с углами падения свыше », утвержденное Минуглепромом 12.12.98г.

Одним из способов управления горным давлением при проведении выработок в массиве является образование разгрузочных щелей. В работе приведено решение задачи о напряженно-деформированном состоянии анизотропного массива горных пород в окрестности наклонной техногенной трещины. Установлена зависимость её максимальной ширины, при которой отсутствует смыкание берегов, от мощности трещины, угла наклона, расстояния от дневной поверхности и физико-механических свойств пород. Показано, что в случае горизонтальной разгрузочной полости в изотропном массиве теоретические результаты удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Предложен метод, позволяющий количественно оценить влияние напряженного состояния на изменение фильтрационных свойств массива в окрестности вертикальной трещины гидроразрыва, образованной из стенки газодобывающей скважины. Показано, что проницаемость массива над и под трещиной уменьшается, а в областях, прилегающих к её стенкам, увеличивается, что способствует интенсификации процесса выделения газа в трещину.

Современная технология добычи угля с одновременным извлечением метана предусматривает наличие подготовительной выработки (газового горизонта) в области влияния очистных работ. В результате исследования напряженного состояния массива в окрестности газового горизонта показано, что его влияние распространяется на расстояние порядка трёх-четырех радиусов поперечного сечения выработки, а вокруг неё происходит существенное перераспределение напряжений: формируются зоны растягивающих напряжений и зоны максимальных сжимающих напряжений, которые на отдельных участках контура превышают исходное горное давление.

Результаты использованы в научно-технических разработках корпорации «Индустриальный Союз Донбасса» при оценке технологических параметров способа добычи метана с помощью скважины с трещиной гидроразрыва, а также Институтом геотехнической механики НАН Украины при оценке технологических параметров способа извлечения шахтного метана путем бурения скважин из подготовительной выработки, расположенной в зоне влияния действующей лавы (акт внедрения от 9.06.2004г).

Ключевые слова: массив горных пород, угольный пласт, анизотропия, проницаемость, выработка, напряженно-деформированное состояние, пластические зоны, крепь, целик, трещина гидроразрыва, газовый горизонт.

SUMMARY

Fedotov S.N. Basic regularities of the distribution of stresses in a rock mass at an underground coal mining and gas recovery. - Manuscript.

Thesis for the Candidate of engineering sciences degree by speciality 05.15.09 - geotechnical and rock mechanics. - Institute of Physics of Mining Processes, National Academy of Sciences of Ukraine, Donetsk, 2009.

The dissertation is devoted to the development of numerically-analytical methods for calculating the stressed-strained state of a rock mass in vicinity of underground workings and technogenic cracks with allowance for mining-technical and mining-geological factors of coal and gas output.

In the work, problems on the stressed-strained state of an anisotropic massif by mining of inclined and horizontal coal seams are solved. The dependence of the length of the plastic zone of a developed coal seam on the rock pressure, the length of a freely hanging roof, physical-mechanical properties of a massif, the depth of bedding and the angle of coal seam slope is established. It is shown, that in case of jumping change of the capacity of a coal seam, the angle of bedding rocks essentially influences on creation of zones of plastic deformations. The influence of technology factors (the support, the pillar, humidifying of a coal seam) on the distribution of abutment pressure in the coal seam and the length of the plastic zone is investigated. A solution of the problem on the stressed-strained state of an anisotropic rock mass in vicinity of an inclined technogenic crack is resulted. A quantitative assessment of the influence of the stressed state on the change of filtration characteristics of a rock mass near the vertical hydrorupture crack formed from a wall of a gas well is given. The stressed state of a massif in vicinity of the gas horizon located in the field of influence of the working longwall is researched. Results are included in the manual «The computer variant of drawing up passports of a roof control and support of longwalls of coal seams with angles of dip over 35⁰», approved the Ministry of the mining industry 18.12.98г., and are used in designs of the corporation «The Industrial Union of Donbass» and Institute of geotechnical mechanics of NAS of Ukraine.

Keywords: rock mass, coal seam, anisotropy, permeability, the working, the stressed-strained state, plastic zones, support, pillar, hydrorupture crack, gas horizon.

Размещено на Allbest.ru