Взаимодействие геомеханических и газофильтрационных процессов в анизотропном горном массиве

• Автор: Ванжа, Юрий Павлович
• Шифр специальности: 05.15.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1996
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 286 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ И АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЯВЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ГОРНОГО МАССИВА
1.1. Анализ влияния деформационнофильтрационных процессов горного массива на эффективность и безопасность работ на угольных шахтах
1.2. Обзор результатов теоретических исследований и методологии оценки деформационных и фильтрационных характеристик углевмещающего массива горных пород
1.2.1. Обзор результатов исследований прогноза параметров напряженнодеформированного состояния разрабатываемого углевмещаищего массива горных пород
1.2.2. Обзор результатов исследований фильтрационных параметров массива горных пород
1.2.3. Анализ результатов исследований взаимодействия деформационных и фильтрационных процессов в горном массиве
1.3. Обзор экспериментальных исследований напряженнодеформированного и газового состояния углевмещающего массива
1.3.1. Анализ результатов исследований напряженнодеформированного состояния горного массива в условиях шахт

1.3.2. Анализ закономерностей метановыделения на угольных шахтах Кузбасса

1.3.3. Обзор экспериментальных исследований деформационнофильтрационных процессов в горных породах в зоне влия
ния горных выработок
1.4. Актуальность и задачи исследований
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ И ГАЗОФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ДЕФОРМИРУЕМОМ МАССИВЕ
2.1. Фильтрация газа в неоднородноанизотропной трещиноватопористой среде
2.2. Газовыделение из пласта с неподвижной поверхностью обнажения
2.3. Газовыделение из пласта с подвижной поверхностью обнажения
2.4. Газовыделение из пластовспутников
2.5. Алгоритм метода конечных элементов для решения деформационнофильтрационных задач
2.6. Программное обеспечение математических моделей
Выводы
3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ С УЧЕТОМ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ АНИЗОТРОПНОГО ГОРНОГО МАССИВА
3.1. Характеристика объекта исследований
3.2. Структура и модели системы управления геомеханическими и газодинамическими процессами в углевмещающем массиве
3.3. Анализ и выбор методов исследования газофильтрационных свойств деформирумого углевмещающего массива
3.4. Методология экспериментальных исследований газодинами
ческих характеристик горного массива
3.5. Формирование базы данных
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ГОРНОГО МАССИВА С УЧЕТОМ АНИЗОТРОПИИ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД
4.1. Исследование деформационнофильтрационных параметров разрабатываемого угольного пласта
4.2. Исследование фильтрационных параметров углевмещающей толщи
4.3. Исследование закономерностей интеграции реологических и газодинамических процессов углевмещающего горного массива
4.4. Исследование закономерностей дегазации пластовспутников
5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
5.1. Разработка алгоритма прогноза параметров газовыделения
в горные выработки
5.2. Моделирование прогноза газовыделения в горные выработки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


М. Печугина , В. В. Ходота , А. Н. вербаня, А. Форгеймера и др. Эти работы определили направления научного поиска, расширили представление о закономерностях метановыделения в угольных шахтах и явились основой современной рудничной газовой динамики. В работах этих ученых отмечается, что процесс деформирования горных пород и метановыделения взаимосвязаны. Однако ввиду недостаточной изученности этой связи истина такого сложного явления остается установленной не в полной мере в связи с повышением интенсивности горных работ, совершенствованием схем и способов добычи угля. На жахтах же с удельной метанообильностью, превыжавщей 5,0 м3 т. Вновь построенные и реконструированные шахты Кузбасса зачастую не осваивают проектные мощности изза несоответствия проектных параметров фактическим, связанного с недостаточной надежностью прогнозирования горногеологических ситуаций, к которым, в первую очередь, относятся неточности в определении газообильности и вследствие этого и расчета количества воздуха на проветривание. В результате этого недодаются десятки миллионов тонн угля. Таким образом, проблему эффективной разработки угольных месторождений на больших глубинах, где имеет место интенсивное метановыделение, нельзя считать окончательно решенной, о чем свидетельствуют фактические данные по травматизму, связаному с проявлением газодинамических явлений. Анализ фундаментальных исследований ведущих ученых Росии, СНГ и за рубежом подтверждает сложность решения этой проблемы, ее высокую актуальность и без ее решения применение высокоинтенсивной зарубежной технологии отработки угольных пластов проблематично. Решение проблемы прогноза параметров напряженнодеформированного состояния горного массива проводится многими учеными и практиками в течение последних ста лет и до конца считается не ременной. Это следует как из сложности проблемы, так и из многообразия горногеологических условий, в которых решается такая задача. Исторически на первом этапе решалась задача распределения горного давления в окрестности подготовительной или очистной выработки. Этот этап становления горной геомеханики связан с трудами С. Г. Авершина , А. Н. Бахирина, В. А.Н. Динника , Г. Н.Кузнецова , М. М.Протодьяконова, Д. С.Ростовцева, Г. Д.Романовского, В. Д.Слесарева , И. М.Цымбаревича, Л. Д.Йевякова и других ученых. Несмотря на относительную простоту предлагаемых моделей, работы этих ученых позволили решить основные геомеханические задачи отработки угольных пластов на малых глубинах при несложных горногеологических условиях. Второй этап исследований посвящен изучению проявлений горного давления при отработке угольных пластов на больших глубинах и в сложных природных условиях. Уже на этом этапе большая роль при изучении геомеханических процессов отводилась различным флюидам, как жидким, так и газообразным. Здесь следует отметить ра
боты А. Г.Айруни 2,, П. В.Егорова 1,, В. С.Кузнецова , Г. Д.Лидина ,3, Ю. А.Липаева , С. Н.Осипова , И. М.Печука , Б. П.Пясецкого, И. М.Петухова , И. В.В. Ходота , А. И.Зтингера , 0. И.Чернова , Л. А.Шевченко и др. Решение задач этого класса позволило прогнозировать динамические явления в угольных шахтах, но полностью их предотвратить не удалось. Современный период развития геомеханики характеризуется интенсивными исследованиями геодинамических явлений, протекающих в зоне влияния горных работ. В настоящем разделе дается анализ фундаментальных исследований деформационнофильтрационных процессов в угольных шахтах. Проявление горного давления в шахтных условиях многообразны и обусловлены наличием деформаций упругости, ползучести и разрушений в массиве. Аналитически описать эти процессы довольно сложно применительно к выработкам, не подверженным влиянию очистных работ. Эта задача еще больше усложняется при изучении опорного давления в районе ведения очистных работ. И, наконец, определение напряженнодеформированного состояния затруднительно на современном этапе развития механики горных пород при одновременном влиянии на массив подготовительных и очистных работ.