Математическое моделирование связанных геомеханических и фильтрационных процессов при проведении противовыбросных мероприятий

Abstract

Протекание газодинамических процессов в углепородном массиве тесно связано с технологическими факторами. Исследование и установление закономерностей протекания газодинамических процессов при различных технологических воздействиях имеет большое значение для научного обоснования параметров различных способов их предотвращения, повышения эффективности и безопасности угледобычи. Для моделирования применения разгрузочных щелей, опережающих скважин, надработки и подработки угольных пластов, для исследования влияния скорости проведения выработки на развязывание ГДЯ разработана математическая модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная фильтрация метана – десорбция метана». Для моделирования увлажнения и гидровоздействия на угольный пласт – модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная двухфазная фильтрация жидкости и газа – десорбция метана». Для моделирования торпедирования угольного массива и пород кровли пласта, проходки выработки в режиме сотрясательного взрывания разработана математическая модель «изменение НДС углепородного массива – нестационарная фильтрация метана – десорбция метана – взрывное воздействие». Разработаны алгоритмы решения перечисленных связанных задач. Новизна предложенного подхода заключается в возможности исследования нескольких физических и технологических процессов одновременно с учетом их взаимного влияния.

Протікання газодинамічних процесів в вуглепородному масиві тісно пов'язане з технологічними факторами. Дослідження і встановлення закономірностей протікання газодинамічних процесів при різних технологічних впливах має велике значення для наукового обґрунтування параметрів різних способів їх запобігання, підвищення ефективності і безпеки вуглевидобутку. Для моделювання застосування розвантажувальних щілин, випереджальних свердловин, надробки і підробки вугільних пластів, для дослідження впливу швидкості проведення виробки на розв'язування ГДЯ розроблена математична модель «зміна НДС вуглепородного масиву – нестаціонарна фільтрація метану – десорбція метану». Для моделювання зволоження та гідродіяння на вугільний пласт – модель «зміна НДС вуглепородного масиву – нестаціонарна двохфазна фільтрація рідини і газу – десорбція метану». Для моделювання торпедування вугільного масиву і порід покрівлі пласта, проходки виробки в режимі струсного підривання розроблена математична модель «зміна НДС вуглепородного масиву – нестаціонарна фільтрація метану – десорбція метану – вибуховий вплив». Розроблено алгоритми рішення перерахованих зв'язаних задач. Новизна запропонованого підходу полягає в можливості дослідження декількох фізичних і технологічних процесів одночасно з урахуванням їх взаємного впливу.

Gas-dynamic processes in coal rock mass is closely related to technological factors. Knowing of gas-dynamic process dynamics at various technological actions is of great importance for scientific substantiation of parameters for various methods of preventing these processes and for improving the coal mining efficiency and safety. A mathematical model «changes in the stress-strain state of coal rock massif – nonstationary methane filtration – methane desorption» was developed in order to simulate unloading slots, advance bores, overworked and underworked coal seams, and to study effect of drifting rate on occurrence of gas-dynamic phenomena. Further, a mathematical model «changes in the stress-strain state of the coal-rock massif – nonstationary two-phase filtration of liquid and methane – methane desorption» was developed in order to simulate rate of damping and impact of hydraulic actions on the coal seam. Further, a mathematical model «changes in the stress-strain state of coal rock massif – nonstationary methane filtration – methane desorption – explosive impact» was developed in order to simulate the coal-seam and the seam roof rocks shooting, rate of roadway driving and dynamics of explosion. Algorithms for solving these interconnected problems were also developed. The novelty of this approach lays in opportunity to study several natural and technological processes and, at the same time, to take into account their mutual influence.