Метод расчёта параметров связанных процессов деформирования углепородного массива и фильтрации метана

Abstract

Разработан метод расчета параметров связанных процессов деформирования углепородного массива и фильтрации метана с учетом их взаимного влияния и изменения во времени. Условием связи между геомеханическими и фильтрационными процессами служит зависимость коэффициентов проницаемости от компонент тензора напряжений. Обратная связь реализовывается через учет сил, обусловленных давлением газа, в расчете суммарной силы, действующей на каждую точку твердого тела. Приведена блок-схема алгоритма расчёта. На каждой временной итерации рассчитываются: поля перемещений, напряжений, коэффициентов проницаемости, параметры фильтрации метана. С помощью предложенного метода можно исследовать метановыделение в горные выработки, эффективность работы дегазационных скважин в различных горно-геологических и технологических условиях; выполнить расчёт геомеханических и фильтрационных параметров углепородного массива в тектонически нарушенной зоне угольного пласта, при газодинамических явлениях. В качестве примера рассмотрена задача о фильтрации метана в горную выработку. Приведены результаты расчёта геомеханических параметров, зон неупругих деформаций, коэффициентов проницаемости и давления метана в области фильтрации.

Розроблено метод розрахунку параметрів зв’язаних процесів деформування вуглепородного масиву і фільтрації метану з урахуванням їх взаємного впливу і зміни в часі. Умовою зв’язку між геомеханічними і фільтраційними процесами служить залежність коефіцієнтів проникності від компонент тензора напружень. Зворотній зв’язок реалізовується через облік сил, обумовлених тиском газу, в розрахунку сумарної сили, що діє на кожну точку твердого тіла. Наведено блок-схему алгоритму розрахунку. На кожній часовій ітерації розраховуються: поля переміщень, напружень, коефіцієнтів проникності, параметри фільтрації метану. За допомогою запропонованого методу можна дослідити метановиділення в гірничі виробки, ефективність роботи дегазаційних свердловин в різних гірничо-геологічних і технологічних умовах; виконати розрахунок геомеханічних і фільтраційних параметрів вуглепородного масиву в тектонічно порушеній зоні вугільного пласта, при газодинамічних явищах. Як приклад розглянуто задачу про фільтрацію метану в гірничу виробку. Наведено результати розрахунку геомеханічних параметрів, зон непружних деформацій, коефіцієнтів проникності та тиску метану в області фільтрації.

Method for calcualting parameters for the coupled processes of the coal-rock mass deformation and methane filtration was developed with taking into account process of mutual influence and in-time changes. The condition of interaction between the geomechanical and filtration processes is dependence between permeability coefficients and stress tensor components. Feedback is realized through the forces, which are caused by the gas pressure, and which are taken into ccount in the calculation of the total force acting in each point of the solid body. A block diagram of the calculation algorithm is shown. Displacement and stress fields, permeability coefficients, methane filtration parameters are calculated for each time iteration. With the help of the method, it possible: to study methane emission into the roadways and efficiency of degassing boreholes in different mining, geological and technological conditions; to calculate geomechanical and filtration parameters for the coal-rock mass in tectonicaly disturbed zone of the coal seam and at gasdynamic phenomena. As an example, methane filtration into the roadway is considered. The calculated geomechanical parameters, zones of inelastic deformations, coefficients of permeability and methane pressure in filtration area are shown.