«Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса»

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МАССОПЕРЕНОСА МЕТАНА В ПОРОДАХ МЕЖДУПЛАСТЬЯ

УДК: 622.33
DOI: 10.33285/1999-6934-2021-3(123)-71-78

Авторы:

¹ Институт проблем комплексного освоения недр РАН, г. Москва, Россия

Ключевые слова: угольный пласт; метан; фильтрация; проницаемость; массоперенос; углепородный массив; междупластье; напряженно-деформированное состояние; геомеханические численные модели; фильтрационные численные модели.

Аннотация:

За многие годы разработки угольных месторождений подземным способом отмечено, что из вмещающих пород в выработанное пространство происходит выделение метана, зачастую в больших количествах как в квазистатической, так и динамической формах при различных технологических схемах и геологических условиях разработки месторождений. В рамках настоящей статьи приводятся теоретические аспекты создания геомеханических и фильтрационных моделей, описывающих формирование коллекторов газа и массоперенос метана в массиве горных пород при отработке одиночного горизонтального угольного пласта. С использованием этих моделей получены закономерности развития во времени напряженно-деформированного состояния массива горных пород при отработке пласта длинной лавой. В частности, получены зоны разгрузки и пригрузки в кровле и почве пласта, основываясь на которых определяются параметры наведенной пористости и проницаемости во вмещающем массиве горных пород. Эти параметры позволят смоделировать перенос метана, находящегося в окружающем массиве, в выработанное пространство. Приведены теоретические основы метода определения проницаемости горных пород в режиме нестационарной фильтрации.

Список литературы:

1. Прогноз опасности внезапных выбросов и горных ударов по энергии массива / Г.Н. Фейт, О.Н. Малинникова, В.С. Зыков, В.А. Рудаков // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2002. – № 1. – С. 67–70.
2. О некоторых особенностях взаимодействия между геомеханическими и физико-химическими процессами в угольных пластах Кузбасса / В.Н. Опарин, Т.А. Киряева, В.Ю. Гаврилов [и др.] // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2014. – № 2. – С. 3–30.
3. Физико-химия газодинамических явлений в шахтах / В.В. Ходот, М.Ф. Яновская, Ю.С. Премыслер [и др.]. – М.: Наука, 1972. – 140 с.
4. Кузнецов С.В., Кригман Р.Н. Природная проницаемость угольных пластов и методы ее определения. – М.: Наука, 1978. – 122 с.
5. Подземная гидромеханика / К.С. Басниев, Н.М. Дмитриев, Р.Д. Каневская, В.М. Максимов. – М.–Ижевск: Ин-т компьютер. исслед., 2006. – 488 с.
6. Руководство по исследованию скважин / А.И. Гриценко, З.С. Алиев, О.М. Ермилов [и др.]. – М.: Наука, 1995. – 523 с.
7. Roof tensile failures in underground excavations / J. Alcalde-Gonzalo, M.B. Prendes-Gero, M.I. Alvarez-Fernandez [et al.] // Int. J. of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 2013. – Vol. 58. – P. 141–148. – DOI: 10.1016/j.ijrmms.2012.10.003
8. Diederichs M.S., Kaiser P.K. Stability of large excavations in laminated hard rock masses: the voussoir analogue revisited // Int. J. of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 1999. – Vol. 36, Issue 1. – P. 97–117.
9. Physical modelling of subsidence from sequential extraction of partially overlapping longwall panels and study of substrata movement characteristics / B. Ghabraie, Gang Ren, Xiangyang Zhang, J. Smith // Int. J. of Coal Geology. – 2015. – Vol. 140. – P. 71–83. – DOI: 10.1016/j.coal.2015.01.004
10. Application of 3D laser scanner, optical transducers and digital image processing techniques in physical modelling of mining-related strata movement / B. Ghabraie, Gang Ren, J. Smith, L. Holden // Int. J. of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 2015. – Vol. 80. – P. 219–230. – DOI: 10.1016/j.ijrmms.2015.09.025
11. Курленя В.М., Миренков В.Е. Феноменологическая модель деформирования горных пород вокруг выработок // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2018. – № 2. – С. 3–9. – DOI: 10.15372/FTPRPI20180203
12. Unlu T., Akcin H., Yilmaz O. An integrated approach for the prediction of subsidence for coal mining basins // Engineering Geology. – 2013. – Vol. 166. – P. 186–203. – DOI: 10.1016/j.enggeo.2013.07.014
13. Application of a mesh-free continuum method for simulation of rock caving processes / S. Karekal, R. Das, L. Mosse, P.W. Cleary // Int. J. of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 2011. – Vol. 48, Issue 5. – P. 703–711. – DOI: 10.1016/J.IJRMMS.2011.04.011
14. Prediction of underground cavity roof collapse using the Hoek-Brown failure criterion / A.M. Suchowerska, R.S. Merifield, J.P. Carter, J. Clausen // Computers and Geotechnics. – 2012. – Vol. 44. – P. 93–103. – DOI: 10.1016/j.compgeo.2012.03.014
15. Rezaei M., Hossaini M.F., Majdi A. Determination of longwall mining-induced stress using the strain energy method // Rock Mechanics and Rock Engineering. – 2015. – Vol. 48, Issue 6. – P. 2421–2433. – DOI: 10.1007/s00603-014-0704-8
16. Курленя В.М., Миренков В.Е. Деформирование весомого массива горных пород в окрестности прямолинейной конечной трещины // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2018. – № 6. – С. 14–20. – DOI: 10.15372/FTPRPI20180602
17. Fracture failure analysis of hard-hick sandstone roof and its controlling effect on gas emission in underground ultra-thick coal extraction / Wei Wang, Yuan-ping Cheng, Hai-feng Wang [et al.] // Engineering Failure Analysis. – 2015. – Vol. 54. – P. 150–162. – DOI: 10.1016/J.ENGFAILANAL.2015.04.016
18. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. – М.: Наука, 1966. – 709 с.
19. Христианович С.А., Кузнецов С.В. О напряженном состоянии горного массива при проведении очистных работ // Горное давление. – Л.: ВНИМИ, 1965. – Сб. LIX. – С. 95–111.
20. Trubetskoi K.N., Kuznetsov S.V., Trofimov V.A. Stress state and failure of seam contacts with enclosing rocks in driving stope // J. of Mining Science. – 2001. – Vol. 37, No. 4. – P. 345–353. – DOI: 10.1023/A:1014233905013
21. Kuznetsov S.V., Trofimov V.A. Deformation of a rock mass during excavation of a flat sheet-like hard mineral deposit // J. of Mining Science. – 2007. – Vol. 43, No. 4. – P. 341–360. – DOI: 10.1007/s10913-007-0034-2
22. Kuznetsov S.V., Trofimov V.A. Original stress state of coal seams // J. of Mining Science. – 2003. – Vol. 39, No. 2. – P. 107–111. – DOI: 10.1023/B:JOMI.0000008454.88451.f0 23. ГОСТ 26450.2-85. Породы горные. Метод определения коэффициента абсолютной газопроницаемости при стационарной и нестационарной фильтрации. – URL: http://docs.cntd.ru/document/1200023988 (дата обращения 24.12.2020).
24. Pinkun Guo, Yuanping Cheng. Permeability prediction in deep coal seam: A case study on the № 3 coal seam of the Southern Qinshui Basin in China // The Scientific World J. – 2013. – Vol. 2013. – 10 p. – DOI: 10.1155/2013/161457
25. Effect of Gas Content and Actual Stresses on Coalbed Permeability / V.N. Zakharov, O.N. Malinnikova, V.A. Trofimov, Yu.A. Filippov // J. of Mining Science. – 2016. – Vol. 52, No. 2. – P. 218–225. – DOI: 10.1134/S1062739116020345
26. Христианович С.А. Об основах теории фильтрации // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 1991. – № 1. – С. 3–18.
27. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. – М.: Наука, 1977. – 736 с.