О форме полости выброса в забое горной выработки, проводимой по выбросоопасному угольному пласту

Abstract

С использованием методов математического моделирования исследованы особенности формирования полости разрушения при газодинамических явлениях, происходящих в забое горной выработки вблизи тектонических нарушений. Путем сравнения расчетных и фактических данных относительно формы полости выброса проведена верификация разработанной математической модели совместного протекания нестационарных связанных процессов упругопластического деформирования трещиновато-пористой среды и фильтрации метана. В статье приведены распределения значений геомеханических и фильтрационных параметров в нарушенной зоне угольного пласта в различные моменты времени протекания ГДЯ. Рассмотрены различные варианты распределения физико-механических свойств пород кровли угольного пласта. Показано, что в случае крепких, ненарушенных вмещающих пород полость выброса располагается в пределах угольного пласта; вертикальное сечение полости разрушения имеет прямоугольную форму с выгнутой торцевой частью, горизонтальное – форму неправильного эллипса. В случае, когда физико-механические свойства вмещающих пород так же, как и свойства угля, ослаблены вблизи тектонического нарушения, во время ГДЯ происходит их разрушение и вынос породы вместе с углем из образующейся полости.

З використанням методів математичного моделювання досліджено особливості формування порожнини руйнування при газодинамічних явищах, що відбуваються у вибої гірничої виробки поблизу тектонічних порушень. Шляхом порівняння розрахункових і фактичних даних щодо форми порожнини викиду проведена верифікація розробленої математичної моделі сумісного перебігу нестаціонарних зв'язаних процесів пружно-пластичної деформування тріщинувато-пористого середовища та фільтрації метану. У статті наведено розподіли значень геомеханічних і фільтраційних параметрів в порушеній зоні вугільного пласта в різні моменти часу протікання ГДЯ. Розглянуто різні варіанти розподілу фізико-механічних властивостей порід покрівлі вугільного пласта. Показано, що в разі міцних, непорушених порід, що вміщують виробку, порожнина викиду розташовується в межах вугільного пласта; вертикальний переріз порожнини руйнування має прямокутну форму з вигнутою торцевою частиною, горизонтальний – форму неправильного еліпсу. У разі, коли фізико-механічні властивості порід так само, як і властивості вугілля, ослаблені поблизу тектонічного порушення, під час ГДЯ відбувається їх руйнування і винос породи разом з вугіллям з утвореної порожнини.

Specific formation of destruction cavities at the gas-dynamic phenomena occurred in the tunnel face near the tectonic faults were studied with the help of mathematical simulation methods. The designed mathematical model of joint behaviour of nonstationary coupled processes of elasto-plastic deformation of porous fractured medium and methane filtration was verified by way of comparing calculated and factual data on the shape of the outburst cavity. Distribution of geomechanical and filtration parameter values in a disturbed coal seam zone in different time points of the gas-dynamic phenomena are presented in the article. Different variants of physical and mechanical properties distribution in the coal seam roof rock are considered. It is shown that in case of strong, undisturbed surrounding rocks the outburst cavity is formed within the coal seam; vertical section of the outburst cavity has a rectangular shape with a curved end, and horizontal section has a shape of irregular ellipse. When physical and mechanical properties of surrounding rocks as well as the coal properties are weakened near the tectonic fault, then during the gas-dynamic phenomenon, the rocks are destructed and removed away from the generating cavity together with coal.