Моделирование связанных процессов, происходящих в углепородном массиве при ведении горных работ

Abstract

В работе исследуется взаимосвязь деформационных, диффузионно-фильтрационных и других физических процессов, происходящих в углепородном массиве при различных технологических воздействиях. Предложен комплекс математических моделей и расчѐтных методов, позволяющих объединить в связанную систему несколько физических процессов, происходящих в углепородном массиве при различных технологических воздействиях, и моделировать сложные процессы геомеханики. Установлен критерий оценки степени влияния каждого из связанных процессов на изменение массивов общих параметров для определения необходимости их учѐта в соответствующих математических моделях. Показано, что пренебрежение некоторыми процессами при математическом моделировании сложных физических процессов приводит к ошибкам, достигающим 250 %. Разработаны математические модели и методы расчѐта параметров связанных процессов «деформирование массива с анкерной крепью – фильтрация метана», «деформирование массива с анкерной крепью – фильтрация метана – действие взрыва», «изменение напряжѐнного состояния массива в забое выработки – фильтрация метана – десорбция метана» при газодинамических процессах, «изменение напряжѐнного состояния массива в забое выработки – двухфазная фильтрация жидкости и газа» при нагнетании жидкости в угольный пласт. На основе разработанных моделей установлены пространственно-временные закономерности изменения параметров указанных связанных процессов.

В роботі досліджується взаємозв’язок деформаційних, дифузійно-фільтраційних та інших фізичних процесів, що відбуваються у вуглепородному масиві при різних технологічних діяннях. Запропоновано комплекс математичних моделей та розрахункових методів, що дозволяють об’єднати в зв’язану систему декілька фізичних процесів, які відбуваються у вуглепородному масиві при різних технологічних діяннях, та моделювати складні процеси геомеханіки. Встановлено критерій оцінки ступеню впливу кожного із зв’язаних процесів на зміну масивів спільних параметрів для визначення необхідності їх урахування у відповідних математичних моделях. Показано, що знехтування деякими процесами при математичному моделюванні складних фізичних процесів призводить до похибок, які доходять до 250 %. Розроблено математичні моделі і методи розрахунку параметрів зв’язаних процесів «деформування масиву з анкерним кріпленням – фільтрація метану», «деформування масиву з анкерним кріпленням – фільтрація метану – дія вибуху», «зміна напруженого стану масиву у вибої виробки – фільтрація метану – десорбція метану» при газодинамічних процесах, «зміна напруженого стану масиву у вибої виробки – двохфазна фільтрація рідини та газу» при нагнітанні рідини у вугільний пласт. На основі розроблених моделей встановлено просторово-часові закономірності зміни параметрів зазначених зв’язаних процесів.

. Interrelation between deformation, diffusion-filtration and other physical processes in the coal-rock massif occurred under various technological influences is analyzed in this paper. A set of mathematical models and computational methods are proposed which make possible to combine into one coupled system several physical processes occurred in the rock mass under various technological impacts, and to simulate complex geomechanical processes. A criterion is proposed for evaluating degree of each of the coupled processes influence on the common parameters changing and for determining whether it is necessary to take them into account in corresponding mathematical models. It is shown that neglecting some of the processes in the mathematical modeling of complex physical processes leads to errors reaching 250 %. Mathematical models of and methods of parameters computing were designed for the following coupled processes: «deformation of the rock massif with roof bolting – methane filtration», «deformation of the rock massif with roof bolting – methane filtration – action of an explosion», «change in the stressed state of the working face – methane filtration – methane desorption» during the gas-dynamic processes, «change in the stressed state of the working face – two-phase filtration of fluid and gas» during fluid injection into the coal seam. On the basis of these models the space-time patterns of coupled processes parameters changing were established.