Влияние водонасыщения угольных образцов с центральным отверстием на их модуль упругости при одноосном сжатии вдоль оси отверстия

Abstract

Цель. Оптимизация технологии гидрорыхления для снижения выбросоопасности угольных пластов на больших глубинах за счет использования эффекта их деформационной разгрузки. Задачами исследований является получение на современном оборудовании деформационных кривых при водонасыщении образцов угля по приближенной к натурным условиям схеме – через отверстие, просверленное в центре образца и оценка влияния влаги на модуль упругости и степень разгрузки пласта от горного давления. Методика. Сравнение экспериментальных деформационных кривых одноосного сжатия образца угля с центральным отверстием при различных значениях его влажности. Влажность образца изменялась путем нагнетания воды в центральное отверстие образца. Результаты. Деформационная кривая имеет вид одночленной степенной зависимости. Эта зависимость имеет вогнутый характер и заметно отличается от закона Гука. При одной и той же деформации повышение влажности на 2% снижает напряжения – в 3,2 раза, а модуль упругости снижается в 2,5раза. Эти данные могут стать некоторой основой для уточнения параметров прогноза выбросоопасности при ведении горных работ. Научная новизна. Впервые установлено, что изменение влажности образца изменяет кривизну его деформационной кривой. Повышение влажности увеличивает вогнутость деформационной кривой – наибольший прирост деформации наблюдается при не высоких напряжениях. Практическая значимость. Полученные результаты позволят снизить требования к величине давления гидрообработки выбросоопасных угольных пластов при проведении подготовительных выработок на больших глубинах. За счет этого снижается стоимость и массо-габаритные характеристики насосов высокого давления и повышается производительность проходческих работ.

Мета. Оптимізація технології гідророзпушування для зниження викидонебезпечності вугільних пластів на великих глибинах за рахунок використання ефекту їх деформаційної розвантаження. Завданнями досліджень є отримання на сучасному обладнанні деформаційних кривих при водонасиченні зразків вугілля за наближеною до натурних умов схемою – через отвір, просвердлений в центрі зразка і оцінка впливу вологи на модуль пружності і ступінь розвантаження пласта від гірського тиску. Методика. Порівняння експериментальних деформаційних кривих одновісного стиску зразка вугілля з центральним отвором при різних значеннях його вологості. Вологість зразка змінювалася шляхом нагнітання води в центральний отвір зразка. Результати. Деформаційна крива має вигляд одночленної ступеневої залежності. Ця залежність має увігнутий характер і помітно відрізняється від закону Гука. При одній і тій же деформації підвищення вологості на 2% знижує напруги – в 3,2 рази, а модуль пружності знижується в 2,5 рази. Ці дані можуть стати певною основою для уточнення параметрів прогнозу викидонебезпечності при веденні гірських робіт. Наукова новизна. Вперше встановлено, що зміна вологості зразка змінює кривизну його деформаційної кривої. Підвищення вологості збільшує увігнутість деформаційної кривої – найбільший приріст деформації спостерігається при не високій напрузі. Практична значимість. Отримані результати дозволять знизити вимоги до величини тиску гідрообробки викидонебезпечних вугільних пластів при проведенні підготовчих виробок на великих глибинах. За рахунок цього знижується вартість і масо-габаритні характеристики насосів високого тиску і підвищується продуктивність прохідницьких робіт.

Purpose. Optimization of hydraulic loosening technology to reduce the outburst hazard of coal seams at great depths by using the effect of their deformation unloading. The research objectives are to obtain on modern equipment deformation curves during water saturation of coal samples according to a scheme similar to the natural conditions - through a hole drilled in the center of the sample and assess the effect of moisture on the elastic modulus and the degree of unloading of the formation from rock pressure. Methods. Comparison of experimental deformation curves of uniaxial compression of a coal sample with a central hole at various values of its moisture content. The moisture content of the sample was changed by injecting water into the central hole of the sample. Findings. The deformation curve has the form of a one-term power dependence. This dependence has a concave character and differs markedly from Hooke's law. With the same deformation, an increase in humidity by 2% reduces stress - by 3.2 times, and the elastic modulus decreases by 2.5 times. These data may become some basis for refining the parameters of the forecast of outburst hazard during mining operations. Scientific novelty. It was found for the first time that a change in the moisture content of a sample changes the curvature of its deformation curve. An increase in humidity increases the concavity of the deformation curve - the greatest increase in deformation is observed at low stresses. Practical implications. The results obtained will reduce the requirements for the hydraulic treatment pressure of outburst coal seams during preparatory workings at great depths. Due to this, the cost and mass-dimensional characteristics of high pressure pumps are reduced and the productivity of tunneling works is increased.