Автореферат
Автореферати дисертацій arrow Гірнича справа arrow Прогнозування нестійкості системи “вугілля – газ” при відпрацюванні викидонебезпечних вугільних пластів
Меню
Головна сторінка
Реклама
Автореферати дисертацій
Бібліотечна справа
Біологічні науки
Будівництво
Воєнна наука. Військова справа
Гірнича справа
Держава та право. Юридичні науки
Економіка. Економічні науки
Електроніка. Обчислювальна техніка
Енергетика
Загальні роботи по техніці
Загальнонаукове знання
Історія. Історичні науки
Культура. Наука. Освіта
Легка промисловість
Математика. Механіка
Медицина. Медичні науки
Мистецтво. Мистецтвознавство
Науки про землю
Політика. Політичні науки
Природничі науки в цілому
Релігія
Сільське та лісове господарство
Соціологія. Демографія
Технологія металів. Машинобудування
Транспорт
Фізика. Астрономія
Філологічні науки
Філософські науки. Психологія
Хімічна технологія. Харчове виробництво
Хімічні науки
Художня література
Реклама


Прогнозування нестійкості системи “вугілля – газ” при відпрацюванні викидонебезпечних вугільних пластів

Анотації 

Старіков Г.П. Прогнозування нестійкості системи “вугілля – газ” при відпрацюванні викидонебезпечних вугільних пластів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.11 – “фізичні процеси гірничого виробництва”. Інститут фізики гірничих процесів НАН України, Донецьк, 2005.

   Дисертація присвячена розробці наукових основ стійкості системи “вугілля-газ” для створення способів прогнозування викидонебезпечності вугільного масиву, осередків ГДЯ та кваліфікації ГДЯ, що сталися (раптові викиди, обрушення). В основі роботи лежать теоретичні дослідження, які дозволяють розробити фізичну модель та встановити закономірності, які оцінюють стійкість системи “вугілля-газ” залежно від щільності заповнення її метаном, розглянути умови виходу метану (викид вугілля та газу) з поруватої структури вугілля за рахунок хвилі розвантаження і механізм зміни процесу дифузії на фільтрацію. Грунтуючись на результатах теоретичних досліджень експериментально в умовах об’ємного нерівнокомпонентного навантаження, моделюючого стан привибійної частини пласта, вперше встановлено, що високошвидкісне розвантаження газонасиченого вугілля переводить його із граничного стану в умовах узагальненого стиснення в плоский напружений стан з формуванням узагальненого розтягування як за напруженнями, так і за деформаціями, із зміненням фізико-механічних властивостей, що характеризують перехід від зсувного механізму руйнування до пошарового відриву за рахунок вскриття частини закритих пор, в яких знаходиться 70-75% сорбованого метану. Це дозволило обгрунтувати критерій викидонебезпечності газоносних пластів, враховуючих в явному вигляді вміщення флюідів у вугіллі, напружений стан та міцність вугілля. За зміненням вільної енергії вугілля, що визначається щільністю заповнення його відкритих та закритих пор метаном, обгрунтовані критерії визначення місцерозташування осередків викиду вугілля та газу, а за ступенем пошкодженості сорбційного об’єму вугілля, оцінюваного енергією активації виходу метану та часом його десорбції, - критерій кваліфікації типу ГДЯ. Усі критерії пройшли стадії шахтних досліджень на викидонебезпечних та особливо викидонебезпечних пластах і приймальних випробуваннях, які показали високу надійність та достовірність. Наукові результати дисертаційної роботи увійшли до нормативних документів, що регламентують порядок застосування розроблених автором способів.
   Ключові слова: вільна енергія, дифузія, фазовий стан, система “вугілля – газ”, нестійкість, механізм руйнування, вид напруженого та деформаційного стану, закриті пори, енергія активації, викид, ГДЯ.

Стариков Г.П. Прогнозирование неустойчивости системы “уголь – газ” при отработке выбросоопасных угольных пластов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.11 - “физические процессы горного производства”. Институт физики горных процессов НАН Украины, Донецк, 2005.

   Диссертация посвящена разработке научных основ устойчивости системы “уголь-газ” для создания способов прогноза выбросоопасности угольного массива, очагов ГДЯ и квалификации происшедших ГДЯ (внезапные выбросы, обрушения). В основе работы лежат теоретические исследования по моделированию выхода метана из угля с учетом волны разгрузки и раскрытия пористости при изменении напряжений в системе “уголь-газ”.
   Впервые обоснована связь выбросов угля и газа с переходом системы “уголь-газ” из метастабильного, с высокой плотностью заполнения структуры метаном, в устойчивое состояние, с низкой плотностью заполнения, разделенного потенциальным барьером, функционально зависящим от величины внешних и внутренних напряжений, и показано приоритетное формирование в угле закрытой пористости, газовыделение из которой происходит по механизму диффузии. С учетом начальных и граничных условий для моделируемого угольного пласта установлены условия развития волны разгрузки при локальном его разрушении, которое в зависимости от скорости отторжения угля от массива и его вязкости, во-первых, определяет степень снижения потенциального барьера и соответственно глубину полости в пласте, а во-вторых, вызывая разрушающие напряжения в закрытых порах, способствует превращению их в трещины, тем самым вовлекая в процесс десорбции значительную часть сорбированного метана, выделяющегося в течение 0,01-0,1 с.
   Оценка распределения количества метана в структуре угля позволила установить, что в выбросоопасных пластах до 25% его объема содержится в трещинах и открытых порах, а остальная часть – в закрытых порах и твердом растворе.
   Экспериментально, в условиях объемного неравнокомпонентного нагружения, установлено влияние метанонасыщенности, скорости разгрузки, вязкости угля на степень его поврежденности и механизм разрушения; показано, что высокоскоростная разгрузка газонасыщенного угля переводит его из предельного состояния в условиях обобщенного сжатия, в плоское напряженное состояние с формированием обобщенного растяжения по напряжениям и деформациям, со снижением модуля сдвига в 5.5-10 раз и образованием плоскостей, параллельных разгружаемой поверхности, облегчая развитие ГДЯ. Закономерности перехода от сдвигового механизма разрушения газонасыщенного угля с радиусом частиц 5-10мм при низких скоростях нагрузки к послойному отрыву с радиусом частиц 0,2-0,5 мм за счет вскрытия закрытых пор при высоких скоростях разгрузки позволили обосновать критерий выбросоопасности газоносных пластов, включающий в явном виде содержание флюидов в угле, напряженное состояния и прочность угля. По изменению свободной энергии системы “уголь – газ”, определяемой плотностью заполнения открытых и закрытых пор метаном, обоснован критерий определения месторасположения очагов выбросов угля и газа, а по степени повреждаемости сорбционного объема угля, оцениваемого энергией активации выхода метана и временем его десорбции, - критерий квалификации типов ГДЯ. Применение критериев на выбросоопасных и особо выбросоопасных пластах показало высокую их надежность и достоверность. Разработанные на основе научных результатов способы прогноза выбросоопасности при вскрытии угольных пластов, прогноза очагов ГДЯ и квалификации типов ГДЯ вошли в нормативные документы, регламентирующие порядок применения разработанных автором способов.
   Ключевые слова: свободная энергия, диффузия, фазовое состояние, система “уголь – газ”, неустойчивость, механизм разрушения, вид напряженного и деформационного состояния, закрытые поры, энергия активации, выброс, ГДЯ.

Starikov G.P. The coal/gas system instability prediction at mining in outburst inclined coal seams. – Manuscript.

The thesis submitted for a doctor of technical science degree in the field 05.15.11. – “Physical Processes in Mining”. Institute for Physics of Mining Processes, National Academy of Sciences of Ukraine, Donetsk, 2005.

   The thesis is devoted to solution of an important scientific and practical problem of understanding fundamentals of the coal/gas system instability, with the aim to develop methods of outburst prediction and gas dynamics phenomena (sudden outbursts, caving) classification in a coal deposit. The work is based on theoretical studies that had enabled to construct the physical model predicting stability of the coal/gas system from free energy curve shape with account for methane filling density and relief wave velocity providing disclosure of the coal pore system. It was first experimentally established using a true triaxial compression technique that high speed relief of the gas saturated coal transforms it from ultimate condition into a two-dimensional stress state, this transformation forming a generalized tension in both stresses and strains and altering physical and mechanical characteristics with transition from shear fracturing mode to layer-by-layer tearing due to partial disclosure of closed pores containing 70 to 75 % of the occluded methane. These results had allowed substantiating the outburst criteria for a gas bearing coal seam with direct account for fluids content, stress state, and strength of coal. The criterion of determination of gas and coal outburst origin location was created based on the free energy curve shape change for the coal/gas system while the criterion of gas dynamics phenomena type classification was developed based on damage rate of the gas bearing coal volume estimated using methane escape activation energy and methane desorption time. All above criteria had withstood approbation in outburst inclined or outburst dangerous coal seams and have shown high reliability and validity. Scientific results of the present thesis were included into normative documents regulating precedence rules for the methods developed by the author.
   Key words: free energy, diffusion, phase state, coal/gas system, instability, fracture mode, stress and strain state mode, closed pores, activation energy, outburst, gas dynamics phenomena.

Скачати автореферат дисертації безкоштовно (повна версія)
Прогнозування нестійкості системи “вугілля – газ” при відпрацюванні викидонебезпечних вугільних пластів

 
< Попередня   Наступна >

Всі права на опубліковані матеріали належать їх авторам. Матеріали розміщено виключно для ознайомлення.

Автореферати українських дисертацій. Скачай безкоштовно!