CC BY
10
ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2021;(4-1):26—40 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER
УДК 622.33+620.179.16 001: 10.25018/0236_1493_2021_41_0_26
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГИХ СВОЙСТВ УГЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНИ ТЕКТОНИЧЕСКОЙ НАРУШЕННОСТИ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНО-УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
П. Н. Иванов1, В. И. Безруков1
1 Национальный Исследовательский Технологический Университет «МИСиС» Горный институт, Москва, Россия
Аннотация: В работе исследованы образцы угля, отобранные из пласта «Болдарев-ский» шахты им. С. М. Кирова Кузнецкого угольного бассейна. На основе лазерно-уль-тразвуковой диагностики в эхо-режиме и в режиме проходящих волн были измерены скорости распространения упругих волн в образцах угля. Возбуждение акустических импульсов осуществлялось в двух направлениях по отношению к визуальной слоистости: параллельно и перпендикулярно. С помощью известных эмпирических уравнений Маркота-Риоса и Гринберга-Кастаньи были верифицированы соотношения измеренных значений скоростей У(У) далее, по полученным экспериментально значениям скоростей распространения упругих волн рассчитаны локальные значения динамического модуля упругости. Проведенный анализ показал, что в случае каменных углей наиболее информативным параметром для оценки анизотропии являются значения скоростей продольных волн. Скорости сдвиговых волн и динамический модуль упругости не показали существенного изменения в зависимости от основного направления слоистости углей из-за их высокой неоднородности и затухания. Получены изображения внутренней структуры исследуемых образцов в трех плоскостях, по которым были определены геометрические характеристики и ориентация в пространстве неоднородностей и расслоений. Аналогичные исследования были проведены для образцов углей пласта, залегающего выше, где степень влияния напряжений и температур ниже. Выявлено, что их структура является более анизотропной с проявлением ортотропии по упругим характеристикам. Был сделан вывод, что с повышением степени нарушенности углей вследствие влияния различных тектонических процессов его упругие характеристики приобретают все более изотропный характер.
Ключевые слова: уголь, лазерно-ультразвуковая диагностика, скорости упругих волн, динамический модуль упругости, анизотропия, эхо-режим, теневой режим, внутренняя структура, структурно-измененный уголь.
Для цитирования: Иванов П. Н., Безруков В. И. Экспериментальное исследование упругих свойств углей различной степени тектонической нарушенности методом лазерно-ультра-звуковой спектроскопии // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4-1. — С. 26—40. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_41_0_26.
© П. Н. Иванов, В. И. Безруков. 2021
Experimental study of elastic properties of coals of various degrees of tectonic disturbance by laser-ultrasonic spectroscopy
P. N. Ivanov1, V. I. Bezrukov1
1 National Research Technological University "MISiS" Mining Institute, Moscow, Russia
Abstract: The paper discusses the examination of coal specimens obtained from the Boldarevsky Bed (S. M. Kirov coal mine, Kuznetsk Basin). Elastic wave velocities in the coal specimens were measured by means of laser ultrasonic testing in pulse-echo and through-transmission modes. Generated acoustic pulses travelled in two directions, parallel and perpendicular to visual layering. We used the well-known empirical Markote-Rios and Greenberg-Castagna equations to verify the relationship of the measured velocities V,(Vt). The local values of the dynamic modulus of elasticity were determined from the experimental elastic wave velocities. It is found that the most informative parameter for assessing the anisotropy of black coals is the P-wave velocity. It is found that shear wave velocities and dynamic modulus of elasticity do not exhibit significant changes depending on direction, which is due to the high heterogeneity of coal and elastic waves attenuation. Images of the internal structure of the specimens were produced in three planes, based on which the geometric characteristics and orientation of heterogeneities and bedding were determined. Coal specimens from the overlying coal seam, which is less affected by stress and temperatures, were similarly examined. It is revealed that its structure is more anisotropic with orthotropic elastic characteristics. It is concluded that the elastic characteristics of coals become more isotropic due to an increasing level of disturbances caused by various tectonic processes.
Key words: coal, laser-ultrasound diagnostics, elastic wave velocities, dynamic modulus of elasticity, anisotropy, echo mode, shadow mode, internal structure, structurally modified coal. For citation: Ivanov P. N., Bezrukov V. I. Experimental study of elastic properties of coals of various degrees of tectonic disturbance by laser-ultrasonic spectroscopy. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2021;(4-l):26—40. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_41_0_26.
Введение
При современных темпах и условиях разработки угольных месторождений геологические условия добычи становятся все более сложными. Одними из опасных геодинамических явлений, особенно на больших глубинах разработки, являются внезапные выбросы газа, которые в значительной степени ограничивают безопасную и эффективную добычу угля. Выделяют по крайней мере три основных фактора, приводящих к возникновению опасных газодинамических явлений в шахте. К ним относятся напряженно-деформированное состояние горного массива, структурные особенности геоматериала и связанное с ними содержа-
ние газа, а также минеральный состав углей [1 — 3].
Структурные особенности углей и их сорбционные свойства в выбро-соопасных зонах в пласте обсуждаются в течение многих десятилетий (например, работы [4 — 12]). Следует отметить, что уголь имеет сложную систему трещин и пор, которая трансформируется при изменении естественного равновесного напряженно-деформированного состояния в результате разработки массива. Этот «структурно измененный» уголь [13] характеризуется более низкой плотностью и повышенным газонасыщением, что, в свою очередь, приводит к увеличению вероятности возникновения
газо-геодинамических явлений. Более того, как показано в работе [14], превышение некоторого определенного предельного уровня дефектности, наблюдаемого при добыче полезных ископаемых, приводит к так называемому механохимическому разрушению и неконтролируемым геодинамическим явлениям. На основе результатов работ [15], [16] по исследованию свойств большого количества образцов приразломных зон был сделан вывод, что уголь, встречающийся на таких участках, всегда имеет характерные структурные и текстурные изменения, а процентная доля «структурно измененного» угля увеличивается по мере уменьшения расстояния до разлома. Там же показано, что степень и увеличение структурных изменений различаются в зависимости от напряжений, действующих в данной зоне, маце-рального состава и добавок минерального вещества. Для Верхнесилезского угольного бассейна классификация измененных структур приразломного угля приведена в [13], исходя из нее, были выделены следующие уровни структурной нарушенности:
1) «структурно неизмененный» уголь, который характеризуется отсутствием экзогенных трещин. При этом возможно возникновение эндо-микро-трещин в результате естественных процессов метаморфизма;
2) «структурно-измененный уголь» с наличием экзо-микротрещин, которые образуются под действием напряжений, возникающих в результате тектонических процессов;
3) катакластические структуры, образованные в результате повышенных напряжений, в зависимости от степени которых образуются сначала докатакластические структуры, затем мезокатаклазы и порфиро-катаклазы, пока угольная структура не станет пол-
ностью разрушенной и не появятся, собственно, катаклазы;
4) милонитовые структуры, образованные в ходе длительного влияния напряжения и температуры, в результате воздействия которых сначала образуются премилониты, а затем и мило-ниты, характеризующиеся полным изменением первоначальной угольной структуры.
В большинстве приведенных выше работ структура угля описывалась на основе оптической и электронной микроскопии, где не оценивалось распределение трещин по глубине образца. Данную информацию может дать либо рентгеновская томография [17], либо ультразвуковые исследования [18], [19]. Так, в работе [18] было сообщено о влиянии газов на акустические свойства, упругие и плотностные свойства угля. Авторами [19] измерены скорости прохождения продольных и сдвиговых волн вдоль и поперек напластования.
В данной работе на основе лазерно-ультразвуковой спектроскопии изучается возможность оценки микроструктуры углей на основе результатов определения анизотропии продольных и сдвиговых волн, а также измерения динамического модуля упругости.
Методы и материалы
Объектом изучения являлись угли, отобранные с пласта «Болдаревский» шахты им. С. М. Кирова Кузнецкого угольного бассейна. Для исследования из представленных проб изготавливались плоскопараллельные пластины толщиной 3 — 6 мм. Ввиду высокой степени трещиноватости образцы помещались в пластиковую трубу и затем заливались эпоксидной смолой. После застывания смолы вырезались плоскопараллельные пластины. Таким образом были подготовлены двенадцать образцов для проведения исследований. Измерения прово-
Рис. 1. Схематика проведения лазерно-ультразвуковой диагностики: 1 — Nd:YAG лазер; 2 — оптоволоконный кабель; 3 — пьезопреобразователь; 4 — ультразвуковой импульс; 5 — исследуемый образец; 6 — отраженные сигналы; 7 — АЦП
Fig. 1. Schematic diagram of laser-ultrasound diagnostics: 1 -Nd: YAG Laser; 2 — fiber optic cable; 3 - piezoelectric transducer; 4 — ultrasonic puLse; 5 -sample; 6 - reflected signals; 7 — ADC
дились для двух направлений волновых нормалей по отношению к визуальной слоистости:
1) для шести образцов направление распространения акустического импульса совпадало с направлением слоистости;
2) для оставшихся шести образцов угол между направлениями волнового вектора и направлением слоистости составлял 90°.
Для образцов введены следующие обозначения: || — возбуждение акустического импульса произведено параллельно направлению слоистости; ± — возбуждение акустического импульса перпендикулярно направлению слоистости.
Исследования проводились на автоматизированном лазерно-ультразвуко-вом структуроскопе «УДЛ-2М» [20]. Его принципиальная схема представлена на рис. 1. Принцип действия такого структуроскопа основан на регистрации сигналов, полученных в резуль-
тате отражения и частичного рассеяния широкополосных акустических импульсов от тыльной поверхности, а также различных дефектов исследуемого образца. По временной задержке данных сигналов относительно опорного были рассчитаны скорости распространения продольных волн в каждой точке сканирования [21], [22].
Из-за существенного затухания акустических волн в углях регистрация импульсов сдвиговых волн в эхо-режиме была затруднена. Поэтому для измерения их скоростей использовался метод проходящих волн [23]. В этом случае сдвиговые волны возбуждались при преломлении ультразвукового импульса продольных волн, падающего из жидкости на переднюю поверхность образца. Далее сдвиговые волны распространялись через образец и преобразовывались в продольные волны на тыльной поверхности образца. Поскольку в теневом режиме необходим однократный пробег волн
в образце, импульсы сдвиговых волн имели конечную амплитуду, необходимую для их регистрации.
Локальные значения динамического модуля упругости Е могут быть рассчитаны через соотношение скоростей распространения ультразвуковых упругих волн (продольных Vl и сдвиговых V) и плотности среды р [24]:
E = pVt2
3 -
1
V)2 - 1
V
(1)
Результаты
Результаты измерения скоростей прохождения упругих волн представлены в табл. 1.
Соотношение скоростей продольных и сдвиговых волн является ключевым для определения физико-механических и деформационных свойств геоматериалов, а также выявления структурных особенностей горных пород. Для верификации измеренных значений скоростей выполнена их оценка
с помощью приведенных в работах [25 — 27] эмпирических зависимостей Vl(Vt). Наиболее полная статистическая база соотношения скоростей Vl(Vt) для углей различной степени метаморфизма собрана в работе [28] на основе проведения множества лабораторных ультразвуковых измерений. Здесь же были выведены несколько эмпирических уравнений для определения соотношений продольных и сдвиговых волн, из которых наиболее часто применяются следующие эмпирические уравнения:
Vt = 0,4811 ■ V + 0,00382 (км/с), (2) Vt = -0,232 ■ V2 + 1,5421 ■ Vl -
-1,214 (км/с). (3)
Первое из них (2) носит название уравнения Макрота-Риоса, второе (3) — Гринберга-Кастаньи. Оба уравнения основаны на подборе нормировочных коэффициентов, получаемых в ходе анализа крупной выборки скоростей ультразвуковых волн.
По данным уравнениям для каждого из исследуемых образцов была прове-
Таблица 1
Результаты измерения скоростей прохождения продольных волн в представленных образцах угля
Results of measurements of longitudinal waves velocities in coal samples
№ образца Средняя толщина образца h, мм Диапазон локальных скоростей продольных волн по площади V, м/c Диапазон локальных скоростей сдвиговых волн по площади Vt, м/c
1|| 6,26 2441-2694 1160-1271
2|| 4,91 2474-2707 1174-1258
3|| 2,45 2461-2698 1185-1241
4|| 5,76 2573-2692 1155-1247
5|| 3,65 2457-2721 1173-1250
6|| 3,05 2471-2715 1183-1253
71 3,58 2399-2651 1157-1244
8± 3,01 2302-2675 1173-1251
91 3,13 2390-2579 1134-1249
101 2,25 2344-2630 1164-1237
111 4,48 2325-2610 1156-1249
121 4,12 2392-2610 1150-1265
дена оценка локальных значений скоростей продольных и сдвиговых волн, измеренных методом лазерно-ультра-звуковой структуроскопии. На рис. 2 приведен результат оценки соотношений скоростей У[(У1) для образцов 1|| и 12±. Линией 1 обозначены соотношения скоростей У[(У1) по уравнению Мар-кота-Риоса, а пунктирной линией 2 — соотношения скоростей У[(У1) по уравнению Гринберга-Кастаньи. Облако разброса локальных значений скоростей У[(У{) достаточно хорошо сопоставляется с графиками эмпирических уравнений. Так, коэффициент детерминации при использовании уравнения Маркота-Риоса составил Я2 = 0,712, а уравнения Гринберга-Кастаньи — Я2 = 0,785, что свидетельствует о соответствии полученных данных регрессионным моделям.
Для оценки анизотропии скоростей упругих волн относительно направления слоистости исследуемых образцов было проведено сравнение их значений, измеренных в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Так, на рис. 3 представлены графики, показывающие изменение средних значений скоро-
< 2
/ ..-»i-i*
/ tie^
2,0 2,25 2,5 2,75 3,0 Vi,km/s
Рис. 2. Облако разброса локальных значений VrfVJ для образцов угля 1\\ и 12L: 1 — график уравнения Маркота-Риоса; 2 — график уравнения Гринберга-Кастаньи Figure 2 — The cloud of scatter of Local values VrfVJ for coal samples 1 \\ and 12L: 1 — graph of the Markot-Rios equation; 2 — graph of the Grinberg-Castagna equation
стей продольных и сдвиговых волн по образцам.
Можно заметить небольшое различие в скоростях распространения продольных волн в образцах угля. Среднее значение скорости У1 в образцах, для которых возбуждение акустического импульса произведено параллельно направлению слоистости, составило VIII = 2590 м/с, а для образцов, в которых угол между направлениями волнового вектора и направлением слоистости составлял 90°, У11 = 2492 м/с. Коэффициент анизотропии К[А скоростей продольных волн, который определялся как отношение V^ /У11_, составил 1,04. Сравнительно малый коэффициент анизотропии может объясняться высокой степенью нарушенности исследуемых образцов, связанной с наличием большого количества различных несплош-ностей, беспорядочно ориентированных по всему объему образцов.
При этом значения скоростей сдвиговых волн показали отсутствие явной анизотропии относительно направления слоистости. Это связано со сложностями, которые возникали при поиске импульсов сдвиговых упругих волн ввиду высокого затухания в углях.
Вторым параметром, используемым для оценки анизотропии, в данной работе служил динамический модуль упругости. По измеренным выше скоростям VI и Vt с помощью выражения (1) были рассчитаны его локальные значения для каждого из представленных образцов (табл. 2). Плотность образцов угля определялась методом гидростатического взвешивания и составила в среднем для образцов р = 1300 кг/м3.
Исходя из полученных значений, следует отметить отсутствие явной зависимости между средними значениями Е и направлением слоистости.
Для подтверждения нарушенно-сти внутренней структуры и наличия
Рис. 3. Средние значения скоростей упругих волн в исследуемых образцах: а - средние значения скоростей продольных волн; б - средние значения скоростей сдвиговых волн Fig. 3. Average values of the velocities of elastic waves in the test samples: a - Average values of the velocities of longitudinal waves; b - average values of shear wave velocities
Таблица 2
Диапазон локальных значений динамического модуля упругости для каждого из исследуемых образцов угля
The range of local values of the dynamic elastic modulus for each of the studied coal samples
№ образца 1|| 2|| 3|| 4|| 5|| 6||
Е, ГПа 4,74-5,70 4,64-5,61 4,93-5,47 4,77-5,51 4,84-5,55 4,92-5,57
11 21 31 41 51 61
4,69-5,46 4,74-5,53 4,53-5,45 4,71-5,40 4,64-5,48 4,64-5,60
хаотически ориентированных трещин, приводящих к изотропии образцов, были построены изображения внутренней структуры для каждого из исследуемых образцов. На рис. 4 изображено одно из сечений образца 6|| в трех плоскостях. По осям указаны геометрические размеры исследуемого образца в миллиметрах.
На изображении отчетливо видны различные неоднородности в виде трещин, которые залегают по всей
глубине образца, а их протяженность варьируется от 0,5 до 4 мм. Величина их раскрытия лежит в диапазоне от 100 до 270 мкм. Неровность дна на лазерном ультразвуковом изображении при фактически ровном дне образца свидетельствует об изменении скорости прохождения продольной волны, ввиду наличия множественных зон дефектов и неоднородностей. Следует отметить, что лазерно-ультразвуковая диагностика позволяет также опреде-
Рис. 4. Внутренняя структура образца 6\\ Fig. 4. Internal structure of the sample 6\\
Рис.5. Внутренняя структура образца 81 Fig. 5. Internal structure of sample 81
лить пространственную ориентацию и направление трещин, исходя из их геометрических размеров. Несмотря на то, что сканирование проводилось параллельно основному направлению слоистости, отчетливо видны дефектные области, направление которых от него отличается.
Для сравнения на рис. 5 представлен скан внутренней структуры образца, сканирование которого проводилось перпендикулярно основному направлению слоистости.
Выявлено, что трещины также залегают по всей глубине образца, а их протяженность варьируется от 0,5 до 4,5 мм. Величина их раскрытия лежит в диапазоне от 100 до 450 мкм. При этом на скане прослеживается слоистая структура, отчетливо видны области, где трещины образуют системы, количество которых сопоставимо во всех трех плоскостях
Обсуждение
Полученные результаты показали, что в «структурно изменённых углях» наличие большого количества трещин, беспорядочно ориентированных в объеме образцов, приводит к изотропии как локальных значений скоростей упругих волн, так и динамического модуля упругости. При этом наиболее информативным параметром являются значения скоростей продольных волн, по которым представляется возможным обнаружить их незначительное различие в зависимости от направления возбуждения акустического импульса в образец по отношению к основному направлению слоистости. То есть при увеличении степени нарушенности угольная масса теряет свои ортотроп-ные свойства.
Для подтверждения корректности вышеизложенного подхода к оценке микроструктуры, были получены
результаты по значениям скоростей продольных и сдвиговых волн, а также динамического модуля упругости для углей, отобранных с шахты имени С. М. Кирова Кузнецкого угольного бассейна, но с более высокого горизонта, где влияние напряжений и температуры ниже по сравнению с углями, описанными в основном разделе представленной работы. Выявлено, что в данных углях анизотропные свойства упругих параметров приобретают более явный характер. Так, коэффициент анизотропии продольных волн в среднем составил 1,2, а сдвиговых волн — 1,1, что привело к различию динамического модуля упругости в среднем от 4,8 ГПа при сканировании перпендикулярно направлению слоистости и до 6,7 ГПа при сканировании параллельно направлению слоистости. Эти результаты подтверждают построенные изображения для данной партии углей, два из которых приведены на рис. 6 и 7 соответственно.
Отмечено, что наличие расслоений и несплошностей значительно ниже по сравнению с образцами углей, отобранных с пласта «Болдаревский», при этом отчетливо выделяется, что в плоскости YZ на рис. 7, количество дефектов значительно меньше по сравнению с дефектами в направлении XZ. Это объясняет повышение коэффициента анизотропии упругих свойств для данных углей.
В заключение данного раздела хотелось бы отметить, что из-за достаточно высокого затухания акустических волн в рассмотренных образцах угля во всех точках удалось надежно определить только скорость продольной упругой волны. Тогда как сигнал сдвиговой упругой волны в ряде точек был виден не отчётливо, что могло повысить ошибку определения локальных значений динамического модуля упругости.
XY ..............f ^ ï \ * YZ <э i ^ ч *
Рис. 6. Внутренняя структура образца угля, сканирование которого проводилось параллельно направлению слоистости
Fig. 6. Internal structure of a coal sample, which was scanned parallel to the direction of bedding
XY «ismi* YZ « i
1 1 асооооосооооао ■* *—•
Рис. 7. Внутренняя структура образца угля, сканирование которого проводилось перпендикулярно направлению слоистости
Fig. 7. The internal structure of a coal sample, which was scanned perpendicular to the direction of bedding
В лазерно-ультразвуковом струк-туроскопе «УДЛ-2М» эффективность генерации продольных волн значительно превышает эффективность генерации сдвиговых волн, которые возникают при конверсии продольных волн на границе «генератор-образец» и свободной поверхности образца. Поэтому актуальна разработка нового лазерно-ультразвукового преобразователя, имеющего повышенную эффективность генерации сдвиговых волн. Решение данной задачи позволило бы существенно расширить возможности методов определения динамических модулей упругости не только углей, но и других горных пород и геоматериалов.
Заключение
Проведенные исследования демонстрируют комплексный подход оценки структуры геоматериалов на примере каменных углей методом лазерно-уль-тразвуковой диагностики. Экспериментально получены скорости распространения продольных и сдвиговых волн при сканировании перпендикулярно и параллельно направлению слоистости. С помощью известных эмпирических уравнений были верифицированы соотношения измеренных значений скоростей Vl(Vt), которые показали корректность полученных результатов. На основе прецизионных измерений скоростей упругих волн были рассчитаны локальные значения динамического модуля упругости.
Выявлено различие в скоростях распространения продольных волн в образцах угля в зависимости от направления акустического импульса. Сравнительно малый коэффициент анизотропии объясняется высокой степенью нарушен-ности исследуемых образцов, связанной с наличием большого количества различных несплошностей, беспоря-
дочно ориентированных по всему объему исследуемых образцов. При этом значения скоростей сдвиговых волн показали отсутствие анизотропии относительно направления слоистости из-за высокого затухания в углях. Ввиду этого значения динамического модуля упругости также не показали высокой степени чувствительности к направлению сканирования. Построенные изображения внутренней структуры образцов угля подтверждают наличие различных неоднородностей по объёму образцов. Для сравнения были проведены аналогичные исследования для углей с более высокого горизонта, где влияние напряжений и температур ниже. Выявлено, что их структура является анизотропной, имеющей орто-тропные свойства по упругим характеристикам.
Поэтому был сделан вывод, что с повышением степени нарушенно-сти углей вследствие влияния различных тектонических процессов его упругие характеристики приобретают все более изотропный характер. Таким образом, методы лазерно-уль-тразвуковой спектроскопии являются перспективным направлением для определения характера анизотропии и ее влияния на локальные упругие характеристик гетерогенных сред. Дальнейшие исследования будут направлены на разработку нового лазерно-ультразвукового преобразователя, имеющего повышенную эффективность генерации сдвиговых волн и нахождения корреляционной зависимости между степенью нарушенности структур угля и анизотропией упругих свойств.
Благодарности
Авторы благодарны коллегам из ИПКОН РАН за предоставление образцов угля для проведения исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ul'yanova E. V., Malinnikova O. N., Pashichev B. N., Malinnikova E. V. Microstructure of Coal, before and after Gas-Dynamic Phenomena // Journal of Mining Science, 2019, Vol. 55, Issue 5, pp. 701-707. DOI: 10.1134/S1062739119056063.
2. Ульянова Е. В., Васильковский В. А., Малинникова О. Н. Влияние газодинамического явления на сорбционные свойства угля шахты «Краснолиманская» // Горный Информационно-Аналитический Бюллетень. — 2018. — №. 11 -С. 46—55. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-11-0-46-55.
3. Абрамов И. Л. Виды и причины газодинамических явлений на угольных шахтах // Вестник сибирского государственного индустриального университета. - 2015. -№1. - С. 16-17.
4. Иванов Б. М., Фейт Г. Н., Яновская М. Ф. Механические и физико-химические свойства углейвыбросоопасных пластов. - М.: Наука, 1979. - 194 С.
5. Петухов И. М, Линьков А. М. Механика горных ударов и выбросов. - М.: Недра, 1983. - 280 С.
6. Oparin V. N., Kiryaeva T. A., Gavrilov V. Y., Shutilov R. A., Kovchavtsev A. P., Tanaino A. S., Efimov V. P., Astrakhantsev I. E., Grenev I. V. Interaction of geomechanical and physicochemical processes in Kuzbass coal // Journal of Mining Science, 2014, Vol. 50, no 2, pp. 191-214. DOI: 10.1134/5106273911402001X.
7. Tang Z., Yang S., Zhai C., Xu Q. Coal Pores and Fracture Development during CBM Drainage: Their Promoting Effects on the Propensity for Coal and Gas Outbursts // Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2018, Vol. 51, pp. 9-17. DOI: 10.1016/j. jngse.2018.01.003.
8. Reuter M., Krach M., Kießling U., Veksler J. Geomechanical State of Production Faces in Polysaevskaya Coal Mine in Kuzbass // Journal of Mining Science, 2017, Vol. 53, no. 1, pp. 43-48. DOI: 10.1134/51062739117011811.
9. Frolkov G. D., Frolkov A. G. Mechanochemical concept of outburst hazard in coal seams // Ugol', 2005, no. 2, pp. 18-22.
10. Малинникова О. Н., Учаев Дм. В., УчаевД. В. Мультифрактальная оценка склонности угольных пластов к газодинамическим явлениям // Горный Информационно-Аналитический Бюллетень. - 2009. - №12. - С. 214-233.
11. Trubetskoy К. N., Ruban А. D., Viktorov S. D., Malinnikova О. N., Odintsev V. N., Kochanov A. N., Uchaev D. V. Fractal Structure of Disturbance of Bituminous Coal and Their Proneness to Gas Dynamic Destruction // Doklady Earth Sciences, 2010, Vol. 431, part 2, pp. 538-540. DOI: 10.1134/S1028334X10040264.
12. Malinnikova О. N., Ul'yanova Е. V., Dolgova М. О., Zverev I. V. Change in Fossil Coal Microstructure due to Sudden Coal and Gas Outbursts // Gornyi Zhurnal, 2017, no. 11, pp. 27-32. DOI:10.17580/gzh.2017.11.05.
13. Godyn K. Structurally altered hard coal in the areas of tectonic disturbances - An initial attempt at classification // Archives of Mining Sciences, 2016, Vol. 61, no.3, pp.677694. DOI: 10.1515/amsc-2016-0047.
14. Han Y., Wang J., Dong Y., Hou Q., Pa, J. The Role of Structure Defects in the Defomation of Anthracite and Their Influence on the Macromolecular Structure // Fuel, 2017, Vol. 206, pp. 1-9. DOI:10.1016/j.fuel.2017.05.085.
15. Mlynarczuk M., Wierzbicki M. Stereological and profilometry methods in detection of structural deformations in coal samples collected from the rock and outburst zone in the "Zofiowka" ralliery //Archives of Mining Sciences, 2009. Vol. 54, no. 2, pp. 189-201.
16. Godyn K. Advancement of structural changes of near-fault coals as a parameter useful in predicting the possibility of gas-geodynamic phenomena // Dokumenta Geonica. In Proceedings of the 8th Czech-Polish Conference Geology of Coal Basins, Ostrava, Czech Republic, 2011, pp. 19-21.
17. Hamdani A. H. X-Ray Computed Tomography Analysis of Sajau Coal, Berau Basin, Indonesia: 3D Imaging of Cleat and Microcleat Characteristics // International Journal of Geophysics, 2015, № 415769. DOI: 10.1155/2015/415769.
18. Hong Y.-D., Lin B.-Q., Zhu C.-J., Wang Z., Liu J.-Q., Saffari P., Nie W. Image and ultrasonic analysis-based investigation of coal core fracturing by microwave energy // International Journal of Rock Mechan ics and Mining Sciences, 2020, Vol. 127, Article 104232. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2020.104232.
19. Dirgantara F., Batzle M. L., Curtis J. B. Maturity characterization and ultrasonic velocities of coals // Society of Exploration Geophysicists International Exposition and 81st Annual Meeting, 2011, pp. 2308—2312. DOI: 10.1190/1.3627668
20. Kravcov A., Svoboda P., Konvalinka A., Cherepetskaya E. B., Karabutov A. A., Morozov D. V., Shibaev I. A. Laser-ultrasonic testing of the structure and properties of concrete and carbon fiber-reinforcedplastics // Key Engineering Materials, 2017, Vol. 722, pp. 267—272.
21. Zarubin V., Bychkov A., Simonova V., Zhigarkov V., Karabutov A., Cherepetskaya E. A refraction-corrected tomographic algorithm for immersion laser-ultrasonic imaging of solids with piecewise linear surface profile // Applied Physics Letters, 2018, Vol. 112, № 214102. DOI: 10.1063/1.5030586.
22. Shibaev I. A., Morozov D. V., Dudchenko O. L., Pavlov I. A. Estimation of local elastic moduli of carbon-containing materials by laser ultrasound // Key Engineering Materials, 2018, Vol. 769, pp. 96—101. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.769.96.
23. Винников В. А., Захаров В. Н., Малинникова О. Н., Черепецкая Е. Б. Исследование структуры и упругих свойств геоматериалов с помощью контактной широкополосной ультразвуковой структуроскопии // Горный журнал. — 2017. — № 4. — С. 29—32. DOI: 10.17580/gzh.2017.04.05.
24. Шибаев И. А., Винников В. А., Степанов Г. Д. Определение упругих свойств осадочных горных пород на примере образцов известняка с помощью лазерной ультразвуковой диагностики // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2020. — № 7. — С. 125 — 134. DOI: 10.25018/0236 — 1493—2020—7-0—125 — 134.
25. Wang Y, Xu X.-K., Zhang Y.-G. Ultrasonic elastic characteristics of six kinds of metamorphic coals in China under room temperature and pressure conditions // Acta Geophysica Sinica, 2016, Volume 59, Issue 7, pp. 2726—2738. DOI: 10.6038/cjg20160735
26. Iwuoha S. C., Pedersen P. K., Clarkson C. R., Gates I. D. A working method for estimating dynamic shear velocity in the montney formation // MethodsX, 2019, Vol. 6, pp. 1876 — 1893. DOI: 10.1016/j.mex.2019.08.013.
27. Vernik L., Castagna J., Omovie S. J. S-wave velocity prediction in unconventional shale reservoirs // Geophysics, 2018, Vol. 83, Issue 1, pp. MR35-MR45.DOI: 10.1190/ GEO2017—0349.1.
28. Mavko G., Mukerji T., Dvorkin J. The Rock Physics Handbook.Cambridge University Press, 2009, 511 p. S233
REFERENCES
1. Ul'yanova E. V. Malinnikova O. N. Pashichev B. N. Malinnikova E. V. Microstructure of Coal before and after Gas-Dynamic Phenomena. Journal of Mining Science, 2019, Vol. 55, Issue 5. pp. 701—707. DOI: 10.1134/S1062739119056063.
2. Ul'yanova Ye. V. Vasil'kovskiy V. A. Malinnikova O. N. Influence of the gas-dynamic phenomenon on the sorption properties of coal from the "Krasnolimanskaya" mine. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2018, no. 11, pp. 46—55, DOI: 10.25018/0236-1493-2018-11-046-55. [In Russ]
3. Abramov I. L. Types and causes of gas-dynamic phenomena in coal mines. Vestnik sibirskogo gosudarstvennogo industrial'nogo universiteta. 2015, no. 1. pp. 16—17. [In Russ]
4. Ivanov B. M. Faith G. N. Yanovskaya M. F. Mekhanicheskiyeifiziko-khimicheskiyesvoy stvaugleyvybrosoopasnykhplastov [Mechanical and physicochemicaL properties of coal from outburst-hazardous seams], Moscow: Nauka. 1979, 194 p. [In Russ]
5. Petukhov I. M. Lin'kov A. M. Mekhanika gornykh udarov i vybrosov [Rock burst and blowout mechanics], Moscow: Nauka, 1983. 280 p. [In Russ]
6. Oparin V. N. Kiryaeva T. A. Gavrilov V. Y. Shutilov R. A. Kovchavtsev A. P. Tanaino A. S. Efimov V. P. Astrakhantsev I. E. Grenev I. V. Interaction of geomechanical and physicochemical processes in Kuzbass coal. Journal of Mining Science, 2014, vol. 50, no 2. pp. 191-214. DOI: 10.1134/S106273911402001X.
7. Tang, Z. Yang, S. Zhai, C. and Xu, Q. Coal Pores and Fracture Development during CBM Drainage: Their Promoting Effects on the Propensity for Coal and Gas Outbursts. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2018, vol. 51,pp. 9-17. DOI: 10.1016/j. jngse.2018.01.003.
8. Reuter, M. Krach, M. Kießling, U. Veksler, J. Geomechanical State of Production Faces in Polysaevskaya Coal Mine in Kuzbass. Journal of Mining Science, 2017, vol. 53, no. 1.pp. 43 — 48.DOI: 10.1134/S1062739117011811.
9. Frolkov, G. D. Frolkov, A. G.: Mechanochemical concept of outburst hazard in coal seams. Ugol', 2005, no. 2,pp. 18—22.
10. Malinnikova O. N. Uchayev Dm. V. Uchayev D. V. Multifractal assessment of the propensity of coal seams to gas-dynamic phenomena. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2009, no. 12. pp. 214—233. [In Russ]
11. Trubetskoy K. N. Ruban A. D. Viktorov S. D. Malinnikova O. N. Odintsev V. N. Kochanov A. N. Uchaev D. V. Fractal Structure of Disturbance of Bituminous Coal and Their Proneness to Gas Dynamic Destruction. Doklady Earth Sciences, 2010, Vol. 431, part 2, pp. 538-540. DOI: 10.1134/S1028334X10040264.
12. Malinnikova O. N. Ul'yanova E. V. Dolgova M. O. Zverev I. V. Change in Fossil Coal Microstructure due to Sudden Coal and Gas Outbursts. Gornyi Zhurnal. 2017, no. 11, pp. 27-32. DOI:10.17580/gzh.2017.11.05. [In Russ]
13. Godyn K. Structurally altered hard coal in the areas of tectonic disturbances—An initial attempt at classification. Archives of Mining Sciences, 2016, Vol. 61, no. 3, pp. 677694. DOI: 10.1515/amsc-2016-0047.
14. HanY. Wang, J. Dong, Y. Hou, Q. Pan, J. The Role of Structure Defects in the Defomation of Anthracite and Their Influence on the Macromolecular Structure. Fuel, 2017, vol. 206, pp. 1-9. DOI:10.1016/j.fuel.2017.05.085.
15. Mtynarczuk M. Wierzbicki M. Stereological and profilometry methods in detection of structural deformations in coal samples collected from the rock and outburst zone in the "Zofiowka" colliery. Archives of Mining Sciences, 2009, Vol. 54, no. 2, pp. 189—201.
16. Godyn K. Advancement of structural changes of near-fault coals as a parameter useful in predicting the possibility of gas-geodynamic phenomena. Dokumenta Geonica. In Proceedings of the 8th Czech-Polish Conference Geology of Coal Basins, Ostrava, Czech Republic, 2011, pp. 19-21.
17. Hamdani A. H. X-Ray Computed Tomography Analysis of Sajau Coal, Berau Basin, Indonesia: 3D Imaging of Cleat and Microcleat Characteristics. International Journal of Geophysics, 2015, no. 415769. DOI: 10.1155/2015/415769.
18. Hong Y.-D. Lin B.-Q. Zhu C.-J. Wang Z. Liu J.-Q. Saffari P. Nie W. Image and ultrasonic analysis-based investigation of coal core fracturing by microwave energy. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2020, Vol. 127, Article 104232. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2020.104232.
19. Dirgantara F. Batzle M. L. Curtis J. B. Maturity characterization and ultrasonic velocities of coals. Society of Exploration Geophysicists International Exposition and 81st Annual Meeting, 2011, pp. 2308—2312. DOI: 10.1190/1.3627668.
20. Kravcov A. Svoboda P. KonvaLinka A. Cherepetskaya E. B. Karabutov A. A. Morozov D. V. Shibaev I. A. Laser-uLtrasonic testing of the structure and properties of concrete and carbon fiber-reinforcedpLastics. Key Engineering Materials, 2017, VoL. 722, pp. 267—272.
21. Zarubin V. Bychkov A. Simonova V. Zhigarkov V. Karabutov A. Cherepetskaya E. A refraction-corrected tomographic algorithm for immersion Laser-uLtrasonic imaging of solids with piecewise Linear surface profiLe. Applied Physics Letters, 2018, VoL. 112, no. 214102. DOI: 10.1063/1.5030586.
22. Shibaev I. A. Morozov D. V. Dudchenko O. L. PavLov I. A. Estimation of LocaL eLastic moduLi of carbon-containing materiaLs by Laser uLtrasound. Key Engineering Materials, 2018, VoL. 769, pp. 96 — 101. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.769.96.
23. Vinnikov V. A. Zakharov V. N. MaLinnikova O. N. Cherepetskaya E. B. AnaLysis of structure and eLastic properties of geomateriaLs using contact broadband uLtrasonic structuraL spectroscopy. Gornyi Zhurnal. 2017, no. 4, pp. 29—32. [In Russ]. DOI: 10.17580/ gzh.2017.04.05.
24. Shibaev I. A. Vinnikov V. A. Stepanov G. D. Determining eLastic properties of sedimentary strata in terms of Limestone sampLes by Laser uLtrasonics. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020, no. 7, pp. 125 — 134. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-7-0-125134.
25. Wang Y. Xu X.-K. Zhang Y.-G. ULtrasonic eLastic characteristics of six kinds of metamorphic coaLs in China under room temperature and pressure conditions. Acta Geophysica Sinica, 2016, VoLume 59, Issue 7. pp. 2726—2738. DOI: 10.6038/cjg20160735
26. Iwuoha S. C. Pedersen P. K. CLarkson C. R. Gates I. D. A working method for estimating dynamic shear veLocity in the montney formation. MethodsX, 2019, VoL. 6, pp. 1876—1893. DOI: 10.1016/j.mex.2019.08.013.
27. Vernik L. Castagna J. Omovie S. J. S-wave veLocity prediction in unconventionaL shaLe reservoirs. Geophysics, 2018, VoL. 83, Issue 1, pp. MR35-MR45. DOI: 10.1190/ GEO2017—0349.1.
28. Mavko G. Mukerji T. Dvorkin J. The Rock Physics Handbook. Cambridge University Press, London, 2009, 511 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Иванов Павел Николаевич1 — аспирант, paveLnivanov@maiL.ru; Безруков Вадим Игоревич1 — студент;
1 Национальный Исследовательский Технологический Университет «МИСиС» Горный институт, Москва, Россия.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Ivanov P. N.1, PhD-student, paveLnivanov@maiL.ru; Bezrukov V. I.1, student;
1 National Research Technological University "MISiS" Mining Institute, Moscow, Russia.
Получена редакцией 25.01.2021; получена после рецензии 17.02.2021; принята к печати 10.03.2021. Received by the editors 25.01.2021; received after the review 17.02.2021; accepted for printing 10.03.2021.
