Изменение напряженно-деформированного состояния газонасыщенного угольного пласта с глубиной разработки Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

-------------------------------------- © Кхан Мд.Форрукх Хоссайн, 2011

УДК 622.833.5

Кхан Мд. Форрукх Хоссайн

ИЗМЕНЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГАЗОНАСЫЩЕННОГО УГОЛЬНОГО ПЛАСТА С ГЛУБИНОЙ РАЗРАБОТКИ

Предложено решение задачи по определению предельного напряженно-дефор-мированного состояния разрабатываемого пласта методом конечных элементов с учетом упругопластического состояния угля.

Ключевые слова: угольный массив, напряженно-деформированное состояние, глубина разработки, краевая часть угля.

ТЪ связи с освоением угольных ме-

-Л# сторождений на больших глубинах все более важной и сложной становится проблема обеспечения устойчивости призабойной части угольного массива, особенно при разработке угольных пластов, опасных по динамическим и газодинамическим явлениям, к которым относятся угольные месторождения Джамалгондж и Барапукурия (Бангладеш).

Из анализа данных натурных наблюдений известно, что наиболее интенсивное деформирование и разрушение угля происходит в его краевой части, где скапливается метан и может произойти взрыв. Увеличение глубины разработки значительно усугубляет эти явления. С использованием аналитического метода, который нами был выбран, были определены закономерности влияния различных горно-геоло-гических и горно-технических факторов на состояние краевой части разрабатываемого угольного пласта, который позволит определить выход метана из этой части месторождения на различной глубине.

С увеличением глубины разработки явления разрушения краевой части пласта и выбросоопасные ситуации проявляются с большей силой. Возникновению этих опасных явлений предшествует предельное напряженно-де-формированное состояние разрабатываемого пласта. Поэто-

му поставленную задачу необходимо решать с учетом упругопластического состояния угля. Такое решение целесообразно осуществить методом конечных элементов [1].

Программа допускает задание как однородного, так и неоднородного массивов с любым видом неоднородностей и расположением слоев. Свойства пород, угля и включений задаются следующим набором: модулем упругости Е, коэффициентом Пуассона V, пределом прочности па одноосное сжатие стсж, углом внутреннего трения ф, модулем сдвига в запредельном состоянии G и коэффициентом снижения прочности после разрушения Ко. Таких наборов может быть задано до 25.

Область предельных состояний строилась по условию прямолинейной огибающей:

Г 1 - этИ . (1)

о^02 >1 ^1 + 02 + осж---:--V-1/

где о1, о2, асж - соответственно, главные напряжения, действующие в массиве и предел прочности на одноосное сжатие. Для этого условия сжатие принимается положительным, а растяжение отрицательным, если наоборот, то в условии (1) знаки меняются на обратные.

Области предельного состояния окон-туриваются по элементам, находящимся в предельном состоянии.

Постановка задачи об исследовании состояния пород и краевой части угля

1600 м. Максимальные величины Ко = Оу/уН и их расположение относительно кромки пласта хк сведены в таблице.

Рис.1 Эпюры опорного давления относительно кромки пласта (х)

обязательно включает некоторую идеализацию. Для примера рассматривается горный массив с разрабатываемым угольным пластом. Массив горных пород принимается однородным, характеризующимся приведенным модулем деформации Еп. Угол падения пласта принимается равным 0°. Решается задача в условиях плоской деформации. Граница горного массива обычно выбирается на расстоянии от выработки, где влияние ее практически отсутствует. Граничные условия задаются в виде вертикальных и горизонтальных усилий в узлах границы.

Нами рассмотрен участок горного массива, размеры которого 80X40 м2 соответствуют размерам схемы расчета программы МКЭ и разрабатываемого участка для месторождения Джамалгондж. Очистная выработка принята без смыкания кровли с почвой. Ввиду того, что протяженность выработки большая по сравнению со всем рассматриваемым участком, на границе нельзя приложить усилий, соответствующих усилиям нетронутого массива. По полученным нормальным и касательным напряжениям на границе рассматриваемого участка определялись вертикальные и горизонтальные усилия в узлах границы.

На рис. 1 приведены эпюры опорного давления в единицах относительно (Н для четырех глубин разработки 200, 400, 800 и

Н, м Ктах бутахА/Н хк/т

200 3,1 0,35

400 3,4 0,6

800 3,5 0,85

1600 3,2 0,85

Из таблицы и рис. 1 видно, что с увеличением глубины разработки Н от 200 до 800 м максимум опорного давления отодвигается в глубь пласта и увеличивается от 3,1 до 3,5, а затем при Н = 1600 м величина Ктах. несколько снижается — до 3,2. Это явление можно объяснить тем, что при Н = 1600 м кровля смыкается с почвой и размеры выработанного пространства уменьшаются. Нужно указать, что на напряженное состояние пласта практически не влияет заполнено ли выработанное пространство обрушенными породами или свободно.

Следовательно, с увеличением глубины разработки краевая часть угольного пласта испытывает очень большие вертикальные сжимающие и растягивающие деформации, кроме того опасен большой градиент изменения их, все это представляет особую опсность разрушения и отжима угольного пласта. Результаты могут быть использованы при прогнозе внезапных выбросов угля и газа, горных ударов, отжима и внезапного выдавливания угля и выборе мероприятий по борьбе с опасными проявлениями горного давления в очистном пространстве на больших глубинах.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Либерман Ю.М., Хаимов-Мальков Р.И. Упругопластический анализ напряженного состояния краевой части угольного пласта МКЭ//Науч. тр. ИГД им. Скочинского. Вып. 204. -М.:1981.ЕШ ' '

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ ------------------------------------------------------------

Кхан Мд. Форрукх Хоссайн - аспирант, Российский Государственный геологоразведочный университет, office@msgpa.edu.ru