Substantiating parameters of stratification cavities formation in the roof rocks during underground coal gasification

Abstract

Purpose. Underground coal gasification, as a complex and technically difficult process, should be supported in many aspects by computer simulations or analytical calculations of rock mass behavior. However, little is known about the formation of stratification cavities in the roof rocks during coal seam gasification. To research the formation of stratification cavities and rocks deformations by mine pressure with the methods of calculation based on hypotheses or statistical information, a number of hypotheses are used. The main purpose is to examine the rock mass behavior and formation of stratification cavities during gasification of a thick coal seam. Methods. Analytical calculations were used as the research method for the work presented. The mathematical model of the stress-strain state of rock mass based on the theory of elasticity, resiliency, and maximum equilibrium, was developed and used in this paper. Findings. Critical analysis of geomechanical models of coal gasification together with their mathematical formulation was the result of considerations presented in this paper. Equations were derived for substantiating parameters of stratification cavities above the goaf of the underground gasifier. Subsequently, the volumes of stratification cavities depending on the length of gasification channel were calculated. The results have significant influence on gasifiers development and the final efficiency of gasification process. Originality. The research results were obtained from analytical calculations of rock mass behavior during thick coal seams gasification. The authors implemented a mathematical model based on the method suggested by professor A. Savostianov which was used in carrying out the calculations. Practical implications. The present study provides a starting point for further research and analytical calculations of rock mass behavior. The data and conclusions outlined in this paper may be useful in preliminary optimization and analysis of coal seams gasification. They can also be a point of reference for more advanced geomechanical simulations.

Мета. Підземна газифікація вугілля, як комплексний і технічно складний процес, у багатьох аспектах вимагає підтримки, яка надається за допомогою комп'ютерного моделювання або аналітичних розрахунків поведінки гірського масиву. Проте, дуже мало відомо про формування порожнин розшарування в породах покрівлі при підземної газифікації вугілля. У дослідженні формування порожнин розшарування і деформацій гірських порід гірським тиском, де методи розрахунку базуються на гіпотезах або статистичній інформації, використовується ряд гіпотез. Основна мета полягає у вивченні поведінки гірського масиву і формування порожнин розшаруван- ня при підземній газифікації вугілля потужного вугільного пласта. Методика. В якості методики дослідження для представленої роботи були використані аналітичні розрахунки. В статті на основі теорії пружності, стійкості і максимальної рівноваги розроблена і використана математична модель напружено-деформованого стану гірського масиву. Результати. Аналіз геомеханічних моделей газифікації вугілля разом з їх математичним формулюванням є основним результатом, що представлений в даній статті. Представлені рівняння для обґрунтування параметрів порожнин розшарування над виробленим простором підземного газогенератора. Відповідно, розраховані об’єми порожнин розшарування в залежності від довжини реакційного каналу. Результати мають значний вплив на підготовку газогенераторів і кінцеву ефективність процесу газифікації. Наукова новизна. У роботі представлені результати, що були отримані з аналітичних розрахунків поведінки гірського масиву в процесі газифікації потужних вугільних пластів. Авторами реалізована математична модель, на основі методу, запропонованого проф. О. Савостяновим, що був представлений для проведення розрахунків. Практична значимість. Отримані дані служать відправною точкою для подальших досліджень і аналітичних розрахунків поведінки гірського масиву. Результати, наведені в статті, можуть бути корисні при проведенні попередньої оптимізації та аналізі газифікації вугільних пластів, а також бути базисом для обґрунтування більш просунутих геомеханічних моделей.

Цель. Подземная газификация угля, как комплексный и технически сложный процесс, во многих аспектах требует поддержки, оказываемой с помощью компьютерного моделирования или аналитических расчетов поведения горного массива. Однако, чрезвычайно мало известно о формировании полостей расслоения в породах кровли при подземной газификации угля. В исследовании формирования полостей расслоения и деформаций горных пород горным давлением, где методы расчета базируются на гипотезах или статистической информации, используется ряд гипотез. Основная цель заключается в изучении поведения горного массива и формировании полостей расслоения при подземной газификации угля мощного угольного пласта. Методика. В качестве методики исследования в настоящей работе были использованы аналитические расчеты. В статье на основе теории упругости, устойчивости и максимального равновесия разработана и использована математическая модель напряженно-деформированного состояния горного массива. Результаты. Анализ геомеханических моделей газификации угля вместе с их математическим формулированием является основным результатом, описанным в данной статье. Приведены уравнения для обоснования параметров полостей расслоения над выработанным пространством подземного газогенератора. Соответственно, рассчитаны объемы полостей расслоения в зависимости от длины реакционного канала. Результаты оказывают значительное влияние на подготовку газогенераторов и конечную эффективность процесса газификации. Научная новизна. В работе представлены результаты, полученные путем аналитических расчетов поведения горного массива в процессе газификации мощных угольных пластов. Авторами реализована математическая модель на основе метода, предложенного проф. А. Савостяновым, который был использован при проведении расчетов. Практическая значимость. Полученные данные служат отправной точкой для дальнейших исследований и аналитических расчетов поведения горного массива. Результаты, приведенные в статье, могут быть полезны при проведении предварительной оптимизации и анализе газификации угольных пластов, а также являться базисом для обоснования более продвинутых геомеханических моделей.