Evolution of cracks in selvedge of the coal bed during its stationary working

Abstract

Purpose. To study rupturing of the coal/rock seam selvedge by natural gas-filled cracks as phenomena that prepare and initiate sudden outbursts of coal, rock, and gas during the steady movement of the face. Methods. The work is based on theoretical studies, including methods of thermodynamics, statistical physics, and asymptotic analysis. Findings. A generalized Griffith’s criterion for the material rupture by a crack is applied to the selvedge part of a gas-saturated coal/rock seam during its stationary unloading. Originality. The kinetic theory describing processes of gas-containing materials destruction is developed using the example of rupturing the selvedge part of a coal/rock seam by natural gas-filled cracks. Practical implications. The criterion for changing the control parameters (reservoir gas pressure, crack dimensions, rock pressure, surface coal/rock energy, elastic modulus) is found at which spontaneous failure of the seam becomes possible. This allows to discuss the possibility of predicting sudden outbursts of coal, rock and gas.

Цель. Исследование процессов разрыва краевой части угольного/породного пласта природными газонаполненными трещинами как явлений, подготавливающих и инициирующих внезапные выбросы угля, породы и газа при стационарном подвигании забоя. Методика. Работа выполнена на основе теоретических исследований, включающих методы термодинамики, статистической физики, асимптотического анализа. Результаты. Получен обобщенный критерий Гриффитса разрыва материала трещиной применительно к краевой части газонасыщенного угольного/породного пласта при его стационарной разгрузке. Научная новизна. Развита кинетическая теория процессов разрушения газосодержащих материалов на примере разрыва краевой части угольного/породного пласта природными газонаполненными трещинами. Практическая значимость. Найден критерий изменения управляющих параметров (пластового давления газа, размеров трещин, горного давления, поверхностной энергии угля/породы, модуля упругости), при котором спонтанное разрушение пласта становится возможным. Это позволяет обсуждать возможность прогноза внезапных выбросов угля, породы и газа.

Мета. Дослідження процесів розриву крайової частини вугільного/породного пласта природними газонаповненими тріщинами як явищ, що підготовлюють та ініціюють раптові викиди вугілля, породи й газу при стаціонарному посуванні вибою. Методика. Робота виконана на основі теоретичних досліджень, що включають методи термодинаміки, статистичної фізики, асимптотичного аналізу. Результати. Отримано узагальнений критерій Гріффітса розриву матеріалу тріщиною стосовно крайової частини газонасиченого вугільного/породного пласта при його стаціонарному розвантаженні. Наукова новизна. Розвинено кінетичну теорію процесів руйнування матеріалів, що містять газ, на прикладі розриву крайової частини вугільного/породного пласта природними газонаповненими тріщинами. Практична значимість. Знайдено критерій зміни керуючих параметрів (пластового тиску газу, розмірів тріщин, гірського тиску, поверхневої енергії вугілля/породи, модуля пружності), при якому спонтанне руйнування пласта стає можливим. Це дозволяє обговорювати можливість прогнозу раптових викидів вугілля, породи і газу.