Аналіз структурних особливостей породного масиву, що підроблюється у зв’язку з фільтрацією метану

Abstract

Вуглепорідний масив являє собою трифазне утворення шаруватої трещинувато-пористої структури з блочною будовою. Тріщини і пори, що сполучені між собою представляють простір фільтрації, за яким газ дренується в гірничі виробки. Техногенне втручання до вуглепородного масиву призводить до порушення його рівноважного стану, в тому числі по газовій фазі. Вільний газ спрямовується в бік виробленого простору через поверхні породних відслонень. Перенесення метану у вуглепородному масиві здійснюється в режимі фільтрації з одночасним підживленням фільтраційного обсягу метаном, який розчинений в блоках, відносно рівномірно розподіленого по всьому об'єму масиву, що дегазується. Розглянуто підходи до визначення тріщиної пористості з урахуванням масштабного ефекту при переході від проникності одиничної тріщини (мікрорівень) до проникності масиву (макрорівень). Розглянуті різні підходи до визначення тріщиної пористості, що дозволило обґрунтувати рівняння для визначення тріщиної проникності породного масиву. Отже, збільшення розкритості тріщин фільтраційного об’єму породи-колектора на один порядок збільшує проникність цього об’єму на три порядки. Деформування, як реакція гірської породи на зміну зовнішнього навантаження, протікає зі швидкістю, яка дорівнює швидкості звуку в даній породі. Приблизно з такою ж швидкістю в гірській породі відбувається зростання і розкриття тріщин, що пояснює суттєві зміни в динаміці газовиділення при зміні напруженодеформованого стану масиву.

The coal-rock mass is a three-phase formation of a layered joint-porous structure with a block structure. Joints and pores connected to each other represent a filtration space through which the gas is drained into the mine excavation. Man-caused intervention in the coal mass leads to a violation of its equilibrium state, including the gas phase. The free gas is directed towards the mined out space through the surface of the rock cleavage. The methane transfer in the coal mass is carried out in the filtration mode with simultaneous feeding of the filtration volume with methane. Methane is dissolved in blocks, that relatively evenly distributed over the degassed massif entire volume. Approaches to the determination of joint porosity are considered, taking into account the scale effect in the transition from a single crack permeability (microlevel) to the rock mass permeability (macrolevel). Different approaches to the determination of joint porosity are considered, on the basis of it the equation for determining the joint permeability of the rock mass is substantiated. Thus, increasing the joint openness of the reservoir rocks by single order increases the permeability of this volume by three orders of magnitude. Deformation, as a rock reaction to external stress change, occurs at a speed of sound in this rock. Approximately at the same rate in the rock the growth and opening of joint are appeared, which explains the significant changes in the gas exhalation dynamics when changing the stress-strain state of the rock mass.