Вплив термомеханічних напружень на зміну ширини запобіжного цілика при підземній газифікації вугілля

Abstract

Підземна газифікація вугілля належить до сучасних напрямів розвитку чистих вугільних технологій і розглядається як один із перспективних способів реалізації концепції «зеленого» видобутку корисних копалин. Її суть полягає у перетворенні вугілля, що залягає у надрах, безпосередньо в газоподібне паливо в результаті контрольованого процесу горіння та хімічних реакцій. Основні принципи цього процесу відомі ще з початку ХХ століття, проте практична реалізація технології довгий час стримувалася через складність керування гідродинамічними й термомеханічними процесами в масиві порід. Останніми роками інтерес до підземної газифікації суттєво зріс у зв’язку з розвитком методу CRIP (Controlled Retractable Injection Point), який забезпечує ефективніше управління процесом горіння та підвищує рівень безпеки робіт. Саме цей метод став предметом аналізу у даному дослідженні. Однією з ключових невирішених проблем залишається визначення оптимальної ширини вугільного цілика між суміжними реакторними порожнинами з урахуванням впливу термомеханічного руйнування масиву. Для вирішення цього завдання застосовано числове моделювання із використанням програмного комплексу ANSYS 17.2, що дало змогу дослідити просторовий розподіл термомеханічних напружень у тілі вугільного цілика під час газифікації. Для прогнозування моменту та характеру руйнування на різній глибині було використано теорію Мора, яка дозволяє оцінити критичні значення напружень у породі. Отримані результати свідчать, що руйнування вугільного пласта поблизу продуктивної та нагнітальної свердловин призводить до зменшення ефективної ширини запобіжного цілика, хоча ступінь цього впливу виявився меншим, ніж очікувалося. Встановлено, що зі збільшенням глибини залягання пласта розширюється зона термомеханічного пошкодження вугілля, що обумовлено зростанням опорного тиску внаслідок обвалення покрівельних порід у постгазифікаційний період. Таким чином, головним чинником руйнування цілика є саме підвищений гірський тиск, а не локальні температурні ефекти.