Ученые сравнили модели изменения проницаемости угольных пластов
Исследователи НИТУ МИСИС и Геофизического центра РАН совместно с экспертами АО «СУЭК-Кузбасс» рассмотрели пять существующих моделей проницаемости угольных пластов, чтобы понять, как учитывать при расчетах изменения действующих напряжений. Такие расчеты необходимы для планирования дегазации шахт и оценки рисков, связанных с метановыделением.
Почему это важно?
Проницаемость показывает, насколько легко газ или жидкость перемещаются через горную породу. Для угольных пластов это ключевой показатель: от него зависит эффективность удаления метана и риски опасных газодинамических процессов в шахтах. При этом пласт неоднороден — в нем есть поры и системы естественных трещин (кливаж), через которые в основном и движется газ. При росте напряжений трещины закрываются, при снижении — раскрываются, а взаимодействие с газом дополнительно меняет состояние угля: при адсорбции матрица набухает, при десорбции — усаживается.
Что показало сравнение?
Ученые провели серию численных расчетов: рассмотрели эффективные напряжения от 0 до 50 МПа и глубины до 1500 метров, а также оценили чувствительность моделей к изменению ключевых параметров. Выяснилось, что с ростом нагрузки проницаемость уменьшается нелинейно. Наиболее заметное снижение — при напряжениях около 5–15 МПа, когда активно закрываются естественные трещины. На глубинах более 1000 метров изменение становится менее выраженным: деформационный потенциал трещинной структуры постепенно исчерпывается.
Какая модель для чего подходит?
Универсальной модели, одинаково подходящей для всех угольных пластов, нет — ее выбор должен зависеть от глубины залегания пласта, диапазона нагрузок, строения системы трещин, насыщенности угля газом и характера деформаций. Исследователи показали: модель Зайдела подходит больше всего, когда нужно учитывать сорбционные деформации угля; подход Палмера и Мансури применим для глубоких пластов, где существенны изменения пористости; модель Каркашадзе и Хаутиева позволяет учитывать влияние упругих свойств горного массива.
Что дальше?
Полученные результаты могут быть использованы при создании 3D-моделей угольных месторождений для оценки эффективности дегазации, прогнозирования поведения газа в пласте и выбора параметров дренажных скважин. Корректный выбор модели позволит более обоснованно выбирать параметры размещения и работы дегазационных скважин и снизить неопределенность при проектировании систем дегазации.
На фото: заведующий кафедрой безопасности и экологии горного производства НИТУ МИСИС, доктор технических наук Константин Коликов.
