Komputerowa symulacja stanu naprężenia w sąsiedztwie wyrobiska górniczego z uwzględnieniem przepływu gazu

Abstract

One of the natural dangers in coal mining in Poland is methane migration between rock layers. The following paper discusses that issue. The main aim of the paper was to obtain stress distribution around mining excavation area, considering the influence of methane pressure and the process of methane migration through gaps into layers previously without it. In particular, the paper presents a simulation of processes occurring in rock mass during coal exploitation when the migration of methane from lower layers is possible. The issue was solved by numerical modelling, using the Finite Element Method. MES-Abaqus code was used for calculations.

W ostatnim czasie polskie górnictwo boryka się ze wzrostem zagrożeń naturalnych, do których należy również zagrożenie metanem. Jak podaje Główny Instytut Górnictwa, już ponad 80% węgla wydobywanych jest w Polsce w warunkach zagrożenia metanowego. Ma to związek zarówno ze zwiększaniem głębokości, jak i koncentracją eksploatacji. Profilaktyka metanowa, polegająca na wcześniejszym odgazowaniu pokładu, jest w warunkach niskiej przepuszczalności polskich węgli bardzo trudna. Dodatkowe zagrożenie stanowią zjawiska gazodynamiczne, w wyniku których zalegający pod dużym ciśnieniem metan może zostać wypchnięty do wyrobiska. Migracja gazu z warstw spągowych do pokładów pierwotnie nie zawierających metanu oraz do wyrobisk stanowi poważne zagrożenie bezpieczeństwa. Przedmiotem pracy było wyznaczenie stanu naprężenia w otoczeniu wyrobiska górniczego, z uwzględnieniem oddziaływania ciśnienia metanu oraz procesu migracji metanu poprzez szczeliny do warstw pierwotnie go nie zawierających. Istotą analizy była symulacja zjawisk zachodzących w masywie skalnym podczas eksploatacji węgla kamiennego, w sytuacji, kiedy możliwa jest migracja metanu z niżej zalegającego pokładu. Zagadnienie rozwiązywane było na drodze modelowania numerycznego, metodą elementów skończonych. Do obliczeń wykorzystano pakiet programów MES-Abaqus.