Напряженно-деформированное состояние угольных скважин карагандинского бассейна
DOI:
https://doi.org/10.26577/RCPh.2022.v82.i3.06Ключевые слова:
угольный пласт, скважина, задача Стефана, напряжения, температура, волновой процессАннотация
В статье рассмотрена задача об определении термоупругих напряжений, возникающих при бурении угольного пласта глубиной не менее 800 м. Напряженно-деформированное состояние – это термин, который из механики деформируемого твердого тела проник в различные сферы, как природного, так и технологического типа. Обычно, различают три типа напряженно-деформированного состояния: первый тип упругой работы – до 35% от разрушающей нагрузки; второй тип упруго-пластической работы – до 75% от разрушающей нагрузки, при этом возникают трещины и их число растет с увеличением нагрузки; третий тип разрушение – трещины возникают лавинообразно и всякая деталь разрушается.
Нам впервые удалось путем подбора интегрального преобразования решить аналитически задачу Стефана для цилиндра конечных размеров, с подвижной границей раздела фаз. Подобное решение для скважины в угольных пластах (а также для других приложений) дает аналитическое решение деформационно-волновому процессу в массиве горных пород, открытое экспериментально в конце 70-х годов прошлого века (научное открытие 1985 года приоритет 1978 года). Полученные нами экспериментальные и теоретические результаты укладываются в модель макроскопической локализации пластического течения. В этой модели показано, что локализация пластического течения в твердых телах (и в угольном пласте) имеет ярко выраженный волновой характер. При этом на стадиях легкого скольжения, линейного и параболического деформационного упрочнения, а также на стадии предварительного разрушения наблюдаемые картины локализации суть разные типы волновых процессов.
Библиографические ссылки
2 S.V. Slastunov, et.al., Mining Information and Analytical Bulletin, 2, 58-70 (2020). (in Rus).
3 N.P. Demenchuk, and A.A. Prilutsky, Fundamentals of the theory of stress and strain, (St. Petersburg, 2016), 118 p. (in Rus).
4 S.A. Morgun, Stress-strain state of structurally inhomogeneous turbomachine blades during their vibrations, (Thesis of the candidate of techn. sciences, Nikolaev, 2015), 157 p (in Rus).
5 V.V. Lunin, Methods for calculating the stress-strain state and fatigue limit of hardened cylindrical parts with stress concentrators during creep, (Thesis of a candidate of technical sciences, Samara, 2015), 173 p. (in Rus).
6 I.I. Danilyuk, Uspekhi Mat. Nauk, 40, 5(245), 133-185 (1985). (in Rus).
7 A.M. Meirmanov, Stefan's problem, (Novosibirsk, Science, 1986), 239 p. (in Rus).
8 S.C. Gupta, The Classical Stefan Problem: Basic Concepts, Modelling and Analysis, (Amsterdam, Elsevier, 2018), 732 p.
9 A.A. Samarsky, and P.N. Vabishchevich, Computational heat transfer, (Moscow, Editorial URSS, 2003), 784 p. (in Rus).
10 A.M. Weinberg, Mathematical modeling of transport processes. Solution of nonlinear boundary value problems, (Moscow-Jerusalem, 2009), 210 p. (in Rus).
11 S.P. Stepanov, Numerical modeling of three-dimensional problems of heat and mass transfer in permafrost, (Dissertation of the candidate of physical and mathematical sciences, Yakutsk, 2017), 128 p. (in Rus).
12 V.M. Yurov and T.A. Kuketaev, Crystallization of a cylinder of finite dimensions, (Handbook. dep. in VINITI, No. 6485-82 Dep., 1982). (in Rus).
13 V.M. Yurov, S.A. Guchenko, K.M. Makhanov, Symbol of Science, 8, 7-15 (2020) (in Rus).
14 A.H.-A. Hamid, et.al., Saudi Aramco Journal of Technology, 03, 16-34 (2016).
15 R.A. Musin, Optimization of well drilling processes in the extraction of coal-bed methane in the Karaganda basin, (Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD), Karaganda, 2020), 101 p. (in Rus).
16 N.A. Drizhd, et.al., Internauka: electronic scientific journal, 21 (103), 5-8 (2019). (in Rus).
17 V.S. Zarubin, and G.N. Kuvyrkin, Mathematical models of thermomechanics, (Moscow, Fizmatlit, 2002), 168 p. (in Rus).
18 L.B. Zuev, V.I. Danilov, and S.A. Barannikova, Physics of plastic flow macrolocalization, (Novosibirsk, Science, 2008), 328 p. (in Rus).
19 S.N. Lis and G.V. Kazantseva, Spatial connections in the systemic organization of rocks in the earth's interior, Proc. of the Intern. Scientific Conf. "Science and Education - the Leading Factor of the Strategy "Kazakhstan - 2030" (Saginovsky Readings No. 2, Part 3, Karaganda: KSTU, 2010), pp. 254-256. (in Rus).
20 A.A. Opanasyuk, Periodic oscillatory nature of deformation of samples of highly compressed rocks, Improvement of technology for the construction of mines and underground structures, (Sat. scientific works, Donetsk, Nord-Press, 2006, 12), pp. 79-80. (in Rus).
21 A.G. Radchenko, N.N. Kiselev, A.A. Radchenko, and L.V. Getmanets, A complex of factors influencing the formation of gas-dynamic activity of coal seams during development workings, Proc. of the Depart. "Development of mineral deposits", (DonNTU, Donetsk, 2018), pp.170-186 (in Rus).
22 B.B. Kudryashov, V.K. Chistyakov, and V.S. Litvinenko, Drilling wells under conditions of changes in the state of aggregation of rocks, (L.: Nedra, 1991), 295 p (in Rus).
23 V.N. Oparin, et.al., Mining Information and Analytical Bulletin, 12, 5-29 (2019). (in Rus).
24 B.T. Ilyasov, Study of the kinetics of rock mass deformations using the finite-discrete element method, (Thesis of a candidate of technical sciences, Yekaterinburg, 2016), 138 p. (in Rus).
25 A.V. Mashchenko, A.B. Ponomarev, and E.N. Sychkina, Special sections of soil mechanics and rock mechanics, (Perm, PGU, 2014), 176 p. (in Rus).
