Causes of fracturing and evidence of coal seam deforming in the vibration impact zone

DOI: https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-134-138

Читать на русскоя языкеM.V. Pavlenko , E.V. Sinitskaya, I.A. Florova, D.G. Sandakova
National University of Science and Technology MISIS, Moscow, Russian Federation
Russian Mining Industry №2 / 2024 стр. 134-138

Abstract: The use of vibration effects for the effective preparation of a low–permeability coal seam is a fairly promising and constantly improving process. The main difficulty of theoretical research is the fact that coal seams are very diverse in their properties and represent a complex environment. Under the influence of vibration, the capacitive and filtration characteristics of the coal massif change. This leads to a change in the structure and capacity of the porous-fissured space of coal. This reaction finds a good explanation: each act of vibration action causes a rapid change in the coal mass in accordance with the operating stresses during vibration. This point of view was used as the basis for theoretical reasoning, in order to justify the rational impact of directional vibration on the coal seam, to change fracturing and further intensify methane recovery. This is confirmed by both laboratory and industrial experiments on vibration effects. Changes in the environment after strong earthquakes are of a similar nature, even at great distances from the source of the impact. Therefore, the simplest in terms of constructive implementation and less costly in terms of energy and material consumption is a directed oscillatory process on a low-permeability coal seam, which is performed using vibration installations of both surface and underground design.

Keywords: low-permeability coal seam, vibrational impact, gas release, rock mass, fracturing

For citation: Pavlenko M.V., Sinitskaya E.V., Florova I.A., Sandakova D.G. Causes of fracturing and evidence of coal seam deforming in the vibration impact zone. Russian Mining Industry. 2024;(2):134–138. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-134-138

Article info

Received: 24.02.2024

Revised: 20.03.2024

Accepted: 25.03.2024

Information about the authors

Michael V. Pavlenko – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, National University of Science and Technology MISIS, Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Elena V. Sinitskaya – Senior Lecturer, National University of Science and Technology MISIS, Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Irina A. Florova – Senior Lecturer, National University of Science and Technology MISIS, Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Darima G. Sandakova – Postgraduate Student, National University of Science and Technology MISIS, Moscow, Russian Federation; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

References

1. Премыслер Ю.С., Яновская М.Ф. Влияние микротрещиноватости угля на скорость десорбции из него метана. Известия АН СССР. ОТН. Металлургия и топливо. 1960;(3):92–98. Premysler Yu. S., Yanovskaya M.F. The effect of coal microcrackage on the rate of methane desorption from it. Izvestiya AN SSSR. OTN. Metallurgiya i Toplivo. 1960;(3):92–98. (In Russ.)

2. Павленко М.В., Барнов Н.Г., Кузиев Д.А., Кенжабаев К.Н., Монзоев М.В. Вибрационное воздействие через скважины и технология дегазационной подготовки низкопроницаемого угольного пласта. Уголь. 2020;(1):36–40. https://doi. org/10.18796/0041-5790-2020-1-36-40 Pavlenko M.V., Barnov N.G., Kuziev D.A., Kenzhabaev K.N., Monzoev M.V. Vibration impact through wells and the technology of degassing of the preparation of low-permeability coal seam. Ugol’. 2020;(1):36–40. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2020-1-36-40

3. Одинцев В.Н. Оценка микротрещинообразования в угле при десорбции метана. Записки Горного института. 2001;(1):146–150. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/9736 (дата обращения: 25.02.2024). Odintsev V.N. Estimation of microcracking in coal during methane desorption. Journal of Mining Institute. (In Russ.) Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/9736 (accessed: 25.02.2024).

4. Khoreshok A., Kantovich L., Kuznetsov V., Preis E., Kuziev D. The results of cutting disks testing for rock destruction. E3S Web of Conferences. 2017;15:03004. https://doi.org/10.1051/E3SCONF/20171503004

5. Лопухов Г.П., Павленко М.В., Сальников А.Н. Блочное строение горной породы каменноугольной системы. Горная промышленность. 2016;(4):68–69. Lopukhov G.P., Pavlenko M.V., Salnikov A.N. Block structure of carboniferous system rock strata. Russian Mining Industry. 2016;(4):68–69. (In Russ.)

6. Павленко М.В., Хайдина М.П., Кузиев Д.А., Пихторинский Д., Муратов А.З. Факторы воздействия комбайна при добыче угля на увеличение метаноотдачи массива в рабочее пространство лавы. Уголь. 2019;(4):8–11. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2019-4-8-11 Pavlenko M.V., Khaidina M.P., Kuziev D.A., Pihtorinskiy D., Muratov A.Z. Impacts of the combine harvester in the production of coal to increase methane recovery array in the workspace lava. Ugol’. 2019;(4):8–11. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2019-4-8-11

7. Клементьева И.Н., Кузиев Д.А. Современное состояние и перспективы развития конструкций карьерных комбайнов для безвзрывной послойной выемки прочных пород. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019;(2):123–128. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-02-0-123-128 Klement’eva I.N., Kuziev D.A. Actual status and prospects for future development of surface miners, designed for for blastless lit-by-lit excavation of solid rock. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2019;(2):123–128. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2019-02-0-123-128

8. Павленко М.В., Базаров Б.А., Конакбаева А.Н., Мезенцева А.В. Воздействие механических колебаний на газонасыщенный угольный массив как деформируемую систему. Уголь. 2022;(4):46–49. https://doi.org/10.18796/0041-57902022-4-46-49 Pavlenko M.V., Bazarov B.A., Konakbaeva A.N. Mezentseva A.V. The effect of mechanical vibrations in a gas-saturated coal massif as a deformable system. Ugol’. 2022;(4):46–49. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2022-4-46-49

9. Павленко М.В., Федотов И.Е. Кинетика десорбции метана из угля под действием вибрационного воздействия. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2000;(8):34–36. Pavlenko M.V., Fedotov I.E. Kinetics of methane desorption from coal under the action of vibration. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2000;(8):34–36. (In Russ.)

10. Павленко М.В., Агарков А.В., Горбунов П.В. Вибрационное воздействие через скважину с дневной поверхности с целью увеличения проницаемости угольного массива. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2001;(1):40–43. Pavlenko M.V., Agarkov A.V., Gorbunov P.V. Vibration effect through a well from the daytime surface in order to increase the permeability of the coal massif. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2001;(1):40–43. (In Russ.)

11. Павленко М.В., Десятерик Н.И., Розгон В.Д. Вибрационное воздействие на низкопроницаемый угольный пласт с целью изменение его состояния. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2001;(8):24–26. Pavlenko M.V., Desyaterik N.I., Rozgon V.D. Vibration effect on a low-permeable coal seam in order to change its state. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2001;(8):24–26. (In Russ.)

12. Павленко М.В., Велесевич В.И. Исследование принципов возбуждения и движения жидкости в угольном пласте посредством вибрации. В кн.: Geotehnika-Geotehnics 2010: материалы 14-й Междунаро. симпозиума, Gliwice-Ustroń, Польша; 2010. С. 169–174.

13. Павленко М.В., Воробьев А.Н. Определение собственных частот колебаний пласта (математическая модель). Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010;(5):142–143. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/ Data/2010/5/Vorobyev_5_2010.pdf (дата обращения: 25.02.2024). Vorobev A.N., Pavlenko M.V. Definition of internal frequencies of seam vibrations (mathematical model). Mining Informational and Analytical Bulletin. 2010;(5):142–143. (In Russ.) Available at: https://giab-online.ru/files/Data/2010/5/Vorobyev_5_2010.pdf (accessed: 25.02.2024).

14. Hou P., Gao F., Ju Y., Cheng H., Gao Y., Xue Y., Yang Y. Changes in pore structure and permeability of low permeability coal under pulse gas fracturing. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2016;34:1017–1026. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2016.08.015

15. Bahr H.-A., Fischer G., Weiss H.-J. Thermal-shock crack patterns explained by single and multiple crack propagation. Journal of Materials Science. 1986;21(8):2716–2720. https://doi.org/10.1007/BF00551478

16. Баловцев С.В., Скопинцева О.В. Научно обоснованные технологические решения по снижению аэрологических рисков действующих и проектируемых угольных шахтах. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(2):139–151. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_2_0_139 Balovtsev S.V., Skopintseva O.V. Science-based technological solutions for aerological risks reducing in operating and designing coal mines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(2):139–151. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_2_0_139

17. Павленко М.В., Мерзляков В.Г., Синицкая Е.В., Флорова И.А., Адигамов Д.А. Роль вибрационного воздействия в трещинообразовании и газоотдачи из низкопроницаемого угольного пласта. Уголь. 2023;(5):37–40. https://doi. org/10.18796/0041-5790-2023-5-37-40 Pavlenko M.V., Merzlyakov V.G., Sinitskaya E.V., Florova I.A., Adigamov D.A. The role of vibration impact in fracturing and gas recovery from a low-permeability coal seam. Ugol’. 2023;(5):37–40. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2023-5-37-40

18. Сластунов С.В., Коликов К.С., Ермак Г.П., Ютяев Е.П. Решение проблемы безопасности угледобычи в долгосрочной программе развития отрасли. Горный журнал. 2015;(4):46–49. https://doi.org/10.17580/gzh.2015.04.08 Slastunov S.V., Kolikov K.S., Ermak G.P., Yutyaev E.P. Safety of coal mining in long-run development. Gornyi Zhurnal. 2015;(4):46– 49. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2015.04.08