Оценка моделей проницаемости углепородного массива с учётом напряженно-деформированного состояния
Н.В. Ледяев1, А.А. Черухин1, К.С. Коликов2, А.И. Маневич2, 3
1 АО «СУЭК-Кузбасс», г. Ленинск-Кузнецкий, Российская Федерация
2 Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация
3 Геофизический центр Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация
Горная Промышленность №6/ 2025 стр. 194-198
Резюме: Оценка проницаемости угольных пластов лежит в основе расчёта метанообильности выработок и определения параметров предварительной дегазации угольных пластов. Для адекватной оценки нагрузки на очистной забой по газовому фактору, проектирования схем дегазации и управления рисками аварийных ситуаций на угольных шахтах необходима корректная модель проницаемости углепородного массива. В работе рассмотрены основные эмпирико-аналитические зависимости, описывающие проницаемость угольных пластов как функцию напряжённо-деформированного состояния. Показано, что каждая из рассматриваемых моделей отражает собственный набор факторов: сорбционно-упругие деформации, термоупругий эффект, изменение пористости или прочности угольного пласта. Выполненный вариационный расчёт в диапазоне эффективных напряжений 0–50 МПа и глубин до 1500 м подтвердил общую закономерность: проницаемость падает нелинейно, причём главная зона снижения приходится на эффективное напряжение (σэфф) ≈ 5–15 МПа. Для надёжного трехмерного прогноза проницаемости углепородного массива необходим расширенный банк исходных данных. К ключевым параметрам относятся: литостатическое и тектоническое напряжения по карте глубин, модуль Юнга и коэффициент Пуассона вмещающих пластов, пористость и трещиноватость угля, коэффициенты адсорбции/десорбции, температурный градиент. Интеграция результатов в блочную ГГИС-модель позволяет учесть пространственную вариабельность свойств и перейти от усредненных оценок к локальной проницаемости, что принципиально необходимо для проектирования схем дегазационных скважин и расчёта их дебитов.
Ключевые слова: проницаемость угля, напряжённо-деформированное состояние, эффективное напряжение, сорбционно-упругие деформации, дегазация, угольные пласты
Для цитирования: Ледяев Н.В., Черухин А.А., Коликов К.С., Маневич А.И. Оценка моделей проницаемости углепородного массива с учётом напряженно-деформированного состояния. Горная промышленность. 2025;(6):194–198. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-6-194-198
Информация о статье
Поступила в редакцию: 03.09.2025
Поступила после рецензирования: 23.10.2025
Принята к публикации: 24.10.2025
Информация об авторах
Ледяев Николай Владимирович – начальник управления противоаварийной устойчивости предприятий, АО «СУЭК-Кузбасс», г. Ленинск-Кузнецкий, Российская Федерация
Черухин Алексей Анатольевич – заместитель главного инженера по вентиляции шахты им. С.М. Кирова, АО «СУЭК-Кузбасс», г. Ленинск-Кузнецкий, Российская Федерация
Коликов Константин Сергеевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой безопасности и экологии горного производства Горного института, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0001-8831-1927; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Маневич Александр Ильич – научный сотрудник лаборатории геодинамики, Геофизического центра Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация; старший преподаватель кафедры безопасности и экологии горного производства Горного института, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», г. Москва, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Список литературы
1. Литвинов А.Р., Коликов К.С., Ишхнели О.Г. Аварийность и травматизм на предприятиях угольной промышленности в 2010-2015 годах. Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2017;(2):6–17.
2. Lloyd M.K., Trembath-Reichert E., Dawson K.S., Feakins S.J., Mastalerz M., Orphan V.J. Methoxyl stable isotopic constraints on the origins and limits of coal-bed methane. Science. 2021;374(6569):894–897. https://doi.org/10.1126/science.abg0241
3. Акматов Д.Ж., Евлоев Х.Ю., Меллер А.Д., Манукян Т.А., Чадин В.Н. Методика численного моделирования полей напряжений в районе размещения угольных шахт. Горная промышленность. 2023;(1):39–44. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-1-39-44
4. Manevich A.I., Kolikov K.S., Egorova E.A. Geoecological aspects of stress-strain state modeling results of Leninsky coal deposit (Kuzbass, Russia). Russian Journal of Earth Sciences. 2019;19(4):ES4002. https://doi.org/10.2205/2019ES000663
5. Егорова Е.А., Коликов К.С., Мегид Х.А. Оценка проницаемости угольного пласта с учетом неоднородности в геологической структуре кровли. Горный журнал. 2016;(6):56–59. https://doi.org/10.17580/gzh.2016.06.02
6. Pan Z., Connell L.D. Modelling permeability for coal reservoirs: A review of analytical models and testing data. International Journal of Coal Geology. 2012;92:1–44. https://doi.org/10.1016/j.coal.2011.12.009
7. Lu S., Shi J., Jiao L., Ma Y., Li W., Sa Z. et al. A review of coal permeability models including the internal swelling coefficient of matrix. International Journal of Coal Science & Technology. 2024;11:50. https://doi.org/10.1007/s40789-024-00701-0
8. Столбова Н.Ф., Исаева Е.Р. Петрология углей. Томск: Изд-во Томского политехнического университета; 2013. 77 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-petrologiya-ugley.pdf (дата обращения: 02.07.2025).
9. Batugin A., Kobylkin A., Kolikov K., Ivannikov A., Musina V., Khotchenkov E. et al. Study of the migrating mine gas piston effect during reactivation of tectonic faults. Applied Sciences. 2023;13(21):12041. https://doi.org/10.3390/app132112041
10. Robertson E.P., Christiansen R.L. A permeability model for coal and other fractured, sorptive-elastic media. SPE Journal. 2008;13(3):314–324. https://doi.org/10.2118/104380-PA
11. Connell L.D., Lu M., Pan Z. An analytical coal permeability model for tri-axial strain and stress conditions. International Journal of Coal Geology. 2010;84(2):103–114. https://doi.org/10.1016/j.coal.2010.08.011
12. Шмонов В.М., Витовтова В.М., Жариков А.В. Флюидная проницаемость пород земной коры. М.: Научный мир; 2002. 216 c. Режим доступа: https://www.geokniga.org/books/34016 (дата обращения: 02.07.2025).
13. Gray I. Reservoir engineering in coal seams, part 1 – the physical process of gas storage and movement in coal seams. SPE Reservoir Engineering. 1987;2(1):28–34. https://doi.org/10.2118/12514-PA
14. Seidle J. Fundamentals of coalbed methane reservoir engineering. PennWell Books; 2011. 470 p.
15. Seidle J.P., Jeansonne M.W., Erickson D.J. Application of matchstick geometry to stress dependent permeability in coals [Paper presented at the SPE Rocky Mountain Regional Meeting, Casper, Wyoming]. May 1992. https://doi.org/10.2118/24361-MS
16. Palmer I., Mansoori J. How permeability depends on stress and pore pressure in coalbeds: A new model. SPE Reservoir Evaluation & Engineering. 1998;1(6):539–544. https://doi.org/10.2118/52607-PA
17. Shi J.Q., Durucan S. A model for changes in coalbed permeability during primary and enhanced methane recovery. SPE Reservoir Evaluation & Engineering. 2005;8(4):291–299. https://doi.org/10.2118/87230-PA
18. Shi J.Q., Durucan S. Drawdown induced changes in permeability of coalbeds: a new interpretation of the reservoir response to primary recovery. Transport in Porous Media. 2004;56(1):1–16. https://doi.org/10.1023/B:TIPM.0000018398.19928.5a
19. Каркашадзе Г.Г., Хаутиев А.М.Б. Моделирование процесса дегазации угольного пласта через скважины с учетом геомеханических напряжений. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015;(2):235–242.
20. Динник А.Н. О давлении горных пород и расчет крепи круглой шахты. Инженерный работник. 1925;(7):1–12.
