Гибридная модель больших деформаций при динамическом воздействии на угольные пласты
Бесплатный доступ
Представлен гибридный метод моделирования, объединяющий метод сглаженных частиц (SPH) и метод конечных элементов (FEM) для исследования динамических геомеханических процессов: взрывного разрушения, газодинамических выбросов и гравитационных смещений. Показана эффективность модели при моделировании больших деформаций геосреды и анализе возбуждения энергетического состояния газонасыщенных угольных пластов. Выделены два этапа разрушения: динамическое разрушение под воздействием волн напряжения и квазистатическое – под воздействием десорбированных газов и детонационных продуктов. Учитывается влияние горизонтальной составляющей напряжения на эффективность взрывов. Внедрена концепция брахистохроны – кривой быстрейшего спуска, – численно самоорганизующейся при моделировании гравитационных сдвигов без априорного задания концентраторов. Модель позволяет прогнозировать потенциальные поверхности обрушения, устойчивость склонов карьеров и хвостохранилищ, а также оптимизировать параметры взрывных работ. Приведены результаты численного моделирования, обсуждены практические рекомендации по оптимизации буровзрывных работ. Работа подтверждена верификацией и может применяться в инженерной практике.
Модифицированный метод сглаженных частиц (SPH), гибридная расчетная модель, выбросы угля и газа, брахистохрона
Короткий адрес: https://sciup.org/147253903
IDR: 147253903 | УДК: 622.831.322+539.3+519.63 | DOI: 10.14529/mmph260209
Hybrid Model of Large Deformations under Dynamic Impact on Coal Seams
This article presents a hybrid modeling approach combining the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method with the Finite Element Method (FEM) to investigate dynamic geomechanical processes, including explosive fracturing, gas-dynamic outbursts, and gravity-induced displacements. The model is shown to be highly efficient in simulating large-scale deformations of rock masses and analyzing energy-state activation in gas-saturated coal seams. The authors identify two distinct failure phases, including dynamic fracturing caused by stress wave propagation and quasi-static damage driven by desorbed gases and detonation products. They also consider the influence of the horizontal stress component on explosion efficiency and introduce the concept of a brachistochrone – the curve of fastest descent – as a deformation trajectory in gravitational shifts. It allows predicting failure surfaces without predefined stress concentrators. The model predicts collapse zones and slope stability in open-pit mines and tailings dams, as well as optimizes blasting parameters. Numerical modeling results are discussed along with practical recommendations for drilling and blasting optimization. The methodology has been verified and is suitable for engineering applications.
