СПОСОБ ПРОГНОЗА ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 1994 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа.

Существует "Временное руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов Донецкого бассейна", по которому на каждый квадратный километр разведываемой площади бурят не менее двух скважин до пересечения угольного пласта, производят отбор проб, определяют разрушаемость, выход летучих веществ, глубину, мощность, количество угольных пачек, природную газоносность угольного пласта и комплексный показатель выбросоопасности по формуле
B = (R + 2.2m +1.2c + 0.002H + 2.8), где X - природная газоносность угольного пласта, м³/т.с.б.м;
Х_ост, Х_ср - остаточная и средняя газоносность для данной марки угля, м³/т.с.б.м.;
R - разрушаемость угольного пласта, мм^-1;
m - мощность угольного пласта, м;
с - количество угольных пачек;
Н - глубина залегания угольного пласта, м. И если комплексный показатель хотя бы по трем пластоперечислениям больше 15 - пласт относят к выбросоопасному.

По существующему "Временному руководству" определение выбросоопасности угольных пластов проводится только в Донецком бассейне на пластах мощностью менее 3-х метров и в большинстве случаев требует бурения дополнительных скважин, что связано с большими затратами средств и времени.

Известен способ прогноза выбросоопасности угольных пластов, включающий бурение скважин до пересечения угольного пласта, отбор угольных проб, определение по ним разрушаемости, выхода летучих веществ, газоносности, глубины залегания, мощности угольного пласта и числа угольных пачек, расчет комплексного показателя выбросоопасности для каждого пластопересечения, при этом перед отбором проб устанавливают глубину появления внезапных выбросов угля и газа, отбор угольных проб производят начиная с глубины появления внезапных выбросов, определяют вероятность вскрытия выбросоопасной зоны одной скважиной по формуле
P_в= ,, где P_в - вероятность вскрытия выбросоопасной зоны одной скважиной;
n - количество пластопересечений со значением комплексного показателя выбросоопасности B ≥ 15;
N - общее количество пластопересечений.

Определяют количество пластопересечений, необходимое для отнесения всего пласта к выбросоопасному по формуле
N_o= .

Определяют среднее значение комплексного показателя выбросоопасности по всем пластопересечениям и по нему оценивают выбросоопасность угольного пласта.

По известному способу для определения выбросоопасности угольных пластов невозможно использовать ранее пробуренные скважины, что повышает затраты на его осуществление, а также применение его возможно только на пластах мощностью до двух-трех метров.

Целью изобретения являются снижение затрат на осуществление прогноза выбросоопасности угольных пластов за счет использования ранее пробуренных скважин, а также расширение области его применения.

Для достижения данной цели бурят скважины до пересечения угольного пласта и производят отбор проб, по которым известными способами определяют разрушаемость, зольность, влажность, выход летучих веществ. Осуществляют каротаж скважин и известными способами определяют глубину залегания угольного пласта, кажущееся сопротивление по диаграммам градиент зонда (КСГЗ) и потенциал зонда естественную (ГК) и наведенную (ГГК) радиоактивность, диаметр скважины, количество максимумов по диаграммам КСГЗ и ГГК и количество минимумов по диаграммам ГК и бокового токового каротажа в интервале угольного пласта.

Известными способами устанавливают статистическую зависимость между разрушаемостью и вышеперечисленными параметрами и по статистической зависимости определяют разрушаемость угольного пласта для ранее пробуренных скважин.

Известными способами определяют природную газоносность угольных пластов и глубину зоны газового выветривания.

По полученным данным для каждого пластопересечения рассчитывают комплексный показатель выбросоопасности (В) по формуле
B = · · ,, где Н - глубина залегания угольного пласта, м;
Н_о - глубина зоны газового выветривания, м;
R - разрушаемость угольного пласта, мм^-1;
R_min, R_кр - минимальное и критическое значение разрушаемости и равное 0,25 и 10 мм соответственно;
Х - природная газоносность угольного пласта, м³/т.с.б.м.;
Х_ост, Х_ср - остаточная и средняя газоносность для данной марки угля, м³/т.с.б.м.

При B ≥ 0,7 пластопересечение относится к выбросоопасным, при B < 0,7 - к невыбросоопасным.

По формуле
B_п = ,, где B_п - количественный показатель выбросоопасности пласта (вероятная площадь выбросоопасных зон в долях площади разведываемого участка пласта);
n_в - число выбросоопасных пластопересечений;
N - общее число пластопересечений в пределах разведываемого участка пласта определяют показатель выбросоопасности пласта.

Известными способами определяют необходимое (достаточное) количество пластопересечений (N_o).

При N ≥ N_o (но не менее 30) и B_п ≅ 0,1 пласт относится к невыбросоопасным, при 0,1 < B_п ≅ 0,4 - к низкой степени выбросоопасности,
при 0,4 < В_п ≅ 0,8 - к средней,
при В_п > 0,8 - к высокой.

Применение относительных показателей для расчета комплексного показателя выбросоопасности теоретически соответствует физическим представлениям о природе выбросоопасности, которая обусловлена влиянием трех основных факторов: горного давления (Н), физико-механических свойств угля (R) и газа (Х), а статистически эти показатели несут вероятностную нагрузку (табл. 1).

Результаты оценки выбросоопасности угольных пластов по заявленному способу, проведенные в различных угольных бассейнах, показывают, что при В_п ≥ 0,1 вероятность выброса равна нулю, а при увеличении В_п - вероятность выброса возрастает. Данные определения выбросоопасности сведены в табл. 2.

Применение предлагаемого способа обеспечивает
- снижение затрат на его осуществление за счет использования ранее пробуренных скважин;
- расширение области применения за счет возможности его использования на пластах различной мощности и следовательно в различных бассейнах, а также за счет применения его при оценке выбросоопасности угольных пластов на больших глубинах;
- увеличение надежности прогноза за счет увеличения общего количества определений комплексного показателя выбросоопасности при использовании ранее пробуренных скважин.

Изобретение позволяет расширить область применения прогноза выбросоопасности, повысить надежность прогноза и снизить затраты на его осуществление. Сущность изобретения: способ заключается в том, что разрушаемость для ранее пробуренных скважин определяют по статистической зависимости между разрушаемостью и геолого-геофизическими параметрами, а комплексный показатель B выбросоопасности определяют по приведенной формуле. При B > 0,7 пластопересечение относят к выбросоопасному, а при B < 0,7 - к невыбросоопасному. Выбросоопасность пласта определяют из соотношения B_п=n_в/N , где n_в - количество пластопересечений с B≥0,7 , N - общее количество пластопересечений. При B≅0,1 пласт относят к невыбросоопасному, 0,1<B_п≅0,4 - к низкой степени выбросоопасности, 0,4<B_п≅0,8 - к средней, B > 0,8 - к высокой. 2 табл.

СПОСОБ ПРОГНОЗА ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ, включающий бурение скважин до пересечения угольного пласта, отбор угольных проб, определение по ним разрушаемости, природной газоносности, выхода летучих веществ, глубины залегания угольного пласта, расчет комплексного показателя выбросоопасности, определение необходимого количества пластопересечений и показателя выбросоопасности угольного пласта, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на осуществление прогноза выбросоопасности угольных пластов за счет использования ранее пробуренных скважин и расширения области его применения, разрушаемость пластов для ранее пробуренных скважин определяют по статической зависимости между разрушаемостью, определенной по пробам, и геолого-геофизическим параметрам, а расчет комплексного показателя выбросоопасности производят по формуле
B = · · ,
где H - глубина залегания угольного пласта, м;
H₀ - глубина зоны газового выветривания, м;
R - разрушаемость угольного пласта, мм^-1;
R_min, R_кр - минимальное и критическое значение разрушаемости, равные 0,25 и 10 мм соответственно;
X - природная газоносность угольного пласта, м³ т,с.б.с;
X_ост, X_ср - остаточная и средняя газоносность для данной марки угля, м³/т, с.б.м,
и при B ≥ 0,7 пластопересечения относят к выбросоопасному, при B < 0,7 - к невыбросоопасному, а показатель выбросоопасности пласта определяют из соотношения
B_п = ,
где n_b - количество пластопересечений с B ≥ 0,7;
N - общее число пластопересечений,
и при N ≥ N_o (но не менее 30) и B_п ≅ 0,1 пласт относят к невыбросоопасным, при 0,1 << B_п ≅ 0,4 - к низкой степени выбросоопасности, при 0,4 << B_п ≅ 0,8 - к средней, при B_п > 0,8 - к высокой.