СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЗОН НАРУШЕННОГО УГЛЯ Российский патент 1995 года по МПК E21F5/00 E21C39/00 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземной разработке газоносных угольных пластов, склонных к газодинамическим явлениям.

Известен способ оценивания нарушенности угля по величине избыточного давления, измеряемого за фиксированный промежуток времени в типовом сосуде фиксированного объема при дегазации в нем пробы свежеотбитого газосодержащего угля [1]. Известный способ ориентирован на замер избыточного давления газовыделения из штыба, а это требует операцию бурения, что обуславливает высокую трудоемкость способа при низкой точности определения границ зон нарушенного угля. Так как величина избыточного давления зависит от газоносности и нарушенности угля, а газоносность угля в призабойной части непостоянна во времени и различна для разных пластов, то невозможно для всех пластов выделить универсальный критерий определения границ зон нарушенного угля по избыточному давлению.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ определения структуры угля угленосного пласта, содержащего газ, который может быть использован для определения зон нарушенного угля, в котором отбирают пробы свежеотбитого газосодержащего угля по длине выработки, просеивают их через сито с известным диаметром, уравнивают по весу подситовую и надситовую части проб, одновременно за одинаковый отрезок времени измеряют прирост давления газа в сосудах одинакового объема с надситовой и подситовой частями пробы и определяют по ним показатель нарушенности угля [2]. Известный способ является трудоемким и не содержит показателя структуры угля, по которому однозначно устанавливается зона нарушенного угля с точным определением ее границ.

Цель изобретения - снижение трудоемкости идентификации границ зон нарушенного угля.

Достигается это тем, что согласно способу идентификации зон нарушенного угля, включающего отбор проб свежеотбитого газосодержащего угля, просеивание их через сито, уравнивание по весу подситовой и надситовой частей проб и одновременное за одинаковый отрезок времени измерение приростов давлений газа в сосудах одинакового объема с этими частями проб, по которым определяют показатель нарушенности угля в зоне отбора проб, пробы отбирают по длине выработки, а показатель нарушенного угля находят из выражения
K = где Δ Р< - прирост давления газа в сосуде с подситовой частью пробы, Па;
Δ Р> - прирост давления газа в сосуде с надситовой частью пробы, Па, при этом границы зон нарушенного угля по длине горной выработки устанавливают по значению показателя нарушенности угля более 3.

На фиг. 1 приведены результаты апробации предлагаемого способа в условиях 3-й восточной лавы пласта К₃^н шахты "Перевальская", где Х - расстояние от центра геологического нарушения, м; 1 - критическое значение отношения К; 2 - экспериментальная кривая изменения отношения К; точка а и точка б - границы зоны геологического нарушения; на фиг. 2 - экспериментальные зависимости квадрата разности весов надситовой и подситовой частей угольных проб в зависимости от диаметра разделяющего сита, где Х - экспериментальные данные; Д - диаметр разделяющего сита, мм; Р< и Р> - вес подситовой и надситовой частей пробы, г; на фиг. 3 - гистограммы распределения величины отношения К, определяемой вне зоны и в зонах нарушенного угля, где точка С - точка рассечения величин отношения К, соответствующего критическому его значению К = 3.

Способ осуществляют следующим образом.

По длине выработки Х на фиг. 1 с кромки угольного забоя 3 отбирают пробы свежеотбитого газосодержащего угля. Каждую пробу просеивают через сито с диаметром ячеек 3 мм. Подситовую и надситовую части каждой пробы уравнивают по весу и помещают в сосуды одинакового объема, сосуды герметизируют и затем одновременно за одинаковый отрезок времени измеряют прирост давлений газа в этих сосудах с надситовой и подситовой частями проб. По приростам этих давлений определяют величину отношения:
K = где Δ Р< - прирост давления газа в сосуде с подситовой частью пробы, Па;
Δ Р> - прирост давления газа в сосуде с надситовой частью пробы, Па. Каждой координате длины выработки Х ставят в соответствие значение К (кривая 2, фиг. 1). Зоны нарушенного угля и их границы точки а и точки б на фиг. 1, т. е. начало и конец, определяют по таким координатам длины горной выработки, где величина указанного отношения К принимает значение больше 3 (прямая 1, фиг. 1). С момента начала отбора проб до момента герметизации надситовой и подситовой ее частей при осуществлении способа всегда выдерживают одинаковое время, равное 2 мин. За меньший отрезок времени произвести отбор пробы и ее рассев с последующим выравниванием весов надситовых частей пробы до начала герметизации не всегда удается в шахтных условиях. Больший отрезок времени нежелателен из-за того, что надситовая и подситовая части дегазируются. Это связано с уменьшением различимости последующих приростов газа в сосудах с надситовой и подситовой частями пробы. Общий вес каждой отбираемой пробы принимается не менее 0,5 кг, что обеспечивает достаточную их представительность с точки зрения надежного оценивания газокинетических свойств анализируемого угля. Выбор диаметра ячеек типового разделяющего сита, равного 3 мм, в наибольшей степени обеспечивает равенство весов надситовой и подситовой частей каждой пробы. Это хорошо видно на фиг. 2, где приведены экспериментальные зависимости квадрата разности весов надситовой и подситовой частей угольных проб в зависимости от диаметра разделяющего сита. И за счет этого с наименьшей трудоемкостью позволяет обеспечить равенство отношений
=
где S_эф< = S_<^α и S_эф = S_>^α - эффективная поверхность частиц угля в подситовой части пробы и надситовой части пробы;
α - коэффициент структуры угля, определяемый по известному способу;
S - поверхность частиц угля, определяемая по известной формуле S = ;
Д - приведенный диаметр частиц угля;
γ - удельный вес угля. Целесообразность принятия данного отношения К в качестве информативного параметра обусловлена следующим. Экспериментальной оценкой коэффициента структуры угля по известному способу было установлено, что в зонах нарушенного угля кинетика газовыделения в надситовой и подситовой частях пробы незначительно отличается друг от друга: как в сосуде с надситовой, так и в сосуде с подситовой частью пробы всегда фиксируется значительный прирост давления газа с незначительной разницей между ними, причем в сосуде с подситовой частью пробы величина этого давления всегда выше, чем в сосуде с надситовой частью пробы. На ненарушенных участках шахтопласта кинетика газовыделения из обеих частей пробы более различима: прирост давления газа в подситовой части пробы гораздо более значим, чем прирост давления газа с надситовой части пробы. Величина К этого отношения при равенстве весов надситовой и подситовой частей пробы равна отношению суммы и разности их эффективных поверхностей. Для определения критического значения величины отношения К были исследованы значения этого отношения К в зонах нарушенного и ненарушенного угля. Результаты этих исследований приведены на фиг. 3, откуда следует, что критическое значение отношения К целесообразно принять равным К = 3, что соответствует точке С на фиг. 3. Большее значение принимать не целесообразно из-за опасности пропуска зон нарушенного угля, а меньшее значение К принимать не целесообразно из-за возможности ошибочного отнесения участков ненарушенного угля к зонам нарушений.

П р и м е р. По длине очистного забоя 3-й восточной лавы шахтопласта К₃^н шахты "Перевальская" отбирают пробы свежеотбитого угля. Каждую пробу просеивают через сито диаметром 3 мм. Подситовую и надситовую части пробы с помощью мерной кружки уравнивают по весу Р_< = Р_> = 250 и помещают в сосуды одинакового объема. Через 2 мин после начала их отбора пробы герметизируют. По истечении 1 мин определяют прирост давления газа в сосудах с надситовой и подситовой частями пробы. Так, в 10 м от нарушения определяют Δ Р = 800 Па и Δ Р = 600 Па, поэтому отношение K = = 7. Аналогичным образом определяют значения указанного отношения в других координатах очистного забоя. Эти значения приведены на фиг. 1 в точке а и точке б и принимают значения больше 3. Поэтому координаты очистного забоя Х = -2м и Х = 18м принимают за начало и конец зоны геологического нарушения.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет точно и без больших затрат определить границы зон нарушенного угля.

Использование: определение границ зон нарушенного угля (ГЗНУ). Сущность изобретения: в процессе определения ГЗНУ по длине горной выработки (ДГВ) отбирают пробы (П) свежеотбитого угля, содержащего газ. Каждую П просеивают через сито с диаметром ячеек 3 мм. Надситовую и подситовую части П уравнивают по весу и одновременно за одинаковый отрезок времени измеряют прирост давлений газа (ПДГ) из них в сосудах одинакового объема. По ПДГ в сосудах определяют отношение суммы ПДГ к их разности. Границы зон нарушенного угля определяют по таким координатам ДГВ, где величина отношения суммы ПДГ к их разности принимает значения больше 3. 3 ил.

СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЗОН НАРУШЕННОГО УГЛЯ, включающий отбор проб свежеотбитого газосодержащего угля, просеивание их через сито, уравнивание по весу подситовой и надситовой частей проб и одновременное за одинаковый отрезок времени измерение приростов давлений газа в сосудах одинакового объема с этими частями проб, по которым определяют показатель нарушенности угля в зоне отбора проб, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости идентификации границ зон нарушенного угля, пробы отбирают по длине выработки, а показатель нарушенности угля находят из выражения

где ΔP_< - прирост давления газа в сосуде с подситовой частью пробы, Па;
ΔP_> - прирост давления газа в сосуде с надситовой частью пробы, Па,
при этом границы зон нарушенного угля по длине горной выработки устанавливают по значению показателя нарушенности угля более 3.