СПОСОБ ПРОГНОЗА ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА В МЕСТЕ ВСКРЫТИЯ Российский патент 1996 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при вскрытии угольных пластов.

Известен способ прогноза выбросоопасности угольного пласта в месте вскрытия, включающий бурение разведочных скважин при приближении забоя вскрывающей выработки к угольному пласту на расстояние не менее трех метров по нормали для измерения газового давления и отбора проб угля. Выбросоопасность пласта определяется по трем-четырем пробам. Давление газа измеряется не менее чем в двух скважинах, пробуренных на расстоянии не менее трех метров. Наблюдение за давлением газа проводят в течение нескольких суток до установления его максимального значения (см. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. М. 1989).

Недостатком способа является то, что показатель выбросоопасности определяется в двух-трех точках впереди забоя вскрывающей выработки, а по нему оценивается выбросоопасность всего забоя и окружающей его зоны, что снижает достоверность способа.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ прогноза выбросоопасности угольных пластов в месте вскрытия, включающий бурение двух скважин на расстоянии не более 1 м от кутков выработки до полного пересечения пласта для определения скорости газовыделения и отбора проб угля. Максимальную скорость газовыделения замеряют в интервале времени до момента ее падения, а по отобранным пробам угля определяют величину иодного показателя. По этим двум показателям осуществляют прогноз выбросоопасности пласта (см.а.с. СССР N 1167356, К 21 F 5/00, 1985).

Недостатком способа является низкая достоверность, связанная с тем, что прогноз осуществляют по показателям выбросоопасности, полученным в двух точках вскрываемого пласта, и на этом основании прогнозируют выбросоопасность всего пласта в месте вскрытия.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании способа прогноза выбросоопасности угольного пласта в месте вскрытия по размерам разгружаемой зоны впереди вскрывающей выработки.

Для этого в известном способе прогноза выбросоопасности угольного пласта в месте вскрытия, включающем бурение разведочных скважин до полного пересечения угольного пласта, измерение скорости газовыделения из скважин и определение показателя выбросоопасности, скорость газовыделения из скважин измеряют в интервале времени до момента ее стабилизации, бурение второй скважины производят после стабилизации скорости газовыделения из первой скважины, по измеренным значениям скорости газовыделения с помощью номограммы определяют радиус разгруженной зоны R, сравнивают его с безопасным радиусом R_б и относят часть пласта в месте вскрытия к выбросоопасной, если R≥R_б.

Для построения номограммы, с помощью которой определяют радиус разгруженной зоны, использовалась зависимость, характеризующая интерференцию скважин, т.е. влияние газовыделения из первой скважины на газовыделение из второй (см. Л. С.Лейбензон. Собрание трудов. Том. II. Подземная гидрогазодинамика, М. Изд-во Академии наук СССР, 1953, с. 544):

где g₁ скорость установившегося газовыделения из первой скважины, л/мин;
g₂ скорость установившегося газовыделения из второй скважины, л/мин;
R радиус зоны питания скважины (разгруженной зоны), м;
2a расстояние между скважинами, м;
ρ радиус скважины, м.

Это соотношение используется в газовой промышленности для выбора оптимального расстояния между скважинами, чтобы избежать подсоса при наиболее полном использовании месторождения в известных его границах. Выбор соотношения для построения номограммы основан на существующих воззрениях о фильтрационных особенностях углей выбросоопасных пластов. Газопроницаемость угля в нетронутом массиве близка к нулю. Выделение газа в скважину происходит лишь из разгруженной зоны, образованной влиянием выработки, мероприятий по предотвращению выбросов и самой скважины. Наличие и размеры такой зоны позволяют судить о безопасности дальнейших работ по вскрытию пласта.

Номограмма для определения радиуса разгруженной зоны построена следующим образом. Принят стандартный диаметр скважины d=43 мм, обычный для рабочих скважин Донбасса, т.е. r=0,00225 м. Серия кривых рассчитана для расстояний между скважинами 2а, где а 0,2 м; 0,25 м; 0,30 м; 0,35 м.1,0 м. Шаг радиуса разгруженной зоны взят 0,1 м, т.е. значение при фиксированном а рассчитывается для R 0,2; 0,3; 0,4.10,0 м. Вычисленные значения , наносят на номограмму.

На фиг. 1 представлена номограмма для определения радиуса разгруженной зоны R, где g₁ и g₂ установившееся газовыделение из первой и второй скважины; ρ радиус скважины; a расстояние между скважинами. На фиг.2 изображена схема осуществления способа. На фиг.3 схематически изображено расположение разгруженных зон.

Способ осуществляется следующим образом. При приближении забоя вскрывающей выработки 1 на расстояние не более 2,0 м по нормали к угольному пласту 2 бурят скважину 3 до полного пересечения пласта 2 для определения скорости газовыделения, герметизируют ее с помощью глиняной забойки или специальных герметизаторов таким образом, чтобы длина измерительной камеры была равна мощности пласта. После этого каким-либо прибором для измерения скорости газовыделения (например, ПГ-2МА) определяют скорость газовыделения через каждые 5-10 мин до ее стабилизации (примерно в течение 1-1,5 ч). При быстром изменении скорости газовыделения интервал между измерениями уменьшают до 1-2 мин. Затем бурят вторую скважину 4, расположенную от первой на фиксированном расстоянии 2а (a<R), (а 20, 25, 30, 35, 40.100 см). Для условий Донбасса a_min≈20 см. Значение a_max определяется техническими условиями и ориентировочным значением R. Измерения скорости между скважинами определяют с точностью не менее 5% После этого по значению по номограмме определяют радиус разгруженной зоны R и сравнивают его с безопасным R_б (см. Инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. М. 1989, с.87-89). Часть пласта в месте вскрытия относят к невыбросоопасной, если R>R_б.

Пример конкретного выполнения способа.

Способ был опробован на пласте h87

шахты им. Газеты "Социалистический Донбасс". Бурение первой скважины производилось при приближении вскрывающей выработки к угольному пласту на расстояние 2 м по нормали. Скорость газовыделения из скважины измерялось до ее стабилизации (g₁=1,2 л/мин), затем на расстоянии 2а= 0,6 м была пробурена вторая скважина, скорость газовыделения из которой составила g₂=0,82 л/мин. Определив величину и зная значение а=0,3 м, по номограмме находим R=10,1 м.

Учитывая ширину выработки, равную 4,8 м, пользуясь "Инструкцией по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа", определяем R_б
R_б=(4,8/2-0,3)+4,0=6,1 м.

Часть пласта в месте вскрытия относим к невыбросоопасной, так как R>R_б. ЫЫЫ2

Изобретение позволяет осуществлять прогноз выбросоопасности по размерам разгруженной зоны впереди вскрывающей выработки. При приближении забоя вскрывающей выработки к угольному пласту бурят разведочную скважину до полного пересечения этого пласта. Скорость газовыделения g₁ из скважины измеряют до ее стабилизации. Затем бурят вторую скважину и аналогичным образом измеряют скорость газовыделения g₂. По значению отношения по номограмме определяют радиус разгруженной зоны R и сравнивают его с безопасным R_б. Часть пласта в месте вскрытия относят к невыбросоопасной, если R>R_б. 3 ил.

Способ прогноза выбросоопасности угольного пласта в месте вскрытия, включающий бурение разведочных скважин до полного пересечения угольного пласта, измерение скорости газовыделения из скважин и определение показателя выбросоопасности, отличающийcя тем, что предварительно строят номограмму зависимости величины радиуса разгруженной зоны от скорости газовыделения из скважин, бурение второй разведочной скважины производят после стабилизации скорости газовыделения из первой скважины, скорость газовыделения из скважины измеряют в интервале времени до момента ее стабилизации, а в качестве показателя выбросоопасности по измеренным значениям скорости газовыделения с помощью номограммы определяют радиус разгруженной зоны, который сравнивают со значением радиуса безопасной разгруженной зоны, при этом последний определяют из соотношения
R_б=(B/2-a) + S_б, м,
где R_б радиус безопасной разгруженной зоны, м;
B ширина выработки, м;
а половина расстояния между скважинами, м;
S_б минимальное безопасное расстояние, измеряемое от стенки подготовительной выработки (S_б=4,0 м),
и относят часть пласта в месте вскрытия к невыбросоопасной, если величина радиуса разгруженной зоны превышает величину радиуса безопасной разгруженной зоны R больше R_б.