СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАНОНОСНОСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА Российский патент 2012 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в качестве исходной величины для оценки эффективности дегазации разрабатываемых пластов угля и интенсивности метановыделения из них на этапе прогноза метанообильности призабойного пространства лавы и выемочного участка.

Известен способ определения газоносности угольных пластов, который используют при геологоразведочных работах. Сущность этого способа заключается в прямом определении природной газоносности угольных пластов путем бурения скважин с поверхности, отбора пробы угля керногазонаборником, дегазации промывочной (буровой) жидкости и отобранной пробы (керна) угля [1].

Недостатком этого способа является большая трудоемкость.

Известен способ определения природной газоносности угольных пластов по данным газовых съемок в горных выработках шахт. Способ заключается в измерениях расхода воздуха в сети горных выработок выемочных участков, содержания в нем метана, установлении газового баланса выемочного участка и последующем определении метаноносности пласта расчетным методом [2].

Недостатками этого способа являются большой объем проведения газовоздушных съемок и невысокая точность определения метаноносности пласта.

Известен способ определения газоносности угольного пласта, включающий измерения газовыделения из проведенной полости в пласте в два этапа на основе замеров расхода газовоздушной смеси, определение остаточной газоносности отбитого угля, установление показателей газоотдачи пласта при проходке полости (скважины) и определение газоносности пласта с использованием расчетных формул [3].

Недостатками этого способа являются проведение измерений в проводимой скважине в два этапа, определение показателей газоотдачи пласта и отбитого угля, привлечение многочисленных формул для расчета исходных данных, невысокая точность определения входящих в расчетные формулы показателей в течение кратковременности бурения участков скважины.

Известен способ определения газоносности пласта на основе отбора из массива углегазовой пробы, измерения газовыделения из отобранной пробы угля в два этапа, приведения углегазовой пробы после первого этапа измерений в состояние сорбционного равновесия, выпуска газов в атмосферу в течение времени, равного интервалу между отторжением пробы угля от массива и началом измерения газовыделения из нее, повторного измерения газовыделения в течение времени, равного времени первого измерения газовыделения, определения газоносности пласта по формуле, включающей исходные данные измерений [4].

Недостатками способа являются многоэтапность измерений газовыделения, необходимость приведения пробы в состояние сорбционного равновесия, соблюдение временных режимов измерения газовыделения и определение газоносности угля при сорбционном равновесии и остаточного содержания газов в отбитом угле, что не способствует точности определения газоносности пласта.

Наиболее близким по технической сути является способ определения метаноносности угольного пласта, включающий образование полости в плоскости угольного пласта, удаление из полости отбитого угля, измерение расхода метана, определение в отобранном угле содержания летучих веществ, микрокомпонентов фюзинита и витринита, установление зависимости интенсивности обратной величины удельного метановыделения из полости во времени и метаноносности пласта с учетом коэффициента пропорциональности в выявленной зависимости и величины начального удельного метановыделения [5].

Недостатком данного способа является то, что нет необходимости определять в отобранном угле содержание летучих веществ, микрокомпонентов фюзинита и витринита, численные величины которых в пределах угольного пласта и шахтного поля существенных изменений не претерпевают. Более того, способ не позволяет определять метаноносность угольного массива в зоне выемки угля комбайном.

Целью изобретения является установление величины метаноносности угольного пласта в зоне выемки угля комбайном, то есть величины метаноносности в полосе заходки, определяющей интенсивность метановыделения из разрабатываемого пласта при работе комбайна.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения метаноносности угольного пласта, включающем проведение дегазационных скважин в плоскости угольного пласта на участке ведения очистных работ, измерение расхода метановоздушной смеси из скважин и содержания в ней метана, определение показателей газоотдачи пласта в скважины и объема извлеченного метана из него за время дегазации, дополнительно в нерабочую смену измеряют расход воздуха и содержание в нем метана на выходе из лавы, устанавливают протяженность зоны разгружаемого от горного давления массива угля впереди очистного забоя и запасы метана в ней, определяют степень дегазации пласта скважинами и естественной дегазации разгружаемого массива угля, после чего с учетом суммарной степени дегазации пласта и природной его метаноносности определяют метаноносность угольного массива в зоне выемки угля очистным комбайном, также устанавливают степень дегазации пласта скважинами по объемам извлеченного метана и его запасам на дегазируемом скважинами участке пласта и степень естественной дегазации разгружаемого массива угля впереди очистного забоя - по измеренному расходу метана в потоке воздуха на выходе из лавы, продолжительности отработки зоны пласта, подверженной естественной дегазации, и запасам метана в ней, а объемы извлечения метана из пласта на участке предварительной дегазации определяют с использованием показателей газоотдачи пласта в дегазационные скважины.

Способ осуществляют следующим образом.

На участке шахтного поля в плоскости разрабатываемого угольного пласта проводят дегазационные скважины, периодически измеряют из них расход метановоздушной смеси и содержание в ней метана, которые используют для определения расхода метана из пробуренных скважин. После обработки полученных данных устанавливают зависимость обратной величины интенсивности удельного метановыделения 1/g от времени t функционирования скважин

где k - коэффициент (м²/м³) характеризует газодинамические и фильтрационные свойства угольного пласта при его дегазации скважинами;

b - коэффициент , обратная величина которого характеризует величину интенсивности начального удельного метановыделения из угольного пласта в дегазационные скважины;

g - интенсивность удельного метановыделения в скважины ;

t - продолжительность функционирования скважин, сут.

Произведение численных значений коэффициента k и g₀ определяет скорость a (сут^-1) снижения метановыделения из дегазационных скважин от времени их функционирования

где величины g₀ и a, являющиеся показателями газоотдачи угольного пласта в дегазационные скважины, используют для определения удельного объема (м³/м²) извлеченного метана из пласта через скважины за время дегазации t (сутки)

где ln - обозначение натурального логарифма.

Количество извлеченного из пласта метана G_c (м³) за время t (сутки) определяют по формуле

где l_c - полезная длина скважины, м;

m - мощность дегазируемого пласта, м;

N - число пробуренных на участке пластовых скважин, шт.

Степень к_c (доли ед.) предварительной дегазации угольного пласта скважинами, функционирующими в течение времени t, определяют по формуле

где W - запасы метана на дегазируемом скважинами участке пласта, м³; устанавливают произведением запасов угля (Z, т) на дегазируемом участке и метаноносности пласта (X, м³/т с.б.м.), определенной при геологоразведочных работах или другим способом.

Степень к_е (доли ед.) естественной дегазации массива угля впереди очистного забоя, обусловленной разгрузочным влиянием горного давления, устанавливают путем определения протяженности зоны l_з.р (м) разгрузки пласта, продолжительности t_з.p (сут) отработки этой зоны, измерения в нерабочую (ремонтную) смену расхода воздуха на выходе из лавы и содержания в нем метана, то есть степень естественной дегазации массива угля впереди очистного забоя определяют по формуле

где G_з.р - количество метана, выделившегося из разгружаемого забоем угольного массива, м³;

W_з.р - запасы метана в пределах зоны разгрузки, м³.

I - интенсивность метановыделения из обнаженного очистным забоем угольного пласта (по данным измерения расхода воздуха и содержания в нем метана на выходе из лавы в нерабочую смену), м³/мин;

t_{з_р} - продолжительность отработки пласта в пределах зоны разгрузки от горного давления, сут.

где l_з.р - протяженность зоны разгрузки, м;

V_оч - скорость подвигания очистного забоя, м/сут.

Запасы метана в пределах зоны разгрузки пласта определяют по формуле

Протяженность зоны разгрузки пласта очистным забоем устанавливают по показаниям гидродатчика, либо по динамике метановыделения из пластовой скважины, пробуренной параллельно линии очистного забоя.

Для определения интенсивности метановыделения I (м³/мин) измеряют 3-4 раза расход воздуха Q_в (м³/мин) на выходе из лавы и содержание с (%) метана в нем в нерабочую смену (без работы комбайна по отбойке угля)

где Q_в - расход воздуха, м³/мин;

c - концентрация метана, %.

Суммарную степень к_д.пл (доли ед.) дегазации пласта за счет предварительной (скважинной) и естественной (разгрузка массива от горного давления) определяют по формуле

где к_с - степень дегазации пласта скважинами, доли ед.;

к_е - степень естественной дегазации угольного массива, доли ед.

Метаноносность Х_в (м³/т с.б.м.) пласта в зоне выемки угля очистным комбайном определяют по зависимости

где X - природная метаноносность угольного пласта, м³/т с.б.м.

Источники информации

1. Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геологоразведочных работах. М.: Недра, 1977. - 96 с.

2. Там же, стр. 96.

3. Авторское свидетельство СССР №836365, М.Кл.³, E21F 7/00, E21F 5/00, Бюл. №21, 1981 г.

4. Патент РФ №2015348, C1, 5E21F 7/00, Бюл. №12, 1994 г.

5. Патент РФ №2372484, C1, МПК E21F 5/00, Бюл. №31, 2009 г. (прототип).

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для оценки эффективности дегазации разрабатываемых пластов угля и интенсивности метановыделения из них. Способ включает проведение дегазационных скважин в плоскости угольного пласта на участке ведения очистных работ, измерение расхода метановоздушной смеси из скважин и содержания в ней метана, определение показателей газоотдачи пласта в скважины и объема извлеченного метана из него за время дегазации. Дополнительно в нерабочую смену измеряют расход воздуха и содержание в нем метана на выходе из лавы, устанавливают протяженность зоны разгружаемого от горного давления массива угля впереди очистного забоя и запасы метана в ней, определяют степень дегазации пласта скважинами и естественной дегазации разгружаемого массива угля. Определяют метаноносность угольного массива в зоне выемки угля очистным комбайном. При этом степень дегазации пласта скважинами устанавливают по объемам извлеченного метана и его запасам на дегазируемом скважинами участке пласта, степень естественной дегазации разгружаемого массива угля впереди очистного забоя - по измеренному расходу метана в потоке воздуха на выходе из лавы, продолжительности отработки зоны пласта и запасам метана в ней. Объемы извлеченного метана из пласта на участке предварительной дегазации определяют с использованием показателей газоотдачи пласта в дегазационные скважины. Технический результат заключается в обеспечении возможности определения метаноносности угольного массива в зоне выемки угля комбайном. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ определения метаноносности угольного пласта, включающий проведение дегазационных скважин в плоскости угольного пласта на участке ведения очистных работ, измерение расхода метановоздушной смеси из скважин и содержания в ней метана, определение показателей газоотдачи пласта в скважины и объема извлеченного метана из него за время дегазации, отличающийся тем, что дополнительно в нерабочую смену измеряют расход воздуха и содержание в нем метана на выходе из лавы, устанавливают протяженность зоны разгружаемого от горного давления массива угля впереди очистного забоя и запасы метана в ней, определяют степень дегазации пласта скважинами и естественной дегазации разгружаемого массива угля, после чего с учетом суммарной степени дегазации пласта и природной его метаноносности определяют метаноносность угольного массива в зоне выемки угля очистным комбайном.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень дегазации пласта скважинами устанавливают по объемам извлеченного метана и его запасам на дегазируемом скважинами участке пласта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень естественной дегазации разгружаемого массива угля впереди очистного забоя устанавливают по измеренному расходу метана в потоке воздуха на выходе из лавы, продолжительности отработки зоны пласта, подверженной естественной дегазации, и запасам метана в ней.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что объемы извлечения метана из пласта на участке предварительной дегазации определяют с использованием показателей газоотдачи пласта в дегазационные скважины.