Способ прогноза метанообильности отработанного пространства Российский патент 2020 года по МПК E21F17/00 

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для прогноза объемов выделения метана из сближенных пластов угля в отработанное ранее пространство на выемочном поле.

Известен способ, включающий пройденные выработки на ранее отработанном участке выемочного поля, его геометрические параметры, бурение дегазационных скважин на сближенные пласты угля, разгрузку сближенных пластов от горного давления (Инструкция по дегазации угольных шахт. ЗАО НТЦ ПБ, 2012. - 250 с.; стр. 119, 142, 174).

Этому способу присущи недостатки, которые заключаются в том, что отсутствуют технические операции по определению объемов метана, выделившегося из сближенных пластов угля в отработанное ранее пространство.

Известен способ, включающий прогноз газоносности углепородного массива, горнотехнические условия разработки угольных пластов, бурение дегазационных скважин и извлечение метана из выработанного пространства (Артемьев В.Б., Рубан А.Д. и др. Промышленный регламент технологии извлечения и утилизации шахтного метана в процессе разработки высокогазоносных угольных пластов подземным способом. Уголь, 2010. - №2.- С. 18-20).

Недостатком способа является отсутствие операций по динамике естественной дегазации сближенных пластов угля и объемов выделения из них метана в выработанное пространство ранее отработанного участка.

Наиболее близким является способ прогноза ресурсов угольного метана на участке ликвидируемой шахты, включающий пройденные выработки на ранее отработанном участке, его геометрические параметры, показатели газового состояния углепородных массивов кровли и почвы пласта, определение метаноносности сближенных пластов угля и углов их разгрузки от горного давления (Патент RU, №2604533 С2, М. Кл. E21F 17/00. «Способ прогноза ресурсов угольного метана на участке ликвидируемой шахты» /В.С. Забурдяев. Опубл. 10.12.2016. Бюл. №34. Прототип).

К недостаткам данного способа следует отнести невозможность установления динамики разгрузки и естественной дегазации сближенных угольных пластов, залегающих в кровле и почве отрабатываемого пласта, следовательно, и метанообильности пространства ранее отработанного участка на выемочном поле.

Технической задачей изобретения является прогноз метанообильности пространства ранее отработанной части выемочного поля за счет выявления динамики разгрузки и естественной дегазации угля на выделенных участках сближенных угольных пластов в кровле и почве разрабатываемого пласта на выемочном поле с учетом горно-геологических и горнотехнических условий и параметров залегания свиты угольных пластов.

Поставленная цель достигается тем, что в условиях стратиграфического разреза углевмещающей толщи, параметров залегания, мощности, метаноносности и сроков отработки лавы выделяют в сближенном пласте кратные длине лавы участки по направлению ее движения, устанавливают в них динамику разгрузки и естественной дегазации угля на выделенных участках сближенных пластов угля, залегающих в кровле и почве разрабатываемого пласта, при этом на участке ранее отработанной лавы по ее размерам, природной и остаточной метаноносности угля на выделенных участках в сближенных пластах определяют объемы выделившегося из них метана в отработанное ранее пространство на действующем выемочном поле.

Способ реализуют следующим образом.

На ранее отработанном участке выемочного поля, при его геометрических параметрах (длина, ширина, мощность пласта), показателях газового состояния углепородных массивов кровли и почвы разрабатываемого пласта, углах их разгрузки от горного давления и измеренных природной и остаточной метаноносности выделяют в сближенных пластах кратные длине отработанной лавы участки по направлению ее движения, затем устанавливают в них природную метаноносность, динамику разгрузки и естественной дегазации анализируемого сближенного пласта под воздействием горного давления и остаточную его метаноносность.

При отработке разрабатываемого пласта лавами по простиранию природную и остаточную метаноносности сближенного пласта устанавливают как средние величины в целом по пласту и выделенным участкам сближенного пласта, а при разработке пласта лавами по восстанию или падению их числовые показатели метаноносности для выделенных участков определяют с учетом глубины залегания от поверхности путем прямых измерений стандартными методами, либо по опытным данным или расчетам. Углы разгрузки сближенных пластов угля устанавливают в соответствии с положениями Инструкции по дегазации угольных шахт (2012 г.).

Объемы выделившегося метана из выделенных участков i-гo сближенного пласта в отработанное ранее пространство устанавливают по формуле

где W - объем выделившегося метана из участка сближенного угольного пласта в отработанное пространство, м³;

х и - соответственно метаноносность угля выделенного участка i-гo сближенного пласта до и после разгрузочного действия на него горного давления, м³/т с.б.м.

b и L - соответственно ширина и протяженность участка, подверженного разгрузочному действию горного давления на выделенный участок i-гo сближенного пласта угля, м;

m - мощность угля i-ro сближенного пласта, м;

γ - объемная масса угля i-гo сближенного пласта, м³/т с.б.м.;

к_е - коэффициент естественной дегазации сближенного пласта, доли ед.;

n - число подверженных разгрузке от горного давления участков сближенного пласта угля на выемочном поле.

Объемы метана по формуле (1) увеличивают на число выделенных участков в i-ом сближенном пласте угля, а поступившие объемы метана из всех выделенных участков сближенного пласта угля в отработанное пространство исследованной лавы - как общие объемы метана, выделившегося в отработанное пространство из всех участков сближенного пласта, подверженных разгрузочному влиянию горного давления и, следовательно, естественной дегазации подработанных и надработанных угольных массивов. Общие объемы метана, выделившегося из общего числа сближенных пластов, в исследуемый ранее отработанный участок выемочного поля суммируют по всем сближенным пластам, подверженным разгрузке и естественной дегазации.

Опытными работами на шахтах установлено, что на выемочном поле разрабатываемого пласта при его отработке лавами по восстанию на участке действующей лавы объемы выделившегося метана составили 40,9 млн м³, а на смежных с ним трех участках по времени их старения - 11,2, 4,6 и 2,8 млн м³ метана. Из подрабатываемых и надрабатываемых пластов угля на ранее отработанных 3-х участках выемочного поля выделилось 6,2 и 4,5 млн м³, 2,1 и 2,4, 1,0 и 1,8 млн м³ метана соответственно из менее и более удаленных от действовавшего участка по добыче угля. На шахте с отработкой разрабатываемого пласта лавами по простиранию в ранее отработанное пространство (третьей от действовавшей лавы по очереди отработки) выделилось 6,8 млн м³ метана, в том числе из подрабатываемых пластов 3,6 и надрабатываемых 3,3 млн м³ метана. Приведенные данные по выделению метана впечатляют своими объемами.

Внедрение способа позволит установить динамику разгрузки и естественной дегазации сближенных пластов угля, залегающих в кровле и почве разрабатываемого пласта, и на ранее отработанном участке выемочного поля. Объемы выделившегося метана в пространство ранее отработанной лавы явятся объектом извлечения средствами искусственной дегазации и последующей утилизации метана. Предотвращаются скопления больших объемов метана, которые могут создать предпосылки к мощным взрывам метановоздушных смесей в шахтах, что в отрасли наблюдалось неоднократно.

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использован для определения объемов выделения метана в ранее отработанные пространства. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ в метанообильных шахтах. Способ включает пройденные выработки на ранее отработанном участке, его геометрические параметры, показатели газового состояния углепородных массивов кровли и почвы пласта, углы их разгрузки от горного давления и измерение остаточной метаноносности сближенных пластов угля. При этом по параметрам залегания и мощности, метаноносности, срокам отработки лавы выделяют в сближенном пласте кратные длине лавы участки по направлению движения лавы, устанавливают в них динамику разгрузки и естественной дегазации сближенного пласта угля, при этом по размерам и остаточной метаноносности участков в сближенном пласте определяют объемы выделившегося из них метана в отработанное ранее пространство.

Способ прогноза метанообильности отработанного пространства, включающий пройденные выработки на ранее отработанном участке, его геометрические параметры, показатели газового состояния углепородных массивов кровли и почвы пласта, углы их разгрузки от горного давления и измерение остаточной метаноносности сближенных пластов угля, отличающийся тем, что по стратиграфическому разрезу углевмещающей толщи, параметрам залегания, мощности, метаноносности, срокам отработки лавы выделяют в сближенном пласте кратные длине лавы участки по направлению движения лавы, устанавливают в них динамику разгрузки и естественной дегазации сближенного пласта угля, при этом по размерам и остаточной метаноносности сближенных пластов определяют объемы выделившегося из них метана в отработанное ранее пространство по формуле

где W - объем выделившегося метана из участка сближенного угольного пласта в отработанное пространство, м³;

х и - соответственно метаноносность выделенного участка i-го сближенного пласта до и после разгрузочного действия на него горного давления, м³/т с.б.м.

b и L - соответственно ширина и протяженность участка, подверженного разгрузочному действию горного давления на выделенный участок i-го сближенного пласта угля, м;

m - мощность угля i-го сближенного пласта, м;

γ - объемная масса угля i-го сближенного пласта, м³/т с.б.м.;

к_е - коэффициент естественной дегазации сближенного пласта, доли ед;

n - число подверженных разгрузке от горного давления участков сближенного пласта угля на выемочном поле.