Способ прогноза ресурсов шахтного метана на выемочном участке газообильной шахты Российский патент 2024 года по МПК E21B7/00 

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной отрасли, и может быть использовано для определения объёмов извлечения и утилизации ресурсов метана в угольных шахтах.

Известен способ прогноза ресурсов шахтного метана на горных отводах угольных шахт, включающий определение метаноносности пластов угля в угленосной свите, запасов угля в ней, измерение метаноносности угля с глубиной от зоны газового выветривания пород, расчёт ресурсов метана по запасам угля и метаноносности угольных пластов [Проблемы разработки метаноносных пластов в Кузнецком угольном бассейне/Ю.Н.Малышев, Ю.Л.Худин и др. - М.: Изд. Академия горных наук, 1997. – 463 с. (С.125-129, 139-146)].

Недостатком этого способа является то, что ресурсы метана определяют для всего шахтного поля, хотя только часть их может быть извлечена в разгружаемых от горного давления зонах при разработке угольного пласта.

Известен способ прогноза ресурсов шахтного метана, включающий определение запасов угля в свите, метаноносности угля с глубиной от зоны газового выветривания и ресурсов метана по запасам угля и метаноносности угольных пластов [Геотехнологические проблемы разработки опасных по газу и пыли угольных пластов /А.Д.Рубан, Г.С.Забурдяев, В.С.Забурдяев; Институт проблем комплексного освоения недр РАН. - М.: Наука, 2007. - 279с. (стр. 244-247)].

К недостаткам способа относится то, что содержащиеся в угленосных свитах ресурсы метана в пределах шахтного поля нереально извлечь, поскольку метан из угольных пластов выделяется на выемочных участках при разгрузке их от горного давления в процессе очистных работ.

Наиболее близким способом прогноза ресурсов шахтного метана является способ, включающий определение метаноносности пластов угля в угленосной свите, запасов угля в ней, изменение метаноносности угля с глубиной от зоны газового выветривания пород, установление углов разгрузки пород кровли и почвы при выемке разрабатываемого пласта, определение ресурсов метана по запасам угля, метаноносности угольных пластов и динамике снижения метанообильности [Оценка ресурсов и объемов извлечения метана при подземной разработке угольных месторождений России / А.Д.Рубан, В.С.Забурдяев и Г.С.Забурдяев. М.: Институт проблем комплексного освоения недр РАН, 2005. - 152с. (стр. 6-14, 41-42, 230)(прототип)].

Недостатком данного способа является низкая точность определения ресурсов метана на выемочном участке из-за того, что ресурсы метана определяют путем перемножения запасов угля на среднюю метаноносность угля в свите.

Технической задачей изобретения является повышение точности определения ресурсов шахтного метана за счет достоверных величин природной и остаточной метаноносности угольных пластов в свите под действием их естественной дегазации в процессе ведения очистных работ на конкретном выемочном участке шахтного поля, подвергаемого разгрузке от горного давления.

Поставленная цель достигается тем, что в способе прогноза ресурсов шахтного метана на выемочном участке, включающем определение параметров углепородного массива, метаноносности пластов угля, дебита каптируемого метана, расхода воздуха на участке и содержания в нем метана, дополнительно определяют запасы и технологические потери угля на выемочном участке пласта, измеряют интенсивность метановыделения в выработки во время разрушения угля комбайном и фоновое его выделение из обнаженных поверхностей пласта и выработанного пространства, ресурсы метана определяют по объемам его выделения в выработки и дегазационные сети участка за время ведения на нем очистных работ, при этом фоновое выделение метана устанавливают в промежутках между очередными хронометражными интервалами работы комбайна по разрушению угля, показаниям датчиков концентрации метана и расхода воздуха.

Способ осуществляют следующим образом.

На участке шахтного поля, включающем свиту угольных пластов выше и ниже разрабатываемого пласта, определяют параметры углепородного массива, метаноносность пластов угля, дебит каптируемого метана, расход воздуха на участке и содержание в нем метана. Природную метаноносность угольных пластов находят экспериментально или по зависимостям изменения ее с глубиной от зоны газового выветривания угленосных пород, либо прямым определением в шахте. При этом согласно нормативному документу устанавливают углы разгрузки пород кровли и почвы от боковых участковых выработок при отработке разрабатываемого пласта. Определяют запасы и технологические потери угля на выемочном участке.

Запасы и технологические потери угля, метаноносность угольных пластов, дебит каптируемого метана, расход воздуха на участке и содержание в нем метана определяют известными (стандартными) методами, согласно действующим нормативным документам.

Технологические потери угля слагают из составляемых его целиков под стволы, реки, железные дороги, между выемочными участками и пр.

Для определения реальных ресурсов шахтного метана, выделяющегося в пределах выемочного участка, помимо природной метаноносности пластов угля дополнительно устанавливают степень дегазации подверженных разгрузке от горного давления угольных пластов в свите как в кровле, так и в почве разрабатываемого пласта. Выполняют этот вид операции инструментально путем отбора на участке проб угля керногазоотборниками с последующим определением содержания метана в отобранном угольном керне и пересчетом его на одну тонну сухой беззольной массы. Либо используют метод на основе фактической зависимости степени дегазации угольных пластов в свите, подверженных разгрузке от горного давления в процессе очистной выемки угля отрабатываемого пласта. Эта зависимость включает степень дегазации призабойной зоны от разрабатываемого угольного пласта, предельные зоны и степень разгрузки сближенных пластов угля междупластья в кровле и почве разрабатываемого пласта в течение времени его отработки на выемочном участке.

Предельные зоны разгрузки пород кровли и почвы устанавливают экспериментально, например, по интенсивности метановыделения из сближенных пластов угля в дегазационные или специально пробуренные скважины.

Опытными работами установлено, что при интенсивной отработке пологих пластов угля при скорости движения очистного забоя 10-15 м/сут на пластах мощностью 3-3,5 м зоны предельной разгрузки пород кровли составляют 100-110 м, а почвы - 40-45 м. При выемке угольного пласта мощностью 2-2,2 м эти зоны составляют соответственно 100 м и 40 м. Углы разгрузки пород кровли и почвы в пределах выемочного участка принимают в соответствии с положениями «Инструкции по дегазации угольных шахт» (2012 г.), геологическим составом пород кровли и почвы отрабатываемого пласта.

Ресурсы метана на выемочном участке определяют с учетом запасов угля в оконтуренной плоскостями разгрузки свите угленосной толщи произведением запасов угля на сумму разностей природной и остаточной метаноносности соответствующих сближенных угольных пластов в подверженных разгрузке угленосных толщах, а ресурсы метана разрабатываемого пласта – по запасам угля и разности между природной метаноносностью пласта и остаточной метаноносностью отбитого угля на выходе из транспортной выработки выемочного участка.

Общие ресурсы метана на выемочном участке шахтного поля суммируют как ресурсы разрабатываемого и сближенных угольных пластов и вмещающих угольные пласты газоносных пород. При этом учитывают динамику снижения интенсивности метановыделения, которую устанавливают по опытным данным. Ресурсы свободного метана в породах принимают в размере 10-15% ресурсов метана разрабатываемого угольного пласта в пределах выемочного участка, либо отбирают керны и затем устанавливают содержание свободного метана в тонне газоносных пород и в объеме обрушенных пород.

Измерение расхода воздуха и содержания в нем метана производят на поступающей в лаву и исходящей из нее струе, на исходящем из выемочного участка потоке воздуха. При этом устанавливают интенсивность метановыделения в пунктах наблюдений за газовым состоянием рудничной атмосферы на выемочном участке, объемах добычи угля.

В пределах горного отвода шахты за весь срок ее работы общие ресурсы шахтного метана слагают из ресурсов отдельных выемочных участков по всем отрабатываемым пластам в угленосной свите.

Внедрение способа позволит повысить точность определения реальных ресурсов шахтного метана на выемочном участке и в целом на горном отводе шахты за весь срок ее работы.

Изобретение относится к способу прогноза ресурсов шахтного метана на выемочном участке. Техническим результатом является повышение точности определения ресурсов шахтного метана за счет достоверных величин природной и остаточной метаноносности угольных пластов. Способ включает измерение параметров углепородного массива. Также способ включает определение метаноносности пластов угля, дебита каптируемого метана, расхода воздуха и содержания в нем метана. Дополнительно определяют запасы и технологические потери угля на выемочном участке отрабатываемого пласта. Дополнительно устанавливают степень дегазации подверженных разгрузке от горного давления угольных пластов в свите кровли и в почве разрабатываемого пласта. Ресурсы метана на выемочном участке определяют с учетом запасов угля в оконтуренной плоскостями разгрузки свите угленосной толщи произведением запасов угля на сумму разностей природной и остаточной метаноносности соответствующих сближенных угольных пластов в подверженных разгрузке угленосных толщах. Ресурсы метана разрабатываемого пласта определяют по запасам угля и разности между природной метаноносностью пласта и остаточной метаноносностью отбитого угля на выходе из транспортной выработки выемочного участка. Общие ресурсы метана на выемочном участке шахтного поля суммируют как ресурсы разрабатываемого и сближенных угольных пластов и вмещающих угольные пласты газоносных пород. Также учитывают динамику снижения интенсивности метановыделения. Измерение расхода воздуха и содержания в нем метана производят на поступающей в лаву и исходящей из нее струе, на исходящем из выемочного участка потоке воздуха.

Способ прогноза ресурсов шахтного метана на выемочном участке, включающий измерение параметров углепородного массива, определение метаноносности пластов угля, дебита каптируемого метана, расхода воздуха и содержания в нем метана, отличающийся тем, что дополнительно определяют запасы и технологические потери угля на выемочном участке отрабатываемого пласта, дополнительно устанавливают степень дегазации подверженных разгрузке от горного давления угольных пластов в свите кровли и в почве разрабатываемого пласта, ресурсы метана на выемочном участке определяют с учетом запасов угля в оконтуренной плоскостями разгрузки свите угленосной толщи произведением запасов угля на сумму разностей природной и остаточной метаноносности соответствующих сближенных угольных пластов в подверженных разгрузке угленосных толщах, а ресурсы метана разрабатываемого пласта – по запасам угля и разности между природной метаноносностью пласта и остаточной метаноносностью отбитого угля на выходе из транспортной выработки выемочного участка, общие ресурсы метана на выемочном участке шахтного поля суммируют как ресурсы разрабатываемого и сближенных угольных пластов и вмещающих угольные пласты газоносных пород, при этом учитывают динамику снижения интенсивности метановыделения, при этом измерение расхода воздуха и содержания в нем метана производят на поступающей в лаву и исходящей из нее струе, на исходящем из выемочного участка потоке воздуха.