Способ оценки выбросоопасности угольного пласта Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке угольных пластов, склонных к вне запньпи выбросам угля и газа.

Известен способ оценки выбросоопас- ности угольного пласта, основанный на определении его газоносности, включающий поинтервальное бурение шпуров, герметизацию их устья, измерение на каждом интервале бурения шпура объема выделившегося газа, измерение газовыде- ления из стенок шпура соответственно до и после бурения каждого интервала шпура.

Недостатком данного способа является относительно невысокая надежность, поскольку при отборе штыба для определения

остаточной газоносности лабораторным способом значительная часть газа теряется.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ оценки выбросоо- пасности угольного пласта, основанный на определении газоносности угольного массива, включающий в себя бурение контроль- ных шпуров, измерение объема выделившегося газа и оценку уровня выбро- соопасности пласта по значению его газоносности.

Недостатком способа является невысокая его надежность, поскольку сам по себе уровень газовыделения может ни о чем не

VJ ел

со ел ч

говорить, так как контрольным шпуром можно пересечь суфляр, зону угля, склонную к интенсивному отжиму с повышенным газовыделением, и т.д. Поэтому более надежный прогноз должен основываться на оценке .газоносности в целом, в т.ч. в зоне выемки ив глубине массива, охватывая глубину зЪны пластических деформаций.

Целью изобретения является повышение надежности оценки выбросоопасности угольного пласта.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем бурение шпуров, их герметизацию, измерение относительного газовыделения из шпура, определение газоносности пласта и оценку выбросоопасности этого пласта, определяют предварительно глубину Отжима пласта, глубину зоны опорного давления, измеряют относительное газовыделение из призабой- ного пространства, бурение шпуров производят на глубину зоны опорного давления, при этом измерение относительного газовыделения из шпура производят непрерывно и одновременно измерением относительного газовыделения из приза- бойного пространства в каждом цикле вы- eMKVi пласта и при возрастании глубины отжима пласта, относительного газсдзыделе- ния из шпура и призабойного пространства в последующем цикле выемки пласт относят к невыбросоопасному, при неизменных значениях глубины отжима и относительного газовыделения из шпура и возрастании относительного газовыделения из призабойного пространства угольный пласт считают выбросоопасным, а при уменьшении глубины отжима и относительного газовыделения из шпура и возрастании относительного газовыделения из призабойного пространства угольной пласт считают особо выбросоопасным. С целью обеспечения безопасного расположения штрека относительно лавы путем установления зон повышенной и пониженной газодинамической активности угольного пласта шпур бурят впереди забоя лавы и определяют расстояние, на котором относительное газовыделение из шпура принимает экстремальное значение.

На фиг.1 схематически представлено расположение оборудования, необходимого для осуществления способа; на фиг.2 - график изменения относительного газовыделения из шпура (кривая 9) по Мере перемещения очистного забоя; на фиг.З - график изменения относительного газовыделения из шпура (кривая 9) и призабойного пространства (кривая 10), на фиг.4 - схема воздушного эжектора для снижения

концентрации метана в устье скважины; на фиг.5 - вид А на фиг.4.

Способ осуществляют следующим образом,

С штрека 1 осуществляют бурение шпура 3 в пласте 2 на глубину 20-25 м. В шпуре 3 устанавливают газоотводящую металлическую трубку 4, например медную, диаметром 6-8 мм и оборудуют газовую камеру 5

0 длиной 0,5-1,0 м. Конец трубки 4, выходящий из шпура 3, перфорируют, т.е. по ее периметру пробивают отверстия диаметром 0,05-2 мм. Отверстия располагают на расстоянии 3-5 мм друг от друга. Длину перфо5 рированного конца трубки 4 принимают равной 10-15 см. При необходимости уменьшить длину перфорированной части трубки 4 ее перекрывают с помощью резиновой трубки диаметром 4-6 мм. Газовая

0 камера 5 должна находиться вне зоны влияния штрека на угольный пласт, т.е. не менее чем 10-12 м от штрека. Вблизи устья шпура 3 оборудуют отстойник 6 со смесительной камерой 7, установленной на изме5 рительной аппаратуре 8, в качестве которой используется серийно выпускаемый датчик ДМТ-3, последний передает данные измерений относительного газовыделения из шпура на стойку с самописцем на поверхно0 сти шахты (кривая 9). На этот же самописец выводятся данные измерений относительного газовыделения ife призабойного пространства с помощью второго датчика ДМТ-3 (кривая 10). В смесительной камере

5 7 происходит снижение фоновой концентрации метана примерно до 0,5%, что необходимо для надежной работы датчика ДМТ-3 (концентрация метана в измерительной камере датчика не должна превышать

0 2,5%.

Через трубку 4 с помощью прибора ПГ- 2 МА производят измерение скорости газовыделения из шпура 3. Сразу после герметизации шпура скорость газовыделе5 ния из него может составлять 2-5 л/мин. Через 0,5-1 ч скорость газовыделения уменьшается до 0,10-0,20 л/мин и менее и трубку 4 подключают к аппаратуре 8. При этом самописец на поверхности шахты за0 писывает по мере перемещения забоя кривую 9 (фиг.2), которую условно разбивают на ряд отрезков, характеризующих различное состояние угольного пласта; в-б - участок сжатого угля; б-в-переходный участок; в-е

5 -участок перемятого угля; е-с - зона ориентированных трещин; е-ж - зона нетронутого массива. При этом зона начала .глубинного отжима в призабойной части угольного пласта, как правило, находится согласно кривой 9 (фиг.2) на ее участке с-г,

т.е. на этом участке определяют глубину отжима.

При высокой газоносности пласта и большом газовыделении из шпура (более 20-25 л/мин) необходим более надежный источник уменьшения фоновых значений концентрации газа в шпуре, чем смесительная камера. Для этого в устье шпура 3 вместо смесительной камеры 7 устанавливают эжектор, соединенный с газоотводящей трубкой 4. В эжектор по шлангу 11 подается заданное количество сжатого воздуха, который, выходя из сопла 12, разжимает метан, поступающий из трубки 4 в отводящий трубопровод 13, а оттуда газовоздушная смесь нужной концентрации поступает в измерительную аппаратуру 8. Периодически из эжектора удаляют пыль путем снятия крышки 14 в отстойнике 15. Забойный герметизатор 16 служит для установки и крепления эжектора в устье шпура 3.

Необходимое количество воздуха определяют из расчета обеспечения предельной концентрации газа, на которую рассчитан используемый датчик Например, для датчика АКМ-ДМТ-3 предельная концентрация газа равна 2,5%. Тогда необходимое количество сжатого воздуха определяется из выражения:

п

100 Qr

ОГ + QB ;

где Qr - количеЪтво выделяющегося из шпура метана, л/мин.;

п - предельно допустимая концентрация метана в смеси;

QB - необходимое количество воздуха, л/мин.

Из выражения (1) следует

QB Qr .

Приняв Qr равным 20 л/мин и п 2,5%, из зависимости (2) получим:

QB 0,78 м3/мин ,

Глубину отжима пласта определяют путем поинтервального бурения шпуров на глубину зоны опорного давления и измерения скорости газовыделения. При этом длину зоны отжима (разгрузки) устанавливают по динамике газовыделения. Затем осуществляют выемку угля. После каждого цикла выемки угля забой приближается к месту расположения газовой камеры 5 в шпуре 3, при этом, как показано на фиг 2, концентрация метана, фиксируемая датчиком ДМТ-3 из шпура возрастает от фоновой до 1,5- 2,0%

Концентрация метана в призабойном

пространстве (фиг.З, кривая 10) возрастает от фонового уровня до 1.0-1,5%. В обоих случаях фиксируют максимальные концентрации газа. Перед выемкой следующего цикла вновь определяют глубину зоны отжима и в процессе выемки фиксируют максимальные концентрации метана у шпура и в призабойном пространстве,

Пользуясь графиком изменения относительного газовыделения из шпура (кривая 9)

5 и призабойного пространства (кривая 10), изображенным на фиг.З. производят оценку выбросоопасности угольного пласта Если глубина отжима, относительное газовыделение из шпура и призабойного пространст0 ва возрастают по сравнению с предыдущим циклом в выемки (отрезки К-0 и К -О ), то пласт относят к невыбросоопасному. При неизмененных значениях глубины отжима (отрезок Л-М) и относительного газовыде5 ления из шпура и возрастании относительного газовыделения из призабойного пространства (отрезок /l -M ) угольный пласт считают выбросоопасным При уменьшении глубины отжима и относительного

0 газовыделения из шпура (отрезок М-Р) и возрастании относительного газовыделения из призабойного пространства (отрезок М - Р ) пласт считают особо выбросоопасным.

5 Для обеспечения безопасного расположения штрека относительно лавы производят замер концентрации газа вблизи шпура 3, который расположен на границе зоны опорного давления или за ее пределами. По

0 мере приближения забоя к газовой камере 5 шпура 3 фиксируют изменение концентрации метана (фиг.2) по сравнению с фоновой, т.е более 0,5%.

Определяют расстояние от забоя лавы,

5 на котором зафиксированы максимальные концентрации метана. На этом расстоянии впереди очистного забоя горное давление проявляется наиболее активно, поэтому забой откаточного штрека впереди лавы рас0 полагают на расстоянии, большем или меньшем указанного расстояния. Например, если расстояние, на котором зафиксирована максимальная концентрация метана, равно 15 м, то забой откаточного

5 штрека располагают на расстоянии, большем или меньшем 15 м.

Формула изобретения 1. Способ оценки выбросоопасности угольного пласта, включающий бурение шпуров, их герметизацию, измерение относительного газовыделения из шпура, определение газоносности пласта и оценку вы- бросоопасности этого пласта, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности оценки выбросоопасности угольного пласта, определяют предварительно глубину отжима пласта, глубину зоны опорного давления, измеряют относительное газовыделение из призабой- ного пространства, бурение шпуров произ- водят на глубину зоны опорного давления, при этом измерение относительного газовыделения из шпура производят непрерывно и одновременно с измерением относительного газовыделения из приза- бойного пространства в каждом цикле выемки пласта и при возрастании глубины отжима пласта, относительного газовыделения из шпура и призабойного пространства в последующем цикле выемки пласт относят

к невыбрособпасному, при неизменных значениях глубины отжима и относительного газовыделения из шпура и возрастании относительного газовыделения из призабойного пространства угольный пласт считают выбросоопасным, а при уменьшении глубины отжима и относительного газовыделения из шпура и возрастании относительного газовыделения из призабойного пространства угольный пласт считают особо выбросоопасным.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью обеспечения безопасного расположения штрека относительно лавы путем установления зон повышенной и пониженной газодинамической активности угольного пласта, шпур бурят впереди забоя лавы и определяют расстояние, на котором относительное газовыделение из шпура принимает экстремальное значение.

Предварительно определяют глубину отжима пласта и зоны опорного давления. Измеряют относительное газовыделение из призабойного пространства. Бурят шпуры на глубину зоны опорного давления. Непрерывно и одновременно с измерением относительного газовыделения из призабойного пространства измеряют относительное газовыделение из шпура в каждом ци)ле выемки пласта. При возрастании глубины отжима пласта, относительного газовыделения из шпура и призабойного пространства в последующем цикле выемки пласт относят к невыбросоопасному. При неизменных значениях глубины отжима и относительного газовыделения из шпура и возрастании относительного газовыделения из призабойного пространства угольный пласт считают выбросоопасным. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

,

(сн;,ч)

8

J,M

Физ.2.