Способ прогноза метанообильности выемочных участков Советский патент 1992 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для прогнозирования метанообильности горных выработок угольных шахт,

Цель изобретения - повышение точности прогноза метанообильности выработок.

Способ заключается в следующем.

В пределах отрабатываемого выемочного столба выбирают участок протяженностью, равной 2-3 шагам посадки основной кровли, на котором отсутствуют малоамплитудные нарушения разрывного характера. В случае расположения в пределах шахтного поля крупных разрывных нарушений экспериментальный участок располагают не ближе 300 м от зоны нарушенных пород, сопутствующих нарушению. Экспериментально установлено значительное влияние как крупно-, так и мелкоамплитудных нарушений на газообильность очистных выработок, а в случае распространения их в почву

пласта - снижение экранирующего эффекта литологических слоев.

При отработке выбранного экспериментального участка из действующих горных выработок бурят нисходящие скважины в почву разрабатываемого пласта на глубину возможной предельной зоны разгрузки Нрн от надработки в соответствии с действующим Руководством (например, для Донецкого бассейна и других угольных бассейнов со сходными условиями предельная глубина разгрузки в почву при пологом залегании пластов составляет 60 м, для остальных определяется по номограммам или по расчетным формулам).

С целью снижения затрат для этих целей используют дегазационные скважины, применяемые для дегазации пластов-спутников, расположенных в почве пласта. При этом бурение осуществляют с обязательным извлечением керна перебуриваемых

VI О VI

ЧЭ О

пород. Скважины бурят впереди очистного забоя с таким расчетом, чтобы к моменту пересечения линией очистного забоя проекции скважины в плане бурение были закончено и скважина оборудована для наблюдений. Количество скважин и расстояние между ними выбирают исходя из местных условий, в первую очередь учитывают выдержанность слоев п ород по мощности, установленной по результатам геологической разведки. По извлеченному керну уточняют литологический состав и мощности отдельных слоев пород. По окончании бурения скважины оборудуют глубин- ными реперами для наблюдения за снижением пород, разгруженных от горного давления. После пересечения линией очистного забоя створа со скважиной определяют глубину зоны разгрузки в почву пласта и сравнивают с предельно возможной глубиной разгрузки Нрн. Если глубина разгрузки меньше предельной, ниже ее границы выделяют слой породы, ниже которого угольные пласты не разгружаются от горного давления, и устанавливают его мощность.

Из ранее выбуренного керна этого слоя отбирают пробы породы для дальнейшего исследования в лаборатории литологиче- ского состава пород и химического состава цемента, проницаемости и прочностных свойств.

Окончательное заключение об экранирующем эффекта выделенного литологи- ческого слоя принимают на основании данных о газопритоке из надрабатываемых пластов Учитывая, -что непосредственное измерение газопритока из надрабатываемых пластов технически неосуществимо, определяют суммарный газоприток (газообильность) в выработки добычного участка из всех источников путем газовых съемок. При этом измеряют дебит метана за весь период наблюдений, но не менее чем за 1 месяц, и рассчитывают среднемесячную относительную газообильность путем отнесения месячного дебита метана к месячной нагрузке (добыче) на очистной забой.

Затем по формулам действующего Руководства определяют расчетную газообильность по каждому источнику газовыделения, При сравнении фактической газообильности с расчетной, если последняя превышает фактическую на величину, численно равную суммарному газовыделению из надрабатываемых угольных пластов, отделенных от разрабатываемого пласта литологическим слоем пород, этот слой является экранирующим.

По мере накопления экспериментальных данных для конкретных условий залегания пластов устанавливают диапазон

мощностей, в котором наблюдается характеризующий эффект, в зависимости от лито- логического состава, проницаемости и прочностных свойств.

Особенностью литологического строения угленосных пород большинства каменноугольных бассейнов является преобладание в разрезе песчано-глинистых разностей при подчиненном значении кар0 бонатных и углесодержащих пород. Основными литологическими разностями, достигающими значительных мощностей (десятки метров), являются алевролиты, песчаники и аргеллиты. Из этих пород практи5 чески только алевролиты при определенной мощности слоя могут являться литологическим экраном ввиду их достаточной прочности и низкой проницаемости. Например, для условий Донецкого бассейна на основа0 нии наших многочисленных исследований в различных геолого-промышленных районах установлено, что зк-ранирующим эффектом обладают слои песчанистых алевритов с карбонатными цементами с коэффициентом

5 крепости по шкале Протодьяконова, равным 5-7 и мощностью свыше 10 м.

Для прогнозируемых участков пласта (новые горизонты, выемочные столбы, крылья шахтного поля) по известной мето0 дике определяют прогнозное значение относительно газообильности выемочного участка без учета литологического состава. По геолого-разведочным данным на этих участках пласта выделяют в интервале рас5 четной зоны разгрузки литологичесий слой (слои), имеющий экранирующие свойства, которые установлены на экспериментальном участке. После этого в прогнозное значение газообильности вводят поправку

0 путем исключения из прогнозного значения газообильности величины суммарного газопритока из надрабатываемых угольных пластов, расположенных ниже литологического экрана,

5 Пример осуществления способа.

Шахта Штеровская ПО Донбассант- рацит в Донецком бассейне отрабатывают угольный пласт hnb, в почве которого на интервале предельной глубины разгрузки

0 (Нрн 60 м) залегают четыре угольных пласта-спутника (сверху вниз пи4, hio1, пю и гпон). При обработке пласта на горизонте 12 в центральной части шахтного поля 12 западной лавы нами была определен; факти5 ческая глубина разгрузки в почву 8,5 м. Ниже этой глубины, по результатам подземного бурения, залегает слой плотного песчанистого алевролита с карбонатным цементом с коэффициентом крепости по шкале Протодьяконова равным 7, Мощность

слоя на этом участке 10,8 м. Все четыре пласта-спутника залегают ниже этого слоя. Прогнозная относительная газообильность, определенная по обычной методике, составила 40,09 м3/т добычи. При этом суммарное прогнозное выделение из надрабатываемых угольных пластов соста; вило 19,98 м3/т добычи. По результатам газовых съемок была определена фактическая относительная газообильность добычного участка при его работе в течение 1 года. В среднем за этот период величина фактической газообильности составила 19,5 м /т добычи. Прогнозная газообильность оказалась завышенной на величину 20,49 м /т добычи, что соизмеримо с суммарным прогнозным газовыделением из надрабатываемых спутников (19,98 м3/т добычи). Это значит, что пласты-спутники, отделенные от разрабатываемого пласта слоем песчанистого алевролита, в газовыделении не участвует и этот слой является экранирующим.

При отработке пласта на этом горизонте в выемочной части шахтного поля в соседнем тектоническом блоке фактическая относительная газообильность добычного участка составила 9,2 м3/т добычи. По данным геологической разведки в этой части поля в почве между рабочим пластом и пластами-спутниками залегает слой песчанистого алевролита мощностью 10,2 м. Прогнозная газообильность добычного участка для данных условий, определенная по обычной методике, составила 25,64 м3/т добычи, в том числе газовыделение из надрабатываемых пластов 15,12 м3/т добычи. Скорректированная прогнозная газообильность с учетом литологического фактора путем исключения суммарного газовыделения из надрзбатываемых пластов составила 10,52 м3/т добычи.

На шахте Украина ПО Ворошиловгра- дуголь при отработке угольного пласта ks1 восточной панельной лавы была экспериментально установлена глубина разгрузки 5 м. Ниже этой глубины по данным подземного бурения залегает слой песчанистого алевролита мощностью 10,0 м с коэффициентом крепости 6. В интервале предельной глубины разгрузки в почве пласта ниже указанного литологического слоя залегают два пласта-спутника (ks и k42). Прогнозная газообильность добычного участка, определенная по обычной методике, составила 25,6 м3/т добычи, в том числе прогнозное газовыделение из надрабатываемых пластов 7,9 м3/т добычи. Величина фактической газообильностьи, установленная по

данным газовых съемок за период отработки выемочного столба, находилась на уровне 17,5 м3/т добычи. Если исключить суммарное газовыделение из надрабатыва- емых пластов (7,9 м3/т добычи), скорректированная прогнозная газообильность с учетом экранирующего влияния 10-метрового слоя песчанистого алевролита составит 17,7 м3/т добычи.

Приведенные данные являются только небольшой частью типичных примеров влияния литологического состава пород на газообильность выработок. Подобные результаты получены на ряде шахт Донец- кого бассейна, где имеются условия, подобные приведенным.

Из приведенных примеров следует, что отклонение скорректированной прогнозной газообильности от фактически замеренной находится в пределах 5-10%. Например, для условий шахты Украина фактическая газообильность17,5 м /т добычи прогнозная скорректированнаяабсолютное отклонениеотносительное 0 для условий шахты Штеровская фактическая

17,7 м /т добычи

0,2 м /т добычи 1,2%

19,5 м/т добычи

Формула изобретения

Способ прогноза метанообильности выемочных участков, включающий определение суммарного газопритока из надрабатываемых и подрабатываемых угольных пластов в пределах зоны разгрузки разрабатываемого пласта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности прогноза, метанообильности выемочных участков, при отработке участка из действующих выработок бурят нисходящие

скважины в почву разрабатываемого пласта на глубину зоны разгрузки, извлекают керн и по извлеченному керну устанавливают ли- тологический состав и мощности отдельных слоев пород, при этом при наличии слоев

песчанистого алевролита мощностью не менее 10 м определяют метанообильность пластов, лежащих ниже упомянутых слоев песчанистого алевролита, а метанообильность участка определяют как разность

между суммарным газопритоком и метаноо- бильностью пластов, лежащих ниже слоев песчанистого алевролита указанной мощности.

Использование: для прогнозирования метаиообильности горных выработок угольных шахт. Сущность изобретения: в почве разрабатываемого пласта бурят нисходящие скважины на глубину зоны разгрузки с извлечением керна (К). По извлеченному К устанавливают литологический состав и мощности отдельных слоев пород. При наличии слоев песчанистого алевролита мощностью не менее 10 м определяют метанообильность пластов, лежащих ниже этих слоев. Метанообильность участка определяют как разность между суммарным газопритоком и метанообильностью пластов, лежащих ниже упомянутых выше слоев песчанистого алевролита.