Способ определения выбросоопасности угольных пластов Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения выбросоопасности угольных пластов.

Известен способ прогноза газодинамических явлений на выбросоопасйых угольных пластах, основанный на определении количества метана, .выделившегося в скважину. - . : .. .-.- ;

Недостатком этого способа является его относительно невысокая достоверность, так как он не полностью y4MTbmaet основные факторы выбросоопасности угольных пластов.:Йзвестен способ прогноза выбросоопасности угольных пластов, включающииТ5у|эе- ние.скважины до пересечения пластов, олределение мощности отдельных пачек пласта, отбор проб герметичными кёрноот- борниками, и определение по ним выхода летучих веществ, газоносности и разрушае- мости. По полученным:данным рассчитыва. ют комплексный показатель выбросоопасности

Недостатками данного способа являются низкая точность, так как не учитывается природная влажность, которая в значительной степени определяет физико-механические и упругие характеристики пласта и

. процессы массопереноеа метана. Кроме то- го, не учитывается напряженное состояние призабойной зоны пласта, а определение газоносности пласта путем отбора проб кер- ноотборниками всегда дает заниженное значение, поскольку происходит естественная дегазация угля во время самого бурения, извлечения и герметизации.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ определения выбросоопасности угольных пластов, включающий бурение скважин, отбор проб угля из скважин, определение методом ядерного магнитного реК) 00 О

зонансэв пробах угля процентного содержания адсорбированного метана (П0и) и процентного содержания адсорбированной воды (Пь) и по их отношению определение. критерия газодинамической активности

Пои

угольного пласта К П8

Причем .при К

еж

Ik

0,003-0,008 пласт Относят к неопасным по газодинамическим явлениям, а при К 0,025 для угля марки Ж, К и К 0,015 для угля марки К 6,01 для угля марки ПА пласт относят к опасным по газодинамиче- ским явлениям.... .

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает такие основные факторы выбросоопасности, как прочность и напряженное состояние угольного пласта.

Целью изобретения, является повышение достоверности определения выбросоопасности у гол ь и ы х п л а сто 8 путе м у ч ета основных факторов выбросоопасности и влияния величины подвигания забоя го рной выработки. .- ;. - -Ч ;...; .№. Ч.;..;;./: ./.:;..,.

Поставленная цель достигается тем,;что в способе определения выбросоопасности угольных пластов, включающем/бурение в угольный пласт скважин, отбор из них проб угля, определение.г)о этим пробам содержания физически связанной влаги и метана, расчет показателя выбросоопасности и определение по нему состояния выбросоопасности пласта в процессе бурения скважины дополнительно.определяют расстояние от поверхности забоя выработки до зоны с максимальной скоростью газсвыделения, среднюю прочность угля на сжатие по ряду замеров на протяжении 5 м подвигания забоя выработки, максимальную метанонасы- щенность угля при давлении 4-5 МПа и рассчитывают комплексный показатель выбросоопасности по формуле

- . .в f Ртах W . Q : JEJj . Ь 1 3 Ь VШ + и Р„.„ ) I,, J

где Qmax - максимальная газонасыщеннрсть угля при давлении газа 4-5 МПа, %;

W - содержание физически связанной влаги, . .

- прочность угля на сжатие, т/м ;

10 - величина подвигания забоя, м;.

1К - расстояние от забоя выработки до Зоны с максимальной скоростью газовыДе- ления, м;

у - средняя плотность пород, т/м ;

Н - глубина разработки, м; причем при В v О, пласт относят к невыб- росоопасным, а при В О к выбросоопас- ным.

Физико-механические основы первого

QMSKC - W

безразмерного показателя

W

основываются на том факте, что при разруше-.

нии угля десорбир.ующий метан способствует росту трещин всех размеров, вплоть до микротрещин и пор. Адсорбированная вода на поверхности пор и трещин ослабляет межчастичные связи твердого

.угольного вещества, вызываётпластические деформации в микроскопических локальных зонах, окружающих устья зарождающихся и развивающихся трещин. Такой механизм взаимодействия адсорбированной воды с

углем интегрально выражается в повышении неупругих деформаций угля в больших объемах за счет снижения доли упругих деформаций в условиях напряженного состояния. Таким образом, количественное

соотношение противоположно действующих составляющих водо-метановой смеси отражает прежде всего способность угля на- Капливать упругую энергию или, наоборот, снижать ее уровёйь, кроме того, количественное содержание метана в угле отражает

потенциальную энергию метана, который,

как фактор давления обеспечивает условие

разрушения отрывом,

. Второй безразмерный параметр

уН: : .

-Ј-характеризует предельное напряжеКсж;;...-.;.; ...... ...... .-..:;.. ..

ное состояние и прочность угля, а в целом условие разрушения сдвигом.

35

Третий безразмерный параметр -

. -.. . . . k

ха0

5

0

5

рактеризует градиент изменения газрнасы- щенности и напряжений в призабойной части пласта, и учитывает влияние технологии выемки на выбросоопасность. Чем меньше это соотношение.тем менее опасна технология выемки при прочих равных усло- вияхл :. ; -.: . ..; .- ....-.-- . .-..,.

Таким образом, полученный критерий характеризует процесс разрушения призабойной зоны пласта с учетом флюидонасы- щенности и горного давления и может рассматриваться как обрбщающее условие возникновения внезапного выброса,

Для отнесения пластов к выбросоопас- ным или невыбросоопасным проводят их опробование, заключающееся в том, что на протяжении 25 м подвигания забоя очистной или подготовительной выработки с интервалом 1,5 м бурят скважины в глубь пласта по стандартной методике: Принима- ется, что интервал опробования свойств пласта на протяжений 25 м подвигания выработки считается достаточным для оценки выбросоопасности. В процессе бурения оп редепяют расстояние от поверхности забоя до зоны с максимальной скоростью газовыделения. Прочность угля на сжатие Рсж определяют в забое выработки экспресс-методом прочностномером 11-1 по нормативной методике, Из скважины отбирают штыб в количестве 0,5-0,8 кг, помещают его в герметические емкости и доставляют в лабораторию, оборудованную установками ЯМР и газонасыщения. После доставки угольных образцов в лабораторию часть угля используют для определения влажности на установке ЯМР по методике ДонФТИ АН УССР или ГОСТ 11041-82. Для газонасыщения отбирают 100-150 г угля, измельчают до частиц размером менее 0,5 мм и высушивают до полной потери адсорбированной влаги по ГОСТ 11041-82. Угли считают подготовленными к проведению сорбционных исследований при полном от- сутствии узкой линии на спектре ЯМР. По- сл.е этого пробу угля загружают в сорбционную колбу. Сверху уголь закрывают металлической сеткой и тонким слоем ваты, что препятствует потере угля при его дегазации. Далее уголь дегазируют с помощью вакуумного насоса в течение 2-3 ч при температуре 20-30°С. Дегазацию про изводят для того, чтобы убрать из пор и трещин воздух, потому что, после выпарива- ния влаги дегазация, очевидно, не нужна. Там полностью отсутствует метан, так как нет узкой линии спектра ЯМР. Затем подают метан до рабочего давления 4-5 МПа. Установление сорбционного равновесия (в течение 3-5 сут.) определяют по постоянному давлению в системе. После чего рассчитывают максимальную метанонасыщенность угля в соответствии с Методическими указаниями по определению содержания сорбированно- го и свободного метана в ископаемых угля, Макеевка-Донбасс, 1977 г. При этом имеют ввиду, что при характерном для выбррсоопас- ных пластов давлении газа 4-5 атм всегда достигается газонасыщение угля на 90-95%. Затем по формуле

Qmax -W . УН

+ 0,025

в -(--w-; ;г-- ясж

где Qmax-максимальная газонасыщенность угля при давлении газа 4-5 МПа, %;

: W - содержание физически связанной влаги, % ,.

Ясж прочность угля на сжатие, т/м2;

10 - величина подвигания забоя, м;

1К - расстояние от забоя выработки до .зоны с максимальной скоростью газовыделения, м;.

у - средняя плотность пород, т/м ;

Н - глубина разработки, м,

5 10 15 20 5

0 5 0- 5

0

5

рассчитывают комплексный показатель вы- бросоопасности.

Способ опробования на шахте им. Калинина ПО Артемуголь пл. Каменка, 960 м,

Подвигэние забоя 0,9 м.

Расстояние от поверхности забоя до зоны с максимальной скоростью газовыделения 2,1м. .

Максимальная метано насыщенностьугля при давлении 4-5 МПа 1,9%.

Содержание физически связанной влаги 0,72%.

Прочность угля на сжатие 12,3 кг/см2.

Комплексный показатель выбросоопасности равен

В (1,9-0,72/0,72 + 0,1 960 2,5/10 12,3) 0,9/2,1-1,3 0,2

Следовательно, зона пласта является выбросоопасной и 21.04.90 г. произошел выброс.

Использование предлагаемого способа позволяет с высокдй степенью достоверности оценить выбросоопасность угольного пласта. Структура предлагаемого показателя выбросоопасности дает возможность устанавливать способы .предотвращения выбросов: при высоком содержании мета- на-дегазация, при низкой влажности-увла- жение, при низкой прочности -упрочнение угольного массива, при высоком соотношении IO/IK изменение способа выемки и способа управления горным давлением..

Таким образом, правильное определение выбросоопасности, а следовательно, и способов предотвращения выбросов, во- первых, устраняет экономические потери, возникающие в случае отработки невыбро- соопасных пластов по технологии невыбро- соопасности, во-вторых, значительно повысить безопасность ведения горных работ.

Формула изобретения

Способ определения выбросоопасности угольных пластову включающий бурение в угольный пласт скважин, отбор из них проб угля, определение по этим пробам содержания физически связанной влаги и метана, расчет показателя выбросоопасности и определение по нему состояния выбросоопасности пласта, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения выбросоопасности за счет учета основных факторов выбросоопасности и влияния величины подвигания забоя горной выработки, в процессе бурения скважин дополнительно определяют расстояние от по- верхности забоя выработки до зоны с максимальной скоростью газовыделения, среднюю прочность угля на сжатие по ряду замеров на протяжении 25 м псдвмгания

забоя выработки, максимальную метанона- сыщённость угля при давлении 4-5 МПа и рассчитывают комплексный показатель вы- бросоопасности по формуле

в(

Qr

-W

+ 0,025

XtL

-0,25,

w .; . ROK/ IK где Qmax - максимальная газонасыщениость- угля при давлении газа 4-5 МПа;

W - содержание физически связанной влаги, %;.

10

Веж - прочность угля на сжатие, т/м2;

10 - величина подвигания забоя, м;

к - расстояние от забоя выработки до зоны с максимальной скоростью газовыделения, м;

у- средняя плотность пород, т/м ;

Н- глубина разработки, м, причем при В О пласт относят к невыбро- соопасным, а при В О пласт относят к выбросоопэсным.

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение достоверности определения выбросоопасности за счет учета всех основных факторов выбросоопасности и влияния величины подвигания забоя горной выработки. Способ включает бурение в угольный пласт скважин, отбор из них проб угля, определение по ним содержания физически связанной воды и метана и расчет показателя выбросоопасности. Новым в способе является то, что в процессе бурения скважины определяют расстояние от поверхности забоя до зоны с максимальной скоростью газовыделения, среднее значение прочности угля на сжатие по ряду замеров на 25 м по. подвиганию забоя, максимальную метанонаснщенность угля при давлении 4-5 МПа и определяют выбросоо- пасность угольных пластов по расчетной формуле.