Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов

Представлений принципово новий замірно-розрахунковий спосіб прогнозу газовиділення з підроблених порід, який дозволяє без безпосереднього трудомісткого визначення газоносності з цього джерела визначати можливе метановиділення у виробки виїмкової ділянки. Спосіб прогнозу метановиділення з підроблених...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Антощенко, Н.И., Кулакова, С.И., Чепурная, Л.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2012
Schriftenreihe:	Физико-технические проблемы горного производства
Schlagworte:	Физика горных процессов на больших глубинах
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108252
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов / Н.И. Антощенко, С.И. Кулакова, Л.А. Чепурная // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 118-130. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-108252
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1082522016-11-02T03:02:30Z Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов Антощенко, Н.И. Кулакова, С.И. Чепурная, Л.А. Физика горных процессов на больших глубинах Представлений принципово новий замірно-розрахунковий спосіб прогнозу газовиділення з підроблених порід, який дозволяє без безпосереднього трудомісткого визначення газоносності з цього джерела визначати можливе метановиділення у виробки виїмкової ділянки. Спосіб прогнозу метановиділення з підроблених порід здійснюється шляхом контролю динаміки газовиділення в дегазаційні свердловини і параметрів розвитку очисних робіт. A fundamentally new approach for prognosis of gas release from the rocks is presented. This method allows determine the potential release of methane in mine workings without direct labor-intensive determination of gas presence from this source. The method of prognosis of methane release from the rocks is performed by monitoring dynamics of gas emission in the degassing wells and parameters of mining works. 2012 Article Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов / Н.И. Антощенко, С.И. Кулакова, Л.А. Чепурная // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 118-130. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. XXXX-0016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108252 622.411.33 ru Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физика горных процессов на больших глубинах Физика горных процессов на больших глубинах
spellingShingle	Физика горных процессов на больших глубинах Физика горных процессов на больших глубинах Антощенко, Н.И. Кулакова, С.И. Чепурная, Л.А. Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов Физико-технические проблемы горного производства
description	Представлений принципово новий замірно-розрахунковий спосіб прогнозу газовиділення з підроблених порід, який дозволяє без безпосереднього трудомісткого визначення газоносності з цього джерела визначати можливе метановиділення у виробки виїмкової ділянки. Спосіб прогнозу метановиділення з підроблених порід здійснюється шляхом контролю динаміки газовиділення в дегазаційні свердловини і параметрів розвитку очисних робіт.
format	Article
author	Антощенко, Н.И. Кулакова, С.И. Чепурная, Л.А.
author_facet	Антощенко, Н.И. Кулакова, С.И. Чепурная, Л.А.
author_sort	Антощенко, Н.И.
title	Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов
title_short	Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов
title_full	Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов
title_fullStr	Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов
title_full_unstemmed	Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов
title_sort	способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов
publisher	Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Физика горных процессов на больших глубинах
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108252
citation_txt	Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов / Н.И. Антощенко, С.И. Кулакова, Л.А. Чепурная // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2012. — Вип. 15. — С. 118-130. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv	AT antoŝenkoni sposobocenkivozmožnogogazovydeleniâizporodkrovlipriotrabotkeugolʹnyhplastov AT kulakovasi sposobocenkivozmožnogogazovydeleniâizporodkrovlipriotrabotkeugolʹnyhplastov AT čepurnaâla sposobocenkivozmožnogogazovydeleniâizporodkrovlipriotrabotkeugolʹnyhplastov
first_indexed	2025-07-07T21:12:10Z
last_indexed	2025-07-07T21:12:10Z
_version_	1837024129317863424
fulltext	Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 118 УДК 622.411.33 Н.И. Антощенко, С.И. Кулакова, Л.А. Чепурная СПОСОБ ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОГО ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ ПОРОД КРОВЛИ ПРИ ОТРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Донбасский государственный технический университет, пр. Ленина 16, Алчевск, Луганская обл., 94204 Практика отработки высоконагруженных лав с метанообильностью более 15 м3/мин показала, что около 80% метана поступает в горные выработки и дегазационные скважины из подработанного углепородного массива [1]. Относительное газовыделение из подработанных пород, которое приходится на тонну добываемого угля, определяется согласно [2] двум способам. Пер- вый способ базируется на данных о газоносности вмещающих пород, распо- ложенных на удалении 30-кратной мощности от разрабатываемого пласта. Точное определение газоносности вмещающих пород технически трудно осуществимо и, как правило, не производится. По этой причине практиче- ское применение такого способа ограничено. Второй способ основан на определении относительной метанообильности по природной газоносности разрабатываемого пласта. В отличие от первого способа учитываются все породные слои, залегающие между разрабатываемым пластом и верхней границей зоны метановых газов. Согласно указанным способам к рассмотрению принимается неодинако- вое количество породных слоев, предположительно попадающих в зону де- газации при их подработке. Использование разных исходных данных пред- определяет получение заведомо отличающихся конечных результатов рас- чета газообильности выемочных участков. Это свидетельствует о недоста- точной изученности метановыделения из подработанных пород. Существенные недостатки используемых нормативных методик [2] отме- чены также в работе [1]. Они заключаются в том, что в расчетах отсутствуют объемы метана, который сорбирован рассеянным органическим веществом и рассредоточен в породах. Также не учитываются экранирующие свойства пород, препятствующие поступлению газа из источников его выделения в горные выработки. По указанным причинам разработка принципиально нового и достоверно- го способа прогноза газовыделения из подрабатываемых пород является ак- Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 119 туальной задачей, решение которой будет способствовать повышению уров- ня безопасной отработки газоносных угольных пластов. Идея задачи заключается в оценке газовыделения из пород как разницы между общим количеством выделившегося газа из всех источников, распо- ложенных в кровле разрабатываемого пласта, и его объемами, находивши- мися в сближенных угольных пластах до их подработки. На основании газовых съемок и замеров в дегазационных скважинах можно точно определить общее количество выделившегося газа. На практи- ке доказано [3], что основное газовыделение (более 80%) из подрабатывае- мых угольных пластов и пород может производиться в скважины и в целом оно характеризует параметры метановыделения из этих источников. Поэто- му для наглядности изложения предлагаемого способа рассмотрены только процессы газовыделения в скважины, пробуренные над разрезной выработ- кой. Объемы метана в подрабатываемых угольных пластах с высокой точно- стью рассчитываются на основании данных об их газоносности и геометри- ческих размеров зон влияния очистных выработок. Газовое опробование угля в подготовительных выработках подработан- ного антрацитового пласта в зонах влияния скважин показало высокую сте- пень его дегазации. Остаточная метаноносность угля подработанного пласта колебалась от 0,17 до 3,62 м3/т [4], что намного меньше значений этого по- казателя (7–8 м3/т) для верхней границы метановой зоны антрацитов [2]. На основании обработки экспериментальных данных о газовыделении в горные выработки и дегазационные системы установлено, что на расстоянии до 100 м угольные пласты и породы кровли в процессе ведения очистных работ были дегазированы на 83–96% [5]. Приведенные факты свидетельствуют о том, что из подработанных пла- стов в зонах эксплуатации скважин практически полностью каптируются все запасы газа, обусловленные природной газоносностью угля. Это является обоснованием одного из научных положений, примененного при оценке возможного газовыделения из подработанных пород. Основные принципы предлагаемого способа оценки базируются на осно- ве научных положений и экспериментальных данных о параметрах сдвиже- ния пород и газовыделении в скважины, пробуренные над разрезными выра- ботками [6, 7]. Реализация способа осуществляется следующим образом. Со- гласно шахтным наблюдениям определяются взаимозависимые параметры, характеризующие кривую динамики газовыделения (1) и степень развития очистных работ (рис. 1). Первым, определяемым экспериментально парамет- ром является расстояние между разрезной выработкой и очистным забоем ( 1 нL ), при котором начинается газовыделение в скважины. Начало газовыде- ления свидетельствует о том, что сдвижение подработанных пород распро- странилось до первого сближенного пласта. Зная расстояние ( 1h ) до этого сближенного пласта от разрабатываемого и 1 нL , из геометрических построений Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 120 Рис. 1. Схема изменения динамики газовыделения в скважины (а) во времени (t), совмещенная с развитием очистных работ на выемочном участке и параметрами сдвижения подработанных пород (б). 1 – экспериментальная кривая динамики газо- выделния; 2, 3 – кривые десорбции газовыделения из угля соответственно первого и второго сближенных пластов на стадии затухания процессов; 4, 5, 6 – площади фигур, характеризующие количество газа, выделившегося соответственно из перво- го, второго и i -го сближенных пластов; 1 2, , ..., i н н нt t t – период времени между началом очистных работ и газовыделением в скважины соответственно из первого, второго и i -го сближенных пластов; 1 2, , ..., i m m mt t t – период времени между нача- лом очистных работ и достижением максимума газовыделения соответственно из одного, двух и суммы i -х подработанных пластов; 1 2, , ..., i m m mI I I –максимумы газовыделения соответственно из одного, двух и суммы i -х подработанных пла- стов; a mI – абсолютный максимум газовыделения; a mL – расстояние между очист- ным забоем и разрезной выработкой, на котором достигается абсолютный макси- мум газовыделения; 1 2, , ..., i н н нL L L – расстояние между очистным забоем и раз- резной выработкой, на котором начиналось газовыделение соответственно из пер- вого, второго и i -го сближенных пластов; 1 2, , ..., i m m mL L L – расстояние между очистным забоем и разрезной выработкой, на котором достигался максимум газо- Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 121 выделения соответственно из одного, двух и суммы i -х подработанных пластов; 1 2, , ..., ih h h – расстояние соответственно до первого, второго и i -го подрабаты- ваемых пластов; pH – расстояние от разрабатываемого пласта, на котором газовы- деление не происходит; 1 2, ,..., iМ М М – мощность породных слоев, вмещающих соответственно 1-й, 2-й и i-й сближенные пласты; 1 2ψ , ψ , ...,ψi н н н – углы разгруз- ки, характеризующие начало газовыделения соответственно из первого, второго и i - го сближенных пластов; 1 2ψ , ψ , ...,ψi m m m – углы разгрузки, характеризующие до- стижение максимумов газовыделения соответственно из одного, двух и суммы i -х подработанных пластов; ψ ψi m k – угол разгрузки, соответствующий его конечно- му значению; – направление подвигания очистного забоя можем определить угол разгрузки ( 1ψн ). Он соответствует началу газовыде- ления в скважины. Рост газовыделения и достижение его первого локально- го максимума ( 1 mI ) свидетельствует об увеличении количества угля первого пласта, попадающего в разгруженную зону вследствие дальнейшего удале- ния от разрезной выработки очистного забоя на расстояние 1 mL , и об увели- чении угла разгрузки до значения 1ψт . Интенсивность роста газовыделения на этой стадии определяется процессами сдвижения пород под влиянием скорости подвигания очистного забоя. После достижения первого локально- го максимума происходит снижение газовыделения. Это обусловлено тем, что в разгруженную от горного давления зону не попадают новые источники газовыделения. Метановыделение в этот период времени характеризуется в основном процессом десорбции газа из угля первого сближенного пласта и вмещающих его пород. Следующее повышение уровня газовыделения свидетельствует о начале разгрузки от горного давления второго сближенного пласта и вмещающих его пород. Значение угла разгрузки в этот период роста метановыделения изменяется от 2ψн до 2ψт , а подвигание очистного забоя равно разнице меж- ду 2 mL и 2 нL . Достижение второго локального максимума метановыделения ( 2 mI ) соответствует уровню газовыделения за рассматриваемый период вре- мени из двух сближенных пластов и вмещающих пород. Снижение же газо- выделения вызвано затухающими процессами десорбции метана уже из всех рассматриваемых источников. Такое повторение увеличения и сокращения уровня газовыделения под влиянием процессов сдвижения пород и десорбции метана из угля будет происходить до достижения абсолютного максимума газовыделения a i m mI I . Достижение абсолютного максимума газовыделения свидетель- ствует о попадании в область влияния очистных работ всех возможных ис- Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 122 точников газовыделения в кровле разрабатываемого пласта. Стадия от нача- ла газовыделения и до достижения его абсолютного максимума определяет- ся как минимум двумя взаимозависимыми процессами. Эти процессы харак- теризуются параметрами сдвижения подработанных пород и десорбции ме- тана во времени из увеличивающихся объемов угля сближенных пластов и вмещающих пород, которые последовательно попадают в разгруженную от горного давления зону. В одних горно-геологических условиях интенсивность сдви- жения подработанных пород и формирование углов разгрузки (полных сдвижений) зави- сят от скорости подвигания очистных забоев и отхода лавы от разрезной выработки ( a mL ), при котором достигается абсолютный максимум газовыделения ( a mI ). При удалении очистного забоя от разрезных выработок на расстояние a mL происходит формирование углов полных сдвижений, которые близки к сво- ему конечному значению (ψк ). В результате этого образуется зона влияния очистной выработки в сторону земной поверхности на процессы десорбции метана из подработанных пластов и пород. Положению верхней границы этой зоны соответствует расстояние от разрабатываемого пласта pH и выше этой зоны газовыделение из потенциальных источников не происходит. Ис- ходя из геометрических соотношений и предложенной схемы (рис. 1), рас- стояние pH можем рассчитать по параметрам a mL и ψ ψi m k . Значение па- раметра ψi т , если исходить из схемы, неизвестно. По этой причине в первом приближении ψi т можно принять равным величине ψi н , рассчитываемой по параметрам предложенной схемы. Такой подход обеспечивает получение более точных данных для рассматриваемых условий по сравнению с их осредненным определением согласно нормативным документам. По значе- нию pH и стратиграфической колонке устанавливается количество уголь- ных пластов, попадающих в зону десорбции газа из этих источников. Ранее экспериментально было доказано [7], что в одних горно-геологических условиях после достижения локальных или абсолютных максимумов газо- выделение в скважины из отдельных источников определяется близкими между собой процессами десорбции на стадии их затухания. Процесс зату- хания газовыделения во времени ( t ), в первом приближении, можно описать экспоненциальной зависимостью: exp( )t i m I a t I    , (1) где i mI – локальный или абсолютный максимум газовыделения из i – го пла- ста и вмещающих его пород или суммарного метановыделения из i–го коли- чества рассматриваемых источников; tI – текущее значение газовыделения после достижения максимума на стадии затухания процессов десорбции; a – Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 123 параметр уравнения, характеризующий горно-геологические и горно-техни- ческие условия эксплуатации выемочного участка. Эмпирические коэффициенты этого или других аналогичных уравнений для конкретных горно-геологических и горно-технических условий опреде- ляются по результатам статистической обработки экспериментальных дан- ных. К совместному анализу необходимо привлекать результаты наблюде- ний после достижения локальных и абсолютного максимумов газовыделе- ния. Причем после достижения локальных максимумов в выборку отбирают только данные, полученные на стадии уменьшения газовыделения, вызван- ного затуханием процессов десорбции метана из источников во времени. Продолжительность каждой такой стадии снижения газовыделения между локальным максимумом и очередным ростом метановыделения определяет- ся согласно эмпирической кривой 1 (рис. 1, а). После определения по ре- зультатам статистической обработки параметра a и при известном значении i mI экстраполируются кривые десорбции на стадии затухания метановыде- ления после достижения локальных максимумов. В каждом случае экстра- поляции за начало отсчета времени принимаются моменты достижения ло- кальных максимумов газовыделения. По полученным зависимостям экстра- поляции, в комбинации с элементами кривой 1 (рис. 1,а), можно определить суммарное газовыделение из каждого подработанного пласта и вмещающих пород. Например, площадь графика (4), ограниченная осью абсцисс, частью экспериментальной (1) и расчетной (2) кривыми (рис. 1,а), соответствует суммарному газовыделению из первого подрабатываемого пласта и вмеща- ющих пород. Площадь фигуры (5) между частью экспериментальной (1) и расчетными (2 и 3) кривыми характеризует суммарное газовыделение из второго сближенного пласта и вмещающих пород. Аналогичным образом расчитывается абсолютное суммарное метановыделение из вышерасположен- ных угольных пластов и слоев пород. Из наиболее удаленного пласта и пород газовыделение определяется по площади фигуры (6), заключенной между ча- стью экспериментальной (1) и экстраполируемой (3) зависимостями. После установления объемов абсолютного газовыделения из источников, с учетом схемы сдвижения пород (рис. 1,б), мощности подрабатываемых пластов и удельного веса угля, рассчитывается его количество для каждого пласта, попавшего в зону влияния очистной выработки при достижении аб- солютного максимума газовыделения a mI . В общем случае размеры зон влияния очистных выработок определяются граничными углами δ (рис. 1,б). Значения этих углов рекомендуются для конкретных горно-геологических условий на основе параметров мульды сдвижения на земной поверхности [8]. Размеры зон газовыделения из подра- ботанных угольных пластов и пород, как правило, не совпадают с областью влияния очистной выработки, определенной по граничным углам. Интен- сивное газовыделение в скважины при достижении его максимума происхо- дит, в большинстве случаев, при их расположении в зонах разгрузки, окон- Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 124 туренных углами полных сдвижений ψi т (рис. 1,б). Выделение метана из угля сближенных пластов и пород возможно также в областях, ограничен- ных углами ψi т и δ . Интенсивность метановыделения из подработанных угольных пластов и пород и степень их дегазации в рассматриваемых обла- стях зависят от наличия газопроводящих трещин. Их образование связано с физико-механическими свойствами пород. При наличии прочных вмещающих пород образование трещин происхо- дит вблизи углов полных сдвижений, а угольные пласты и породы, распо- ложенные между углами ψi т и δ , остаются практически недегазированны- ми. По этой причине при определении запасов газа в угольных пластах необходимо учитывать объемы угля, оказавшиеся между углами полных сдвижений, то есть в полностью разгруженной от горного давления зоне. К такому варианту подработки пород и газовыделению из источников близки условия выемки антрацитовых пластов. В этом случае породы обладают наиболее прочными свойствами по сравнению с породами, вмещающими угли меньшей степени метаморфизма. После расчета количества угля, попадающего в полностью разгруженную от горного давления зону, по природной газоносности определяются запасы метана в каждом подрабатываемом пласте. Разница между общим количеством выделившегося газа и его запасами в угле характеризует объемы выделения метана из породных слоев, вмещаю- щих каждый угольный пласт пород. Мощность породных слоев ( 1М , 2М , … iМ ), из которых возможно газо- выделение, определяется для каждого угольного пласта по положению ло- кальных и абсолютного максимумов газовыделения, при угле разгрузки ψ ψi k н , и по расстояниям между очистным забоем и разрезной выработкой при достижении максимумов газовыделения (рис. 1). Зная мощность пород- ных слоев и размеры разгруженной от горного давления зоны, можем рас- считать объемы вмещающих пород для каждого пласта при достижении аб- солютного максимума газовыделения. Взаимосвязанные параметры разви- тия очистных работ, сдвижения подработанных пород и газовыделения из источников позволяют определять фактическое удельное метановыделение из вмещающих пород. Это способствует разработке мероприятий по без- опасной эксплуатации как рассматриваемого выемочного участка, так и все- го шахтного поля в дальнейшем. В качестве примера использования предлагаемого способа рассмотрели изменение параметров развития очистных работ, сдвижения подработанных пород и газовыделения для разных скоростей подвигания очистных забоев 2-й бис и 3-й западных лав в одних горно-геологических условиях при отра- ботке антрацитового пласта 2 в шахтой им. газеты «Известия» ГП «Дон- бассантрацит» (рис. 2). Мощность разрабатываемого пласта равнялась 0,9 м, Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 125 Рис. 2. Фрагмент плана горных работ по пласту 2 в шахты им. газеты “Известия” ГП “Донбассантрацит”. – дегазационные скважины, пробуренные над раз- резными выработками угол его падения около 5º. Лавы отрабатывались столбами по восстанию, их длины соответственно составляли 185 и 205 м. Средняя скорость подвигания очистного забоя за весь период наблюдений 2-й бис западной лавы была 0,7 м/сут, а 3-й западной лавы – 2,8 м/сут. Сведения об горно-геологических условиях залегания сближенных пластов и их газоносности приведены в табл. 1, а кривые изменения динамики газовыделения – на рисунке 3. В обоих случаях предельное расстояние РН , определенное по значениям a mL и ψi н , было при- мерно одинаковым и соответственно составляло 122 и 128 м, что свидетель- ствует о попадании в зону дегазации только пластов 3 , 4 и 5 . На основании имеющихся результатов наблюдений для разных скоростей подвигания очистных забоев сформировали, по описанной выше методике, базы данных, характеризующих десорбцию газа во времени на стадии зату- хания этого процесса. По данным статистической обработки подобраны кривые, соответствующие разным скоростям подвигания очистных забоев (табл. 1). Для 2-й бис западной лавы коэффициент a уравнения (1) равен 0,016, а для 3-й западной лавы он был почти в два раза больше и равнялся 0,028. Корреляционные отношения для указанных зависимостей соответственно Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 126 Таблица 1 Сведения об условиях залегания сближенных пластов и результаты обработки экспериментальных данных на стадии затухания процессов десорбции Индекс пла- стов Расстоя- ние от пласта 2 в , м Мощ- ность пластов, м Газоносность, м3/ т с.б.м. Эмпирические уравнения десорбции газа на стадии затухания процессов пределы измене- ния средняя 2-я бис западная лава, скорость по- двигания забоя 0,7 м/сут 3-я западная лава, скорость подвига- ния забоя 2,8 м/сут 6 160 0,80 32 32,0 – – 5 117 0,60 30-35 32,5 0,0169,7 tI e   0,0285,5 tI e   4 72 0,75 35-37 36,0 0,0163,8 tI e   0,0286,8 tI e   3 30 0,55 28-30 29,0 0,01614,4 tI e   0,02821,8 tI e   2 в 0 0,90 – – – – были равны 0,89 и 0,93. Надежность полученных уравнений и эмпирических коэффициентов подтверждается критерием Фишера при уровне значимости 0,05. Относительная ошибка аппроксимации составила соответственно 6 и 8%, что свидетельствует о высокой точности полученных зависимостей и возможности их применения для описания процессов десорбции газа из ис- точников на стадии их затухания при фиксированной скорости подвигания очистного забоя. Скорость подвигания очистных забоев влияла и на величи- ну абсолютных максимумов газовыделения. Их значения определили исходя из графиков кривых динамики газовыделения (рис. 3). Увеличение скорости подвигания очистного забоя 3-й западной лавы в четыре раза по сравнению с подвиганием 2-й бис западной лавы вызвало рост абсолютных максимумов газовыделения из близкорасположенного пласта 3 и вмещающих его пород с 14,4 до 21,8 м3/мин, а из пласта 4 и пород – с 3,8 до 6,8 м3/мин (табл. 1). При незначительной скорости подвига- ния 2-й бис западной лавы максимум газовыделения из наиболее удаленного пласта 5 и вмещающих пород (9,7 м3/мин) существенно превышал этот по- казатель для 3-й западной лавы (5,5 м3/мин). На основании приведенных данных можно сделать важный научный вывод, что скорость подвигания очистных забоев влияет на изменение баланса метановыделения из подраба- тываемых источников. При больших скоростях подвигания очистных забоев увеличивается абсолютное газовыделение из близкорасположенных сбли- женных пластов и вмещающих пород, а уменьшение скорости подвигания приводит к росту газовыделения из наиболее удаленных источников. Результаты определения, согласно разработанному способу, основных взаимосвязанных параметров развития очистных работ, процессов сдвиже- ния пород и газовыделения в скважины для рассмотренных горно- геологических условий приведены в табл. 2. Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 127 а б Рис. 3. Изменение метановыделения (I) в дегазационные скважины от времени (t) их эксплуатации (а) и расстояния (L) между разрезными выработками и очистными забоями (б) выемочных участков шахты им. газеты “Известия” ГП “Донбассантра- цит”. 1, 2 – экспериментальные кривые изменения газовыделения соответственно в скважины 3-й и 2-й бис западных лав; 3, 4 – кривые десорбции газа из сближенных пластов после достижения абсолютного максимума соответственно на участках 3-й и 2-й бис западных лав; , – экспериментальные данные; t1, t2 – период времени достижения абсолютного максимума газовыделения соответственно на участках 3- й и 2-й бис западных лав; L1, L2 1 2,L L – расстояния от разрезных выработок до достижения абсолютных максимумов газовыделения I1 и I2 и соответственно на участках 3-й и 2-й бис западных лав Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 128 Таблица 2 Результаты определения основных взаимосвязанных параметров развития очистных работ, процессов сдвижения пород и газовыделения при эксплуатации выемочных участков шахтой им. газеты «Известия» ГП «Донбассантрацит» Параметры, характери- зующие процессы Условное обо- значение пара- метров и сим- волы пластов 2-я бис запад- ная ла- ва 3-я за- падная лава Параметры, характери- зующие процессы Симво- лы пла- стов 2-я бис запад- ная лава 3-я за- падная лава Расстояния между очистными забоями и разрезными выработка- ми, м 1 нL 85 67 Количество газа, выде- лившегося из пластов и пород, м3 5 964877 285428 2 нL 93 90 4 354147 369090 3 нL 110 110 3 1373618 121022 4 1 mL 91 78 Количество газа, выде- лившегося из вмеща- ющих пласт пород, м3 5 940485 271366 2 mL 95 96 4 88277 91482 3 mL 119 114 3 1007411 822662 Углы пол- ных сдви- жений (раз- грузки), град. 1 Н 35 42 Мощность породных слоев, вме- щающих сближенные пласты, м 5 26 19 4 32 41 2 Н 57 58 3 70 62 Объемы по- роды, дега- зированные совместно с пластами, м3 5 110955 114694 3 к н  65 65 4 132319 193473 3 943386 940185 Площадь сближен- ных пла- стов, попа- дающих в разгружен- ную зону, м2 5 781,8 450,7 Удельное газовыделе- ние из по- род, м3/м3 5 8,48 2,36 4 6154,4 6426,1 4 0,67 0,47 3 14349,8 15186,6 3 1,07 0,88 Запасы газа в угле, м3 5 24392 14062 Удельное газовыделе- ние из по- род, м3/т 5 3,14 0,87 4 265870 277608 4 0,25 0,17 3 366207 387562 3 0,40 0,33 Полученные результаты показывают, что количество выделившегося газа существенно превышает его природные запасы в угольных пластах до нача- ла ведения очистных работ. Это свидетельствует о том, что основными ис- точниками метановыделения при отработке антрацитовых пластов, как и Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 129 при выемке пластов с углями меньшей степени метаморфизма, являются подрабатываемые породы. Полученные результаты согласуются с данными непосредственного определения газоносности пород с помощью газокернонаборника и газового каротажа. Установлено [9], что в пределах юго-западной части Донбасса га- зоносность изменяется от 0 до 15 м³/м³ (или от 0 до 6 м³/т). В направлении с запада на восток от Красноармейского к Центральному и Чистяково- Снежнянскому районам газоносность увеличивается: песчаников ‒ с 0,8 до 4,2 м³/т, алевролитов – с 1,4 до 3,6 м³/т, известняков ‒ с 0,8 до 3,2 м³/т. Об- щая и открытая пористости пород не являются основными факторами, опре- деляющими их газоносность. Основные факторы увеличения газоносности – степень катагенетических изменений пород и степень метаморфизма рассе- янных органических соединений [9]. Этот вывод подтверждается и данными [1] о содержании рассеянных органических веществ в породах, вмещающих пласты угля разной степени метаморфизма. Например, наблюдается рост содержания рассеянных органических веществ в песчаниках при переходе от пластов с углями марок Д и Г к маркам Т, ПА и А. Содержание рассеян- ных органических веществ для алевролитов при таком переходе остается примерно на одинаковом уровне. На основании изложенного следует сделать вывод, что разработанный способ определения газовыделения из подрабатываемых пород кровли име- ет важное научно-практическое значение для угольной отрасли. Он позволя- ет без непосредственного трудоемкого определения газоносности подрабо- танных пород устанавливать возможное метановыделение из этого источни- ка. Внедрение и применение этого способа при разработке нормативных до- кументов будет способствовать дальнейшему повышению уровня безопас- ности отработки газоносных угольных пластов. 1. Лукинов В.В. Прогноз метановыделения из подработанных пород в выработки выемочного участка [Текст] / В.В. Лукинов, А.П. Клец, Б.В. Бокий, И.А. Ефре- мов // Уголь Украины. – 2011. – №1. – С. 51-53. 2. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт [Текст] / ДНАОТ 1.1.30-6.09.93. – К.: Основа, 1994. – 312 с. 3. Драбик А.С. О прогнозе газовыделения из сближенных пластов [Текст] / А.С. Дра- бик, Н.И. Антощенко // Безопасность труда в промышленности. – 1986. – №2. – С. 49–50. 4. Брижанев А.Н. Применение дегазации для снижения метановыделений в гор- ные выработки шахты им. газеты «Известия» [Текст] / А.Н. Брижанев, Р.А. Га- лазов, В.И. Ващаев и др. // Экспресс-информация ЦНИЭИуголь. – Вып. 10. – 1984. – С. 1–4. 5. Бокий Б.В. Перспектива извлечения метана из техногенных скоплений [Текст] / Б.В. Бокий, О.И. Касимов // Уголь Украины. – 2005. – №5. – С. 17–21. Физико-технические проблемы горного производства 2012, вып. 15 130 6. Антощенко Н.И. Механизм формирования газовыделения в скважины при от- ходе очистного забоя от разрезной выработки [Текст] / Н.И. Антощенко, В.Н. Окалелов, С.И. Кулакова // Сб. научных трудов ДонГТУ. – Вып. 35. – Алчевск: ДонГТУ, 2011. – С. 44–54. 7. Антощенко Н.И. Влияние скорости подвигания очистного забоя на газовыделе- ние из подрабатываемых угольных пластов [Текст] / Н.И. Антощенко, В.Н. Ока- лелов, С.И. Кулакова // Уголь Украины. – 2012. – №2. – С. 5–8. 8. Правила підробки будівель, споруд і природних об’єктів при видобуванні ву- гілля підземним способом. Видання офіційне [Текст] / Мінпаливенерго Украї- ни: ГСТУ 101. 00159226. 001. – 2003. – Київ, 2004. – 128 с. (Галузевий стандарт України). 9. Голубев А.А. Результаты изучения газоносных пород и прогноз газовыделений из них [Текст] / А.А. Голубев // Уголь Украины. – 1978. – №10. – С. 46–47. М.І. Антощенко, С.І. Кулакова, Л.О. Чепурна СПОСІБ ОЦІНКИ МОЖЛИВОГО ГАЗОВИДІЛЕННЯ З ПОРІД ПОКРІВЛІ ПРИ ВІДПРАЦЮВАННІ ВУГІЛЬНИХ ПЛАСТІВ Представлений принципово новий замірно-розрахунковий спосіб прогнозу газо- виділення з підроблених порід, який дозволяє без безпосереднього трудомісткого визначення газоносності з цього джерела визначати можливе метановиділення у виробки виїмкової ділянки. Спосіб прогнозу метановиділення з підроблених порід здійснюється шляхом контролю динаміки газовиділення в дегазаційні свердловини і параметрів розвитку очисних робіт. N.I. Antoshchenko, S.I. Kulakova, L.A. Chepurnaya THE APPROACH OF EVALUATING THE POSSIBLE GAS RELEASE FROM THE ROCKS OF THE ROOF AT WORKING OFF COAL SEAMS A fundamentally new approach for prognosis of gas release from the rocks is presented. This method allows determine the potential release of methane in mine workings without direct labor-intensive determination of gas presence from this source. The method of prognosis of methane release from the rocks is performed by monitoring dynamics of gas emission in the degassing wells and parameters of mining works.

Способ оценки возможного газовыделения из пород кровли при отработке угольных пластов

Institution

Ähnliche Einträge