Исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки
Наведено результати досліджень виділення метану із шарів-супутників і пісковиків при різноманітних швидкостях посування очисних вибоїв.
Saved in:
| Date: | 2009 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/12551 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки / Л.В. Сергиенко // Физико-технические проблемы горного производства: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 12. — С. 124-129. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-12551 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-125512010-10-14T12:02:28Z Исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки Сергиенко, Л.В. Прогноз и управление состоянием горного массива Наведено результати досліджень виділення метану із шарів-супутників і пісковиків при різноманітних швидкостях посування очисних вибоїв. Results of studying the methane emission from satellite coal seams and country sand-stones at various longwall speeds are presented. 2009 Article Исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки / Л.В. Сергиенко // Физико-технические проблемы горного производства: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 12. — С. 124-129. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. XXXX-0016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/12551 622. 831.3 ru Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива |
| spellingShingle |
Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива Сергиенко, Л.В. Исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки |
| description |
Наведено результати досліджень виділення метану із шарів-супутників і пісковиків при різноманітних швидкостях посування очисних вибоїв. |
| format |
Article |
| author |
Сергиенко, Л.В. |
| author_facet |
Сергиенко, Л.В. |
| author_sort |
Сергиенко, Л.В. |
| title |
Исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки |
| title_short |
Исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки |
| title_full |
Исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки |
| title_fullStr |
Исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки |
| title_full_unstemmed |
Исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки |
| title_sort |
исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Прогноз и управление состоянием горного массива |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/12551 |
| citation_txt |
Исследование выделения метана из пластов-спутников и вмещающих пород в очистные выработки / Л.В. Сергиенко // Физико-технические проблемы горного производства: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 12. — С. 124-129. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT sergienkolv issledovanievydeleniâmetanaizplastovsputnikovivmeŝaûŝihporodvočistnyevyrabotki |
| first_indexed |
2025-07-02T14:37:41Z |
| last_indexed |
2025-07-02T14:37:41Z |
| _version_ |
1836546325425946624 |
| fulltext |
Прогноз и управление состоянием горного массива _____________________________________
УДК 622. 831.3
Л.В. Сергиенко
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫДЕЛЕНИЯ МЕТАНА ИЗ ПЛАСТОВ-СПУТНИКОВ
И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД В ОЧИСТНЫЕ ВЫРАБОТКИ
ИФГП НАН Украины
Наведено результати досліджень виділення метану із шарів-супутників і піскови-
ків при різноманітних швидкостях посування очисних вибоїв.
Ключовi слова: виділення метану, пласти-супутники, зона системи аеродинамічно
зв'язаних тріщин, очисні вироблення, параметри дегазаційних свердловин
L.V. Sergienko
STUDIES OF METHANE EMISSION FROM SATELLITE COAL SEAMS
AND COUNTRY ROCKS
Results of studying the methane emission from satellite coal seams and country sand-
stones at various longwall speeds are presented.
Keywords: methane emission, attendant coal seams, aerodynamically bound rifts, mine-
works, degassing boreholes
С ростом глубины очистных работ происходит рост газоносности уголь-
ных пластов. При этом вентиляционные возможности шахт могут оказаться
исчерпанными, что потребует осуществления специальных мероприятий по
борьбе с метановыделением, главным из которых является дегазация пласта
и выработанного пространства. Дегазация обеспечивает уменьшение газо-
выделения в горные выработки, способствует повышению безопасности ра-
бот и увеличению нагрузки на очистные забои [1].
Практика ведения дегазационных работ показала, что их эффективность
должна быть более 25% (кд > 0,25). При кд < 0,25 для нормализации газовой
обстановки на участках необходимо выполнение мероприятий по повыше-
нию расхода воздуха, что требует увеличения площади поперечного сечения
горных выработок. Опыт ведения дегазационных работ показывает, что
применение дегазации целесообразно при коэффициенте дегазации 0,25 < кд <
< 0,7. При этом следует учесть, что обеспечение эффективности дегазации
более 70% (кд > 0,7) современными способами и средствами трудно осуще-
ствимо.
124
Прогноз и управление состоянием горного массива _____________________________________
Установлено, что в разгруженной зоне из пласта и пород выделяется
больше метана, чем в нетронутом массиве и тем более в зоне опорного дав-
ления. Поэтому дегазацию необходимо производить с учетом параметров
разгруженных зон [2]. В таких зонах происходит увеличение трещиновато-
сти горного массива, и установить размеры зоны влияния разгрузки на тре-
щиновато-пористую среду весьма сложно. Следовательно, определение па-
раметров зон трещиноватости для обеспечения эффективной дегазации под-
рабатываемых пластов и песчаников является актуальной задачей.
В связи с этим в ИФГП НАН Украины были выполнены исследования по
изучению газоотдачи из пластов-спутников и вмещающих пород с учетом
зон трещиноватости горного массива при различных скоростях подвигания
лав.
Известно, что в результате отработки угольного пласта происходит сдви-
жение породных слоев над выработанным пространством, формируется раз-
гружаемая зона, представляющая собой развивающуюся систему аэродина-
мически связанных трещин (САСТ) (рис. 1) [3–5].
Рис. 1. Схема формирования зон трещиноватости
горного массива при ведении очистных работ: I –
зона опережающей трещиноватости, II – разви-
вающейся трещиноватости, III – промежуточного
коллектора, IV– крупных сколов [3]
Зона опережающей трещиноватости (ЗОТ) формируется впереди лавы.
Образование ЗОТ обусловлено значительной величиной горного давления
на границе зоны опорного давления и разгружаемой зоны в массиве пласта,
а также движением свободного газа, выделяющегося из разрабатываемого
пласта в разгружаемой зоне, под давлением, соизмеримым с геостатическим.
Протяженность этой зоны в глубь массива от груди забоя определяется
выражением [3]:
н 2cos [ ln( ) ln ]S m Z Z c x t= θ + − , м, (1)
где S – протяженность зоны опережающей трещиноватости, м; m – мощ-
ность разрабатываемого пласта, м; θн = 117 + 0,2α – параметр, учитывающий
влияние угла падения пласта при надработке; Z – глубина залегания разра-
батываемого пласта, км; C – половина минимальной ширины выработанного
пространства, м; X – текущая координата вдоль линии забоя, м; t2 – период
времени от начала обнажения забоя до рассматриваемого времени, мин.
125
Прогноз и управление состоянием горного массива _____________________________________
Удаление верхней границы ЗОТ от разрабатываемого пласта определяет-
ся выражением [3,4]:
ZЗОТ 2 cosexp 1.005 ln mS
S
θ⎛ ⎞= ⋅⎜
⎝ ⎠
⎟ , м. (2)
В пределах этой зоны происходит движение метана из разрабатываемого
пласта в выработанное пространство (частично минуя рабочее пространство
лавы) и в другие зоны САСТ.
Зона крупных сколов (ЗКС) прилегает непосредственно к выработанному
пространству и формирует зону обрушения пород кровли, в почве образу-
ются трещины, позволяющие проникать в них шахтному воздуху.
Верхняя граница ЗКС определяется зависимостью [3–5]:
ZЗКС 6 cosm= θ , м, (3)
где θ – параметр, учитывающий влияние угла падения пласта и определяе-
мый по формулам: θп = 0,5α – в кровлю пласта при подработке; θн = 117 +
+ 0,2α – в почву пласта при надработке.
Дегазация подрабатываемых пластов-спутников, залегающих в ЗКС,
скважинами практически невозможна, так как породы кровли после прохода
лавы обрушаются.
Зона промежуточного коллектора (ЗПК) прилегает непосредственно к
ЗКС. Верхняя граница ЗПК определяется зависимостью [3–5]:
ZЗПК 20 cosm= θ , м. (4)
Через ЗПК мигрирует метан, выделяющийся из всех разгружаемых источни-
ков, в том числе частично из разрабатываемого пласта.
Зона развивающейся трещиноватости (ЗРТ) формируется в выработанном
пространстве участка непосредственно над ЗПК. Различают 2 зоны: ЗРТ-1 и
ЗРТ-2, отличающиеся степенью трещинообразования. Удаление верхней грани-
цы ЗРТ от плоскости разрабатываемого пласта определяется зависимостью [3–5]:
ZЗРТ-1 50 cosm= θ , м, (5)
ZЗРТ-2 70 cosm= θ , м. (6)
С целью установления влияния ЗОТ на газоотдачу песчаника и спутников
были проведены натурные исследования на шахте «Красноармейская-
Западная №1». На участке №3 (1-я северная лава блока № 5) выше разраба-
тываемого пласта d4 залегают сланец песчаный мощностью m = 0,3 м и пес-
чаник мелкозернистый m = 9,75–15,5 м, ниже разрабатываемого пласта зале-
гают сланец песчаный m = 0,55 м и песчаник мелкозернистый m = 7,85 м.
Природная газообильность песчаника 1,8–5,9 м3/м3 породы. Повышенное
выделение метана может происходить из пласта d4 в зонах тектонических
нарушений и повышенной трещиноватости из песчаников, залегающих в
почве и кровле, и из пласта спутника d4
1 мощностью 0,10–0,54 м, залегающе-
го на расстоянии 12,4–21,0 м. Угольный пласт на площади выемочного поля
126
Прогноз и управление состоянием горного массива _____________________________________
отнесен к угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа, не склонен к са-
мовозгоранию, по пыли – опасен. Лава является опасной по прорыву метана
из почвы и ее разрушению.
Параметры дегазационных скважин, которые бурились в кровлю пласта
d4, приведены в таблице.
Таблица
Параметры скважин 1-й северной лавы блока № 5
Параметры Скважина №1 Скважина №2
Угол наклона к горизонту, град. 45 75
Угол разворота от оси выработки, град. 35 55
Диаметр скважины, мм 93 93
Длина скважины, м 50 50
Глубина герметизации устья, м 15 15
Расстояние между кустами скважин, м 20 20
На рис. 2 приведена схема расположения дегазационных скважин и гра-
ницы зон САСТ на момент работы первого куста скважин (пикет 90) при
подходе лавы на расстояние 20 м (начало контроля дебита метана) и 2,8м
(последний замер).
Установлено, что по мере приближения лавы к скважинам газовыделение из
них увеличивается. Это объясняется тем, что скважины попадают в зоны САСТ.
Рис. 2. Схема расположения дегазационных скважин в породном массиве с учетом
зон САСТ по 1-й северной лаве блока № 5 на моменты: начала контроля (А) и по-
следнего замера (В) дебита метана
127
Прогноз и управление состоянием горного массива _____________________________________
Пробуренные кусты скважин при приближении очистного забоя на рас-
стояние 20 м поочередно подключались к дегазационному трубопроводу.
Средняя скорость подвигания очистного забоя до пикетов 90, 88 и 86 со-
ставляла соответственно 4; 3,35 и 2,84 м/сут. Расположение скважин относи-
тельно зон САСТ определялось геометрически.
В результате выполненных исследований установлено, что на пикете 86 в
начальный момент контроля дебит метана составлял из первой скважины
0,42 м3/мин, из второй – 0,35 м3/мин, при этом скважины еще не попадали в
зоны САСТ. При подходе лавы к кусту скважин на расстояние 2,8 м дебит
метана составил из первой скважины 0,96, из второй – 0,88 м3/мин. Это объ-
ясняется тем, что скважина № 1 попадает в зоны опережающей трещинова-
тости, промежуточного коллектора и развивающейся трещиноватости.
Скважина № 2 при этом также попадает в ЗОТ. Аналогично происходит из-
менение газовыделения и на пикетах 88 и 90.
Из рис. 3 видно, что с приближением очистного забоя к кустам скважин,
газовыделение из последних возрастает с 0,38 до 0,94 м3/мин, следователь-
но, расход метана увеличился в 2,5 раза. Это объясняется тем, что скважины
попадают в разгруженную зону, в которой происходит возникновение тре-
щин и увеличивается газоотдача из песчаника и спутника d4
1.
Рис. 3. Изменение расхода метана из скважин в зависимости от расстояния до лавы
Зависимость изменения дебита метана из скважин от расстояния до лавы в
условиях шахты «Красноармейская-Западная №1» описывается уравнением
, м0,461,53I L−= ⋅ 3/мин, (7)
где I – дебит метана, м3/мин; L – расстояние до лавы, м.
128
Прогноз и управление состоянием горного массива _____________________________________
Таким образом, по результатам шахтных исследований на шахте «Крас-
ноармейская-Западная №1» можно сделать следующие выводы:
1. Экспериментально определены протяженность зоны опережающей тре-
щиноватости S = 12,7м и высота зон трещиноватости горного массива в зоне
влияния очистного забоя: ZЗОТ = 2,4 м; ZЗКС = 7,2 м; ZЗПК = 24 м; ZЗРТ = 60 м.
2. Получена зависимость дебита метана из скважин от расстояния до очи-
стного забоя, позволяющая для средних (2,84–4 м/сут) скоростей лавы опре-
делить расход метана из скважин.
3. Установлено, что с приближением очистного забоя к кустам скважин
газовыделение из последних возрастает от 0,38 до 0,94 м3/мин, следователь-
но, расход метана увеличился в 2,5 раза.
1. Руководство по дегазации угольных шахт. – М., 1990. – 192 с.
2. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. – К.: Основа,
1994. – 311 с.
3. Андреев М.М. Формирование техногенной системы аэродинамически связан-
ных трещин породного массива // Разраб. месторождений полез. ископаемых:
Респ. межвед. науч.-техн. сб. – 1988. – Вып. 81. – С. 27–36.
4. Андреев М.М. Определение петли гистерезиса давления // Разраб. месторожде-
ний полез. ископаемых: Респ. межвед. науч.-техн. сб. – 1989. – Вып. 84. – С. 14–
23.
5. Ярембаш И.Ф., Андреев М.М. Модель образования свода разгрузки угленосной
толщи // Разраб. месторождений полез. ископаемых: Респ. межвед. науч.-техн.
сб. – 1981. – Вып. 60. – С. 74–79.
Статья поступила в редакцию 7 июля 2009 года
129
|