Содержание к диссертации
Введение
Обоснование подхода к решению задачи на примере шахт кузбасса 10
1.1. Особенности методов оценки остаточных ресурсов метана угольных месторождений 10
1 .2. Анализ взаимосвязей основных показателей работы шахт с горнотехнологическими условиями 12
.3. Оценка относительной перспективности шахт по добыче метана угольных пластов 18
Изучение влияния технологии горных работ на формирование остаточных ресурсов метана 27
1.1. Газокинетические следствия изменений напряженно- деформированного состояния массива в зоне угледобычи 27
2. Влияние порядка отработки пластов в свите на остаточные ресурсы метана 35
.3. Оценка влияния современных технологий очистных работ
на величину эмиссии метана через массив горных пород 40
Разработка метода расчета остаточных ресурсов метана при пологом залегании пластов 46
1. Обоснование методов расчета газовых ресурсов углеметанового массива 46
2. Основные горнотехнологические условия при разработке метода 52
3. Алгоритм расчета остаточных ресурсов метана 57
4. Ресурсные показатели и прогноз динамики эмиссии метана в период ликвидации шахты при пологом залегании пластов 72
Уточнение влияния особенностей крутого залегания пластов на остаточные ресурсы метана
1. Разработка методического приема формирования базы горнотехнологических характеристик горного отвода для условий крутого залегания угольных пластов 87
2. Ресурсные показатели и прогноз динамики эмиссии метана в период ликвидации шахты при крутом залегании угольных пластов 96
Заключение 100
Список использованных источников
- Анализ взаимосвязей основных показателей работы шахт с горнотехнологическими условиями
- Влияние порядка отработки пластов в свите на остаточные ресурсы метана
- Основные горнотехнологические условия при разработке метода
- Ресурсные показатели и прогноз динамики эмиссии метана в период ликвидации шахты при крутом залегании угольных пластов
Введение к работе
Актуальность работы. В процессе реструктуризации угольной промыш-енности Кузбасса закрыты десятки шахт. В связи с этим обострился целый ком-лекс социальных и экологических вопросов. Причиной некоторых из них являет-я сохранение в отработанных горных отводах значительных ресурсов метана, [родолжающиеся десятки лет и интенсифицирующиеся в период затопления іахтьі газокинетические процессы в массиве горных пород создают ряд опасно-гей при выделении метана на земную поверхность, требуя специальных мер по правлению газовыми потоками. В то же время вполне естественен возникающий нтерес в отношении энергетической значимости остаточных ресурсов метана как горном отводе закрытой шахты, так и на отработанных участках действующей.
Совокупность реальных технологических объектов всегда может быть размена на группы по соответствующим комплексам признаков их относительных эеимуществ или недостатков. С позиций настоящей работы наибольший интерес эедставляет группа наиболее неблагополучных по напряженности газовой об-ановки при ведении горных работ шахт, поскольку значимость именно остаточ- гх ресурсов метана наиболее вероятна. Выделение этой группы может сушест-:нно сократить объемы дальнейших работ по расчету распределения и условиям ;влечения метана, отбору наиболее перспективных метанодобывающих участ В.
Остаточное газосодержание прошедших этапы неоднократной разгрузки и вижений нерабочих угольных пластов на отработанных участках горного отво-можно с достаточным приближением принять соответствующим их сорбцион-ІМ характеристикам. Однако это приближение может рассматриваться лишь в честве некоторой асимптоты газокинетической функции. В то же время значи-аьное снижение относительной метанообильности высокопроизводительных емочных участков создает основание для предположений о соответствующем хранении ресурсов метана в массиве после окончания горных работ. Для по-шения надежности разрабатываемого метода необходимо установить их обос ованность с учетом кинетики газоистощения массива. Это уточнение позволит ценивать техногенную структуризацию ресурсов метана на основе газового ба-анса горного отвода.
Одним из основных затруднений анализа структуры газового баланса мас-ива горных пород при оценке газокинетических следствий отработки угольных ластов является несоответствие результатов расчетов, основанных на положенное теории сорбции, фактическим данным о природной газоносности угольных ластов. По этой причине до настоящего времени слабо развиты методы диффе-гнциации газовых ресурсов по их основным физико-технологическим признакам , соответственно, расчета, например, интенсивности эмиссии газа через массив эдрабатываемых горных пород. Для дальнейшего развития методов необходи-о, используя современные представления об углеметановой среде, изыскать эдход, обеспечивающий устранение указанного несоответствия и на этой основе сработать алгоритмическую последовательность, отвечающую заданным усло ІЯМ.
Таким образом, определение неблагополучных шахт по напряженности га-івой обстановки при ведении горных работ, исследование закономерностей пе-іраспределения ресурсов метана в процессе добычи угля и обоснование возмож- іх объемов извлечения газа являются актуальными.
Работа выполнялась в соответствии с планами научных исследований Ин-итута угля и углехимии СО РАН на 1999-2002 гг. и по договорной работе : 107-Г-ПЛ МЭ-18 с РосІТИИГД "Разработать методику оценки ресурсов метана отработанных горных отводах шахт и обоснования мест заложения метанодо-івающих скважин".
Целью работы является разработка метода расчета остаточных ресурсов :тана в отработанном горном отводе угольной шахты по геологоразведочным и хнологическим данным для обоснования целесообразности добычи метана в юмышленных целях и определения эмиссии метана угольных пластов в атмо-»еру.
Идея работы заключается в выделении группы шахт с наиболее значимым лиянием газового фактора с последующей структуризацией метановых ресурсов [а участках горных отводов по физическим и технологическим признакам на ос-юве газового баланса и закономерностей распределения свойств и состояний гассива газоносных горных пород.
Задачи исследований. Исходя из анализа состояния вопроса и поставлен-ой цели, при выполнении работы решались следующие основные задачи:
- разработать метод ранжирования шахт по напряженности газовой обстанов-и при ведении горных работ;
- установить влияние скорости подвигания очистных забоев на формирова-ие остаточных ресурсов метана;
- обосновать согласующуюся с газовым балансом массива горных пород ки-етику техногенного перераспределения ресурсов метана, приводящую к соот-зтствующей положениям теории сорбции структуре остаточных ресурсов.
Методы исследований. В работе использованы методы математической гатистики и корреляционного анализа при ранжировании горных отводов шахт э напряженности газовой обстановки; математического моделирования распре-гления свойств и состояний массива газоносных горных пород при подсчете гео-эгических ресурсов метана и их перераспределения в процессе добычи угля; афической интерпретации данных; анализа и обобщения результатов исследо-іния.
Научные положения, выносимые на защиту:
- ранжирование шахт по напряженности газовой обстановки при ведении гор-.IX работ обеспечивается энтропийным анализом основных горнотехнологиче-:их показателей;
- снижение относительной метанообильности выемочного участка с ростом орости подвигания очистного забоя интенсифицирует формирование остаточ-іх ресурсов метана;
изменение состояния углеметановых пластов от природного до определяю-ЇЙ остаточные ресурсы метана системы "сорбат-сорбент" обусловливает кине ику структурных составляющих газового баланса и их распределения по глубине злегания.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и ре-омендаций обеспечивается:
- использованием представительного объема статистических (11-летний пе-иод работы 78 шахт) и горнотехнологических (4 шахты, 89 геологоразведочных кважин, 10 выемочных участков) данных по рассматриваемым физическим про-гссам;
- согласованностью физических и математических моделей с общепринятыми эедставлениями о свойствах и состоянии массива газоносных горных пород, га-жинетических следствиях формирования и развития зон их разгрузки и сдвиже-лй при различном порядке отработки свит пластов с полным обрушением кровли тя шахт с пологим и крутым залеганием пластов при размерах рассматриваемых рных блоков от 0,98 до 1,9 км и глубине их отработки до 510 м;
- применением современных аналитических методов исследований и обработ-{статистических данных;
- положительным опытом промышленной апробации "Методики оценки ре-рсов метана в отработанных горных отводах шахт и обоснования мест заложе-ія метанодобывающих скважин" на примерах горных отводов 4-х шахт.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- ранжирование совокупности шахт по напряженности газовой обстановки здовая добыча угля, абсолютная метанообильность, количество зарегистриро- нных загазований горных выработок и воспламенений метана) с помощью по- зателя энтропии формирует четыре устойчивые группы, состав которых прак- чески не меняется с введением экономических факторов (цена продажи, себе- эимость добычи угля);
- увеличение скорости подвигания очистных комплексно-механизированных 5оев при неизменном периоде сдвижений и слеживаемости горных пород обу- эвливает рост эмиссии метана через горный массив и динамику ее изменения еле окончания горных работ;
- совместное рассмотрение свойств пласта как твердого углеметанового рас- вора до разгрузки от горного давления и как системы "сорбат-сорбент" после нее беспечивает алгоритмическое описание техногенного перераспределения струк- /ры ресурсов метана с выявлением отклонений от принципа суперпозиции по тубине залегания угольных пластов и изменения величины остаточных ресурсов э времени.
Личный вклад автора состоит:
- в установлении основных показателей и разработке метода ранжирования :ахт по напряженности газовой обстановки при ведении горных работ;
- в установлении закономерностей влияния скорости подвигания очистных ібоев на эмиссию метана через горный массив из зоны ведения горных работ в :мосферу;
- в установлении закономерностей техногенного перераспределения структурі ресурсов метана, формирования и изменения во времени их остаточных значе- ій в отработанном участке горного отвода шахты.
Практическое значение работы. Результаты исследований позволяют:
- выделить первоочередные объекты (шахты или геолого-промышленные рай-іьі) с позиций перспективности комплексных технологий добычи угля и метана ш отработанные участки горных отводов для самостоятельного газодобываю-его промысла;
- установить изменение во времени остаточных ресурсов метана и объемов о возможного извлечения;
- определить эмиссию метана в атмосферу через массив горных пород в пери-; и после окончания горных работ;
- оценить динамику вытеснения газа при затоплении шахты;
- повысить обоснованность проектных решений по защите зданий и сооруже-;й на поверхности от проникновения метана.
Реализация работы. Результаты выполненных исследований явились освой для создания "Методики оценки ресурсов метана в отработанных горных водах шахт и обоснования мест заложения метанодобывающих скважин" (Ке іерово, ИУУ CO РАН, 2002); получили номинацию в конкурсе молодежных про-ктов СО РАН им. М.А. Лаврентьева "Исследование взаимосвязи пространствен-ого распределения газового потенциала участка углеметанового месторождения параметров газокинетического паттерна массива при отработке угольного плата с полным обрушением кровли" (Новосибирск, СО РАН, 2002); включены в от-етные материалы о деятельности Сибирского отделения Российской Академии аук в 2000 г. и за 1997-2001 гг.; вошли в основные результаты работ по регио-альной научно-технической программе "Сибирь" за 2001 г.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и эсуждались на Научной сессии молодых ученых "Вступая в XXI век" (Кемерово, 300), на Областной научной конференции "Молодые ученые Кузбассу. Взгляд в I век" (Кемерово, 2000), на Всероссийской научно-практической конференции гиональные проблемы перехода к устойчивому развитию: Ресурсный потенци-[ и его рациональное использование в целях устойчивого развития" (Кемерово, )01), на научно-технической конференции "Шахтный метан: прогноз, управле-ЇЄ, использование" (Кемерово 2002), на международной научно-практической шференции "Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию ольной промышленности" (Кемерово 2002).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8 стать-и докладах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 141 ранице машинописного текста, содержит 4 главы, введение, заключение, 15 блиц и 45 рисунков, список использованной литературы из 57 наименований.
Анализ взаимосвязей основных показателей работы шахт с горнотехнологическими условиями
Из опыта известно, что любая конструкция, сооружение или предприятие имеют вполне определенный срок эффективной эксплуатации. По его истечении в связи с материальным или обусловленным техническим прогрессом моральным старением необходима ликвидация старого и строительство нового. На рис. 1.1 приведены данные о динамике среднего по бассейну "возраста" шахт. Видим, что процесс реструктуризации угольной промышленности резких изменений не вызвал, хотя ликвидировано на сегодняшний день 38 шахт из 87, действовавших в 1989 г., и сдано в эксплуатацию 8 новых.
Причинами закрытия шахт являются: исчерпание производственных запасов угля на горных отводах, тяжелые производственно-геологические условия ведения горных работ, низкая рентабельность и т.д. В связи с этим полезно сформировать некоторую картину, позволяющую оценить результаты реструктуризации с позиций поставленной цели исследования.
Прежде всего выделим в качестве основных те общедоступные технико-экономические показатели работы отрасли, которые непосредственно связаны с изучаемыми в настоящей работе физическими процессами горного производства.
Особенностью периода реструктуризации промышленности являлась резкая неустойчивость всех экономических показателей и, что наиболее существенно, кардинальное изменение базовых методов их анализа. По этим обстоятельствам затруднительно делать выводы на основе их тенденций за сколько-нибудь представительный период. Для объективности суждений ограничим в дальнейшем статистическую выборку преимущественно горнотехнологическими показателями, прибегая к экономическим только для сопоставления результатов. Разработка углеметановых месторождений всегда связана с изменением состояния массива горных пород и возникновением интенсивных газовых потоков. Физико-химическая основа этих процессов не зависит от способов и технологий разработки, которые способны повлиять лишь на динамику и форму развития зон техногенного нарушения метастабильного состояния углеметано-вого вещества. Следовательно, изменениям интенсивности угледобычи в достаточно обширном регионе должны соответствовать и тенденции изменений газовой компоненты природных ресурсов (рис. 1.2).
Изменение общегодовой абсолютной метанообильности от объемов добычи угля в Кузбассе за период 1990-2000 гг. Из данных видно, что изменения горнотехнологических условий подземной добычи угля в бассейне, вплоть до закрытия значительной части шахт и открытия новых на менее газоносных участках месторождений, не вызвали существенных отклонений в этой связи. Надежность полученной зависимости позволяет заключить, что и обобщенные характеристики источников газа остаются достаточно стабильными.
Вторым аспектом влияния газового фактора является частота загазований горных выработок. Этот статистический показатель характеризует в основном уже динамические, включая направления потоков, возможности источников, т.к. вентиляционная система шахты в целом на статический процесс настраивается достаточно надежно. Тогда наряду с общим газопритоком (рис. 1.2) получим и косвенный показатель динамики разрядки газового потенциала массива, свидетельствующий уже не только о величине потенциала, но и способ ности к его сохранению во времени (рис. 1.3). Из данных видно, что статистические связи по каждому из технологических объектов и их совокупности имеют практически одинаковую надежность и могут быть использованы при оценках параметров изменения газового потенциала массива в результате ведения горных работ.
Случаи превышения безопасных пределов концентрации метана служат основой развития дальнейших процессов и ведут к следующей стадии - воспламенению метановоздушной смеси и последствиям различной тяжести. Но для этого необходимо наличие источника воспламенения с соответствующими характеристиками. Его образование обусловлено принципиально иной физико-технологической системой, обладающей достаточно развитым комплексом мер предупреждения. По этой причине вероятность воспламенения не только снижается, но и имеет существенно меньшую статистическую связь с метано-обильностыо шахт Кузбасса (рис. 1.4). Интересно, что плотность связи возрастает с ростом метанообильности, что физически вполне ожидаемо. Следовательно, она может, как и предыдущие зависимости, использоваться для статистических оценок относительной перспективности шахт бассейна.
Влияние порядка отработки пластов в свите на остаточные ресурсы метана
Распределение в пространстве и интенсивность газовых потоков зависят не только от свойств и характеристик массива, но и от стратегии ведения горных работ. Изменение, например, порядка отработки пластов в свите способно резко изменить и участие тех или иных потенциальных источников метана на различных стадиях технологического процесса соответствующими изменениями и в распределении остаточных газовых ресурсов горного блока [23].
Остаточные ресурсы метана горного блока, разгруженного от горного давления, зависят от величины технических ресурсов метана, которые, в свою очередь, определяются объемом метана, выделившегося из отбитого угля [24] и из вмещающего массива [25, 26]. Технические ресурсы метана, поступившие из вмещающего массива за период угледобычи, определяются этех,м = ААкЯ млн.м3, (2.1) где А - добыча угля, млн.т; Ак - доля метановыделения из выработанного пространства в метанообильности шахты при скорости подвигания очистных забоев 2 м/сут; q - относительная метанообильность выемочного участка, м3/т.
Рассмотрим, как изменяется величина q при изменении порядка отра ботки пластов в свите и длины лавы при постоянной скорости подвигания очистного забоя.
Основными составляющими относительной метанообильности выемочного участка являются разрабатываемый пласт и выработанное пространство. Изменение порядка отработки пластов в свите при заданной длине лавы не приводит к изменению метановыделения из разрабатываемого пласта [27,28].
Метановыделение из выработанного пространства существенно отличается, как будет показано ниже, при различном порядке отработки пластов в свите. Причем основным параметром, меняющим свое значение, является метановыделение из подрабатываемого массива, т.к. газ, выделяемый подрабатываемым угольным пластом или пропластком при разгрузке его от горного давления, способен создавать газовые потоки как в направлении к поверхности, так и в близлежащие отработанные горные выработки.
Для определения количественного значения этих отличий рассматривались горнотехнологические условия шахт "Западная", "Байдаевская" и "Кольчу-гинская". На горных отводах этих шахт выбирались блоки в виде вертикальных призм с основанием, равным геометрическим размерам выемочных столбов длиной 1 км и высотой, соответствующей глубине залегания нижнего рабочего пласта. От дневной поверхности сверху вниз залегают рабочие пласты ( мощностью т, м): для шахты "Западная" - 2 (1,3 м), 3 (2,4 м), 4 (1,6 м) и 5 (нижний рабочий пласт мощностью 2 м); для шахты "Байдаевская" - 33 (1,4 м), 32 (1,2 м), 30 (1,6 м), 29а (3,1 м) и 26а (нижний рабочий пласт мощностью 2,7 м); для шахты "Кольчугинская" - Геолкомовский (1,5 м), Горелый (1,3 м), Наджу -ринский 2 в.п. (1,7 м), Наджуринский 2 н.п. (1,5 м), Наджуринский I (2,4 м), Поджуринский 4 (1,5 м), Поджуринский 5-6 (нижний рабочий пласт мощностью 4,4 м).
В табл.2.1 представлены результаты расчета по нормативному методу [9] с использованием пакетов прикладных программ [29, 30], значений метановыделения из вмещающего массива для условий, когда выемочный столб длиной 1 км отрабатывается лавами длиной 100, 150, 200 и 250 м со скоростью подвигания очистного забоя 2 м/сут.
Рассмотрены четыре варианта отработки пластов в свите. Первый - без предварительной отработки пластов в надрабатываемом массиве. Второй - отработка сверху вниз. Третий - отработка снизу вверх. Четвертый — предварительно отработан только вышележащий угольный пласт.
Из табл.2.1 видно, что первому варианту отработки пластов соответствует наибольшая метанообильность вмещающего массива, в среднем на 36 % больше относительно других вариантов. Последние три варианта значительных отличий в результатах не имеют (расхождение составляет менее 13 %).
С использованием пакетов прикладных программ [29, 30] проведена оценка удельных ресурсов метана в рассматриваемых горных блоках шахт: "Западная" 171,8 м3/м2; "Байдаевская" 507,6 м3/м2; "Кольчугинская" 129,1 м3/м2.
Из табл.2.1 видно, что изменение порядка отработки пластов в свите (последние три варианта) не оказывает существенного влияния (не более 13 %) на относительную метанообильность вмещающего массива. Предварительная отработка даже одного пласта нивелирует эффективность смены очередности отработки всех последующих.
Для удобства дальнейшего анализа приведем результаты к безразмерному виду (табл.2.2). Из расчетов видно, что регистрируемая системой газового контроля метанообильность вмещающего массива представляет достаточно значимую часть ресурсов метана. Однако наблюдается, по сути, кратное влияние специфики каждого горного блока. Если на шахте "Западная" доля реализации газовых ресурсов превышает 30 %, то на шахте "Байдаевская" менее 10 %. Из этого можно сделать вывод, что на метановыделение из вмещающих пород оказывает влияние не только величина газовых ресурсов, но и их распределение по глубине залегания, т.е. стратиграфия массива. Чем ближе к разрабатываемому пласту сосредоточены ресурсы, тем большая их доля способна реализоваться в метанообильности выемочного участка. Относительно величины этой доли следует подчеркнуть, что охватывающие все многообразие горнотехнологических условий нормативные эмпирические зависимости показывают некоторое среднее по всей длине выемочного столба значение и к тому же не могут распространяться, например, на скорости подвигания выше 5 м/сут, т.к. при установлении зависимостей подобные скорости не наблюдались. Более того, общепринятая в отрасли в этот период длина лав была, как правило, существенно меньше глубины горных работ и, следовательно, скорости развития зон разгрузки и сдвижений вмещающего массива были соответственно меньше ныне наблюдаемых выемочных столбов. Таким образом, доля реализации газовых ресурсов вмещающего массива в современных условиях и особенно в перспективе может стать значительно больше.
Основные горнотехнологические условия при разработке метода
Тогда справедливо допущение: в процессе разгрузки от горного давления углеметановый пласт теряет свои свойства твердого раствора прямо пропорционально снижению механических напряжений с соответствующим снижением метаноносности, но не ниже суммарной величины метаноемкости угля как сорбата и удельного объема метана в поровом пространстве угля как коллектора при действующем давлении свободного газа.
Это допущение позволяет увязать газокинетические процессы в зонах технологического воздействия на массив горных пород с изменением его геомеханического состояния и проводить количественную оценку следствий угледобычи. Применительно к данным на рис.3.1 имеем заштрихованную область, соответствующую части природной газоносности пласта, которая неизбежно перейдет в свободное состояние при снятии механических напряжений. Остаточное газосодержание будет выдерживаться согласно условиям "сорбат-сорбент".
При выполнении расчетов неизбежно появление определенного интервала глубин залегания пластов, в пределах которого, согласно графикам на рис.3.1, газосодержание пласта при его переходе от состояния твердого раство pa к сорбату будет возрастать (участок графика сорбции с максимальным изменением градиента). На этом интервале угольный пласт может стать систематически дотационным. Введение каких-либо искусственных приемов для исключения этой особенности, по нашему мнению, неправомерно, т.к. свойства угля как сорбата изучены весьма глубоко и современная наука не располагает сведениями об изменении этих свойств при подземном хранении сорбатов. К тому же авторы гипотезы ТУГР утверждают о необратимости его распада при снятии механических напряжений, невозможности даже частичного восстановления при повторном нагружении массива.
Возвращаясь к принимаемому шагу дискретизации 25-30 м по глубине залегания пластов, на основании изложенного можем утверждать, что данный шаг позволяет проводить приемлемую точность кусочно-линейной аппроксимации линии сорбции (рис.3.1), поскольку соответствует изменению давления газа в 0,25 МПа, достаточному даже для участка кривой сорбции с наибольшим изменением градиента.
В процессе промышленной апробации результатов настоящей работы выявились трудности в применении вышеизложенных методических и программных средств пространственного информационно-аналитического моделирования газокинетических свойств и состояний массива горных пород в зоне отработки. Основными причинами затруднений явились отсутствие полного объема горнотехнологической документации у ликвидационных комиссий и низкая квалификация их персонала в части информационного наполнения компьютерных программ данного уровня сложности. Внести соответствующие этим реальностям изменения в алгоритмы расчетов без значительного снижения их надежности не представляется возможным в связи с явной нелинейностью базовых зависимостей. Найдено компромиссное решение - сохранить автоматизацию достаточно трудоемких расчетов, ориентировав алгоритмы на широко распространенный в промышленности формат электронных таблиц Excel из пакета прикладных программ Microsoft Office 95/97/2000/ХР. Это pe so шение позволяет при приемлемой надежности обеспечить доступность информационного наполнения, прежде всего в связи с графической наглядностью реальных для конкретного горного блока зависимостей при последовательности их получения, подобной прочим методам горной практики. Сущность подготовки горнотехнологической информации для реализации линейных моделей может быть изложена в следующей форме. На первом этапе упорядочивались данные по геологоразведочным линиям в пределах контура горного отвода. Данные представлялись по каждой из линий согласно табл.3.1. Таблица 3.1 Пример представления данных геологоразведочных линий в табличной форме Разведочная линия Камышанская Номер скважины 14426
Координаты и абсолютная отметка устья скважины Х(С)= 4365 Y(B)= 8075 Zabs= 1 Пласт,пропластокугля Глубина #,м Мощность т, м Метанонос-ность X, м /т с.б.м. ВыходлетучихV,% Влажность IV, % ЗольностьА\ % Угол падения пласта а, град. 7 37,0 2,38 0,20 41,2 5,6 7,3 2 701 50,0 0,60 0,50 40,8 5,5 12,1 2 702 70,0 0,55 0,70 40,6 5,4 7,4 2 23 544,0 1,00 21,70 40,6 2,7 10,7 Здесь отражены следующие данные: - разведочная линия; - номер скважины; - координаты скважины (X, Y), м; - абсолютная отметка устья скважины Zabs, м; - пласт, пропласток угля (уникальное имя или номер пласта); - относительная глубина залегания Н пласта (пропластка), м; - мощность пласта (пропластка) т, м; - природная метаноносность % пласта (пропластка), м3/т с.б.м.; - выход летучих Уг пласта (пропластка), %; - влажность W пласта (пропластка), %; - зольность Ас пласта (пропластка), %; - угол падения а пласта (пропластка), град. Затем устанавливаются газовые ресурсы углепородного массива (см. п.3.3).
Установление эмпирических функций обеспечивает оценку газовых ресурсов всех источников. Точность расчетов существенно зависит от изменения горнотехнологических данных в пределах принятых геометрических границ и может варьироваться пользователем, путем разделения горного отвода на блоки соответствующих размеров.
Ресурсные показатели и прогноз динамики эмиссии метана в период ликвидации шахты при крутом залегании угольных пластов
Оценка остаточных ресурсов метана в горном отводе с крутопадающими пластами выполнена на примере горного блока шахты им. М.И. Калинина, в пределах которого в период 1992-1996 гг. велись горные работы. Площадь гор-ного блока составляет 0,635 км . Минимальная абсолютная отметка поверхности на этом участке 340 м, абсолютная отметка нижнего горизонта ведения горных работ -160 м. Глубина 500 м.
Исходные данные Координаты северо-восточного угла горного блока и направление от него на северо-запад: север 6390, восток 5350, азимут 240. Геометрические размеры горного блока: длина 1400 м, ширина 375-450 м, глубина 500 м, горизонт затопления +60 м (абс). Прочие исходные данные приведены в П.2 табл.2. Для расчетов приняты горно-геологические данные по фиктивным скважинам (см. рис.4.1), проведенным в горизонтальных плоскостях горного блока по длине L/.
В связи с существенной нелинейностью изменения газокинетических характеристик массива по глубине залегания пластов все расчеты выполнены посредством поинтервального сканирования через 25 м. При подготовке исходных данных использованы следующие материалы [48-50, 55-57]: план поверхности шахты, планы горных работ по рабочим пластам, геолого-газовые разрезы по разведочным линиям, статистические данные по добыче угля и абсолютной метанообильности шахты за период 1992-1996 гг.
Расчеты остаточных ресурсов метана в горном блоке выполнены с применением линейного моделирования для трех способов ликвидации шахты: без затопления, с частичным затоплением, с полным затоплением. Результаты расчетов представлены в виде гистограмм на рисунках и в таблице (см. П.2. табл.1). При "сухой" ликвидации шахты - (рис.4.7, а), при частичном затоплении шахты до проектной отметки +60 м (абс.) - (рис.4.7, б) и при полном затоп При размерах горного блока 1,4 км по простиранию и 0,375-0,45 км по падению достаточно бурения четырех метанодобывающих скважин. Места заложения скважин в горизонтальной плоскости в связи с выдержанностью условий залегания и технологических параметров принимаются равномерно распределенными, а их глубины выбираются согласно распределению ресурсов метана (рис.4.9).
В диссертации на основе выполненных исследований содержится решение дачи расчета остаточных ресурсов метана в отработанных горных отводах шахт, деющей существенное значение для рудничной аэрогазодинамики в области га-кинетических процессов в массивах горных пород и выработанном пространстве.
Основные научные выводы и практические результаты заключаются в еле-тощем:
1. Разработан основанный на энтропийном анализе метод ранжирования ахт по напряженности газовой обстановки при ведении горных работ по факто м: годовой добычи угля, абсолютной метанообильности, количества зарегист [рованных загазований горных выработок и воспламенений метана. Применение ггода для анализа условий работы 78 шахт Кузбасса за период 1990-2000 гг. іеспечило разделение предприятий на четыре группы: I (/ 0,05 Нит) - 7 шахт; (0,05 U 0,02 Нит) - 31 шахта; III (0,02 / -0,02 Нит) - 28 шахт; IV (С/ -0,02 тг) - 12 шахт. Из них к 2001 г. закрыты как неперспективные (по группам): I - 0 ; II - 35 %; III - 57 %; IV - 58 %. Удовлетворительная сходимость результатов счетов и отраслевых решений позволила с использованием метода проанализи вать выборку из 34 закрытых шахт и выделить из них 18 шахт, где возможны статочно значимые остаточные ресурсы метана.
2. Рост скорости подвигания очистных забоев с 2 до 10 м/сут обусловливает еличение общей величины эмиссии метана через горный массив в атмосферу на -35 %, а ее максимальной амплитуды в 1,5 раза. Причем соответствующие вы-ким скоростям подвигания очистных забоев геометрические размеры выемоч-го столба способствуют реализации этой составляющей ресурсов преимущест-нно за время отработки столба и непосредственно после ее окончания.
3. Соблюдение газового баланса при оценках структуры ресурсов обеспечи-ется условием: в процессе разгрузки от горного давления углеметановый пласт ряет пропорциональную часть своей метаноносности, но не ниже суммарной личины метаноемкости угля как сорбата, и удельного объема метана в поровом остранстве угля как коллектора при соответствующем давлении свободного га 100
В результате пласт может как увеличить свое газосодержание в 1,3-1,7 раза на убинах до 100 м, так и снизить его в 2-3 раза на глубинах более 700 м. Нели-їйность процесса сорбции требует при выполнении расчетов шага дискретиза-т по глубине 25-30 м, в пределах которого некоторое время после окончания ірньїх работ остаток геологических запасов углеметанового вещества может »1ть донорским или дотационным, что временно нарушает принцип суперпози-іи в изменении с глубиной остаточных ресурсов метана.
4. Количественная оценка остаточных газовых ресурсов на отработанных іастках 4-х углеметановых месторождений Кузбасса посредством их структури ции по основным физическим и технологическим признакам свидетельствует о щественной неравномерности распределения величин как по площади участка, к и по глубине (до 77 % от распределения геологических ресурсов). В пределах рных отводов формируются отдельные зоны, где остаточное содержание газа ютигает 0,17 м /м , что обусловливает величины эмиссионных потоков в период топления шахты до 79,3 тыс.м /сут-км".
