Исследование природной метаноносности угленосной толщи и метанообильности шахты «Мао Хе» (Вьетнам)

© С.Г. Гсндлср, Нгусн Тхс Ха, 2015

УДК 622.454.2

С.Г. Гендпер, Нгуен Тхе Ха

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДНОЙ МЕТАНОНОСНОСТИ УГЛЕНОСНОЙ ТОЛЩИ И МЕТАНООБИЛЬНОСТИ ШАХТЫ «МАО ХЕ»

Отмечено, что одной из причин, приводящей к повышению метановой опасности, является отсутствие достоверных данных о газоносности угольных пластов, что затрудняет разработку мероприятий по управлению газовым режимом шахт, в том числе определение необходимых для проветривания горных выработок количеств воздуха. Приведены данные о последствиях взрывов метана в угольных шахтах. Дана информация о результатах измерений метаносности угольных пластов шахты Мао Хе для различных временных периодов. Осуществлен прогноз метаноносности угольных пластов шахты Мао Хе перспективных для будущей разработки. Б результате оценки и анализа метаноносности и относительного метановыделения на угольных пластах шахты МаоХе выявлена тенденция повышения этих величин с увеличением глубины разработки. Отмечено, что для снижения метановой опасности в шахте МаоХе необходимо использовать схемы подготовки шахтных полей и выемочных участков, предусматривающиесоздание регламентируемого вентиляционного режима и применение эффективных способов дегазации угольных пластов, организовать надежный контроль параметров и состава шахтной атмосферы, реализовать комплекс мероприятий по предупреждению и локализации взрывов газа и пыли.

Ключевые слова: угольная шахта, метан, метаноносность, метано-выделение, вентиляция, газовый режим, категория по метану, прогноз метаноносности.

Взрывы метано- и пылевоздушных смесей с человеческими жертвами происходят практически во всех угледобывающих странах мира. Не являются исключением и угольные шахты Вьетнама, что иллюстрируется данными, приведенными в табл. 1.

Таблица 1

Взрывы метана на угольных шахтах Вьетнама

Дата катастрофы Шахта Количество человеческих жертв

11/01/1999 МаоХе 19

19/12/2002 Суой Лай 13

06/03/2006 Тхонг Нхат 8

08/12/2008 Хе Чам 11

02/07/2012 Хе Там — 86 4

Одной из причин, приводящей к повышению метановой опасности, является отсутствие достоверных данных о газоносности угольных пластов, что затрудняет разработку мероприятий по управлению газовым режимом шахт, в том числе определение необходимых для проветривания горных выработок количеств воздуха [1, 4]. В ряде случаев для обеспечения необходимых количеств воздуха возникает необходимость проведения дополнительных работ по реконструкции шахт, стоимость которых во много раз превышает затраты, связанные с изучением газоносности угольных месторождений [3, 5]. В этой связи повышение достоверности прогноза метаноносности угольных пластов и метанообильности горных выработок при повышении глубины разработки следует считать весьма актуальной задачей.

В настоящее время в угледобывающих странах мира существуют различные методы определения природной метанонос-ности. Во Вьетнаме, для определения метаноносности пластов, обычно используется, так называемый, польский или «прямой метод» [2].

В условиях шахты МаоХе исследования метаноносности проводились в несколько этапов. До 1970 года содержание метана в исследованных осуществлялось на образцах угля, отобранных с различных глубин. Было установлено, что мета-ноносность угольных пластов повышается с глубиной, достигая на 5-7 м3/т на глубине -400 м.

Следующий этап изучения метаноносности, осуществленный в 1980—1993 годах геологической компанией 906, подтвердил и уточнил результаты исследований первого этапа. Оказалось, что при сохранении тенденции к росту метанно-носности с глубиной, ее значение на горизонте -400 м оцени-

вается уже величиной 10,16 м3/т. Кроме того, было показано, что пласты 6, 7, 9, 10 и 1Ь восточного крыла шахты МаоХе имеют относительно высокую метаноносность. (рис. 1).

Определения природной метанноносности были продолжены Центром горной безопасности совместно с шахтой Мао Хев 2004-2013 годах.

Результаты проведенных исследований подтвердили данные ранее выполненных измерений и показали, что из разрабатываемой шахтой МаоХе свиты пластов наибольшей метано-носностью обладают пласты В7 и В9. В основном, метаноносность увеличивается с глубиной и имеет тенденцию к снижению с течением времени отработки (с 2007 по настоящее вре-мяметаноносность уменьшается). Это может быть объясненона-личием аэродинамической связи выработанных пространств с поверхностью, что и определяет процесс дегазации угольный пластов.

Таким образом, величина метанононосности пластов шахты МаоХе зависит одновременно от множества различных факторов: физико-химических свойств угля, примыкания пласта и геологические нарушения в залегании угольных пластов (разрыв пласта) и т.д.

Данные исследований по метаноносности угольных пластов в дальнейшем использовалисьдля прогноза метановыделения, установления категории шахты по метану и расчётунеобходи-мых для проветривания количеств воздуха.

12

1

1. 1

«I -111 и 111 II., 1 И I I. ,1 1 1.

—, с* — $ > > Открытые пласты/ +30 оо ^ .о о > .о а^-о^ое >>?>>>>>>>> +30 /-30 5 > 1 ? 1 5 5? -80/-150 -150 /-400

Рис. 1. Характер изменения метаноносности пластов по глубине

Таблица 2

Данные измерений метаноносности угольных пластов

Пласт 9В Пласт 7 В

Глубина Метаноносностьм3/т Глубина Метаноносностьм3/т

40 0,000 30 0,001

30 1,404 6 0,920

20 1,926 - -

3 3,139 - -

-5 4,341 - -

-25 5,129 -25 2,217

-80 5,904 -80 3,097

-100 6,994 -100 3,467

-150 7,842 -150 4,176

Для осуществления прогноза метаноносности угольных пластов 90, 70 шахты Мао Хе, имеющих максимальные фактические показатели метаноносности, были использованы результаты измерений на различных глубинах в текущем и предыдущем годах (табл. 2).

Данные, поученные в результате измерений, были аппроксимированы зависимостями различного вида (линейными, гиперболическими, параболическими). В качестве конечных формул, по которым был выполнен прогноз метанноносности, выбирались зависимости с максимальной величиной корреляционного соотношения. Сопоставительный анализ показал, что использование зависимостей параболического типа, приводит к величине корреляционного соотношения, равного практически единице (0,99). Это дает основание считать, что связь ме-таноносности с глубиной залегания угольных пластов с высокой степенью точности описывается зависимостями параболического типа (1)-(2). (рис. 2).

пласт - 9В: Н = - 3,25-Х2 +2,45-Х +34,8,

пласт - 7В: Н = - 8,1-Х2 - 8,8-Х +27,4,

где Н - глубина залегания угольного пласта, м; X - метаноно-стность угля, м3/т.

метаноносность, m-Vt

О 2 4 6 8 10 12

50

J50

Рис. 2. Результаты прогноза метаноносности пластов 9В

Расчеты, выполненные по формулам (1), (2), для перспективных глубин добычи угля на шахте Мао Хе, составляющих -225 м и -300 м, показали, что метаноностность пластов 9D и 7D может достигнуть на этих глубинах соответственно 9,32 м3/т, 10,4 м3/т и 5,07 м3/т и 5,84 м3/т.

Для оценки фактического уровня относительного метано-выделения и определениякатегории шахты по метану на шахте МаоХев соответствии с требованиями техническо стандарта Вьетнама (QCVN 01: 2011/BCT) в рабочие дни с частотой три раза в месяц проводятся измерения скорости движения воздуха, расхода воздуха и газовые съемки, в процессе которых в специальные газонепроницаемые мешки отбираютсяпробы воздуха. Их химический анализ осуществляется в лаборатории Центра горной безопасностигазовыми хроматографами Varian (США) или Agilent (Япония) в течение 24 часов. Результаты определения содержания метана в рудничном воздухе в сочетании с данными воздушных съемок используются для расчета относительного метановыделения в выработках пластов (табл. 3).

Анализ данных, представленных в табл. 2, свидетельствует о том, что наибольшее относительное метановыделение в шахте МаоХе наблюдается на шахтопластах 7 и 9 и соответствует более высокому уровню их метаноносности по сравнению с другими пластами. Несмотря на то, что для большинства пластов относительное метановыделение имеет тенденцию к увеличению со временем и глубиной разработки,в ряде случаев относительное метановыделение уменьшается к концу отработки.

Таблица 3

Относительное метановыделение в выработках пластов шахты МаоХе

Пласт Относительное метановыделение

Год

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

6ВМК (-25 - +30) 2,57 8,40 7,90 15,03 15,58 14,07 1,64 10,70

(-80 - +25) 2,88 0,65 3,85 2,10 7,42 3,73 5,04 12,05 15,19

7Т (-80 + +25) 6,53 3,98 4,57 6,00 0,15

(-150 + -80) 2,47 15,27 7,70

7В (-80 + +25) 6,16 5,29 5,85 5,55 5,47 4,49 5,18

(-150 + -80) 3,87 9,81 15,40

8Т (-80 + +30) 9,65 22,88

(-150 + -80) 7,51 9,93 3,65

8В (-80 + +25) 2,30 4,38 1,30 5,10 0,66 2,86 9,26

(-150 + -80) 15,30 13,28

9В (-80 + +25) 9,65 10,58 12,28 14,79 6,85

(-150 + -80) 17,90

9Т (-25 + +30) 5,71 10,73 10,58

(-80 + +25) 5,48 6,96 7,88 10,24 4,39 37,78 22,80 13,62

(-150 + -80) 15,74 16,08

Таким образом, в результате оценки и анализа метанонос-ности и относительного метановыделения на угольных пластах шахты МаоХе выявлена тенденция повышения этих величин с увеличением глубины разработки. Это косвенно свидетельствует об увеличении рисков возникновения аварийных ситуаций, связанных с взрывами метана.

Для снижения метановой опасности шахты МаоХе необходимо использовать схемы подготовки шахтных полей и выемочных участков, предусматривающиесоздание регламентируемого вентиляционного режима и применение эффективных способов дегазации угольных пластов, организовать надежный контроль параметров и состава шахтной атмосферы, реализовать комплекс мероприятий по предупреждению и локализации взрывов газа и пыли.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Веселое А.П., Гендлер С.Г., Павлов И.А. Шувалов Ю.В. Аэрогазодинамические процессы в выработках добычных участков шахт Воркуты. Горный информационно-аналитический бюллетень, МГГУ, № 4, 2002, с. 67-73

2. Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геологоразведочных работах. М.: Недра, 1977. — 96 с.

3. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Айруни А.Т. Фундаментально-прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. — М.: Издательство Академии горных наук, 2000. - 535 с.

4. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка Донбасс, МакНИИ, 1989. 319 с.

5. Шувалов Ю.В., Веселов А.П., Павлов И.А., Ковалев О.В. Комплексное использование ресурсов и регулирование газового режима шахт Воркутского месторождения. Изд. МАНЕП, С. Петербург, 2006 г. 392 с. ШИЛ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Гендлер Семён Григорьевич — доктор технических наук, профессор, sgendler@mail.ru,

Нгуен Тхе Ха — аспирант, haxdmhn@gmail.com, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

UDC 622.454.2

RESEARCH OF NATURAL METHANE BEARING CAPACITY OF COAL-BEARING STRATA AND METHANE CONTENT OF MINE MAO HE

Gendler S.G., Doctor of Technical Sciences, professor, sgendler@mail.ru, National mineral resources university «University of Mines», Russia,

Nguyen Tkhe Ha, postgraduate student, haxdmhn@gmail.com, National mineral resources university «University of Mines», Russia.

It is noted that one of the reasons leading to increase of methane danger is lack of reliable data about gas content of coal layers that complicates development of actions for management of the gas mode of mines, including definition of excavations of amounts of air, necessary for airing. Data on consequences of explosions of methane are provided in coal mines. Information on results of measurements of a methane bearing capacityof coal layers of mine of Mao He for various temporary periods is given. The forecast of methane bearing capacityof coal layers of mine of Mao He perspective for future development is carried out. As a result of an assessment and the analysis of methane bearing capacityand relative methane emission on coal layers of mine of Mao He the tendency of increase of these sizes with increase in depth of development is revealed. It is noted that for decrease in methane danger in Mao He's mine it is necessary to use the schemes of preparation of mine fields and extraction sites providing creation of the regulated ventilating mode and application of effective ways of decontamination of coal layers to organize reliable control of parameters and structure of the mine atmosphere, to realize a complex of actions for the prevention and localization of explosions of gas and dust.

Key words: a coal mine, methane, methane bearing capacity, methane emission, ventilation, the gas mode, category on methane, the forecast of methane bearing capacity.

REFERENCES

1. Veselov A.P., Gendler S.G., Pavlov I.A. Shuvalov Ju.V. Ajerogazodi-namicheskie processy v vyrabotkah dobychnyh uchastkov shaht Vorkuty (Aero-gasdynamic processes in workings of Vorkuta mines production unit). Gornyj informa-cionno-analiticheskij bjulleten', MGGU, No 4, 2002, pp. 67-73.

2. Instrukcija po opredeleniju i prognozu gazonosnosti ugol'nyh plastov i vmeshhajushhih porod pri geologorazvedochnyh rabotah (The instruction on definition and the forecast of gas content of coal layers and the adjacent strata during thegeological exploration). Moscow: Nedra, 1977. 96 p.

3. Malyshev Ju.N., Trubeckoj K.N., Ajruni A.T. Fundamentalno-prikladnye me-tody reshenija problemy metana ugol'nyh plastov (Fundamental — applied approach of a solution of the problem of methane of coal layers). Moscow: Izdatel'stvo Akademii gornyh nauk, 2000. 535 p.

4. Rukovodstvo po proektirovaniju ventiljacii ugol'nyh shaht (Guide to design of ventilation of coal mines). Makeevka Donbass, MakNII, 1989. 319 p.

5. Shuvalov Ju.V., Veselov A.P., Pavlov I.A., Kovalev O.V. Kompleksnoe is-polzovanie resursov i regulirovanie gazovogo rezhima shaht Vorkutskogo mestorozhdenija (Multipurpose utilization of resources and control of gas regime of Vorkutsky occurrence mines). Izd. MANEP, S.-Peterburg, 2006. 392 p.