СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАНОНОСНОСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
METHOD OF DETERMINING METHANE CONTENT IN COAL BED

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения метаноносности угольного пласта с целью выбора способов и обоснования параметров интенсификации процессов дегазации и снижения газообильности горных выработок, борьбы с внезапными выбросами газа и угля, снижения вероятности возникновения взрывов метана и угольной пыли, а также для контроля эффективности способов дегазации и противовыбросных мероприятий.
Известна «Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геологоразведочных работах» [1], включающая определение природной газоносности угольных пластов по данным газовых съемок в горных выработках шахт.
Газовыми съемками, проводимыми в горных выработках, устанавливается газовый баланс выемочных участков шахты по источникам газовыделения, в том числе из разрабатываемого пласта. Газовыделение из разрабатываемого пласта, отнесенное к 1 т добываемого угля, в сумме с остаточной газоносностью угля соответствует природной газоносности угольного пласта [1].
Недостатком этого способа является то, что в настоящее время еще не представляется возможность учесть все факторы, влияющие на весьма сложное распределение газа в угленосной толще. Технические средства и методы изучения газоносности при ведении геологоразведочных работ трудоемки и недостаточно совершенны. Поэтому прогнозные данные по газоносности угольных пластов, полученные в процессе геологоразведочных работ, должны уточняться в процессе эксплуатации шахты.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату с целью выбора способов и обоснования параметров интенсификации процессов дегазации и снижения газообильности горных выработок, борьбы с внезапными выбросами газа и угля, снижения вероятности возникновения взрывов метана, метана и угольной пыли, а также для контроля эффективности дегазации и противовыбросных мероприятий является способ определения метаноносности угольного пласта, включающий образование полости в плоскости угольного пласта, удаление из полости отбитого угля и измерение расхода метана [2].
Этому известному способу присущи следующие недостатки: низкая точность и многооперационность определения метаноносности пласта с использованием многочисленных формул, снижающие точность расчетов газообильности и параметров дегазации угольных пластов из-за недостаточно совершенного способа определения метаноносности угольного пласта.
Целью изобретения является получение достоверных исходных данных для выбора способов интенсификации процессов дегазации пластов угля и снижения газообильности горных выработок, контроля эффективности дегазации и противовыбросных мероприятий путем точного определения метаноносности угольного пласта.
Согласно изобретению эта задача решается тем, что в способе определения метаноносности угольного пласта, включающем образование полости в плоскости угольного пласта удаление из полости отбитого угля и измерение расхода метана, отбирают пробу из отбитого в полости угля, определяют в отобранном угле содержание летучих веществ, микрокомпонентов фюзинита и витринита, устанавливают зависимость изменения интенсивности обратной величины удельного метановыделения из полости во времени, по коэффициентам которой определяют численное значение начального удельного метановыделения из угольного пласта в полость и его фильтрационный показатель, а метаноносность пласта устанавливают с учетом коэффициента пропорциональности в ее взаимосвязи с величиной начального удельного метановыделения.
При образовании полости в виде подготовительной выработки расход метана и зависимость интенсивности обратной величины удельного метановыделения из полости во времени определяют путем проведения маршрутных газовоздушных съемок. При образовании полости в виде дегазационной скважины расход метана и зависимость интенсивности обратной величины удельного метановыделения из полости во времени определяют путем периодических измерений расхода газовоздушной смеси и содержания в ней метана.
Метаноносность пласта в иных горно-геологических условиях прогнозируют с использованием зависимости фильтрационного показателя от глубины залегания пласта, коэффициента пропорциональности во взаимосвязи метаноносности пласта и интенсивности начального удельного метановыделения с учетом мощности пласта и зависимостей микрокомпонентов фюзинита и витринита от содержания в угле летучих веществ.
Способ осуществляется следующим образом.
Способ основан на образовании полости в плоскости угольного пласта, удалении из полости отбитого угля и измерении расхода метана. В процессе осуществления способа отбирают пробу из отбитого в полости угля, определяют в отобранном угле содержание летучих веществ, микрокомпонентов фюзинита и витринита, устанавливают зависимость изменения интенсивности обратной величины удельного метановыделения из полости во времени, по коэффициентам которой определяют численное значение начального удельного метановыделения из угольного пласта в полость и его фильтрационный показатель, а метаноносность пласта устанавливают с учетом коэффициента пропорциональности в ее взаимосвязи с величиной начального удельного метановыделения.
При образовании полости в виде подготовительной выработки расход метана и зависимость интенсивности обратной величины удельного метановыделения из полости во времени определяют путем проведения маршрутных газовоздушных съемок. При образовании полости в виде дегазационной скважины расход метана и зависимость интенсивности обратной величины удельного метановыделения из полости во времени определяют путем периодических измерений расхода газовоздушной смеси и содержания в ней метана.
Метаноносность пласта в иных горно-геологических условиях прогнозируют с использованием зависимости фильтрационного показателя от глубины залегания пласта, коэффициента пропорциональности во взаимосвязи метаноносности пласта и интенсивности начального удельного метановыделения с учетом мощности пласта и зависимостей микрокомпонентов фюзинита и витринита от содержания в угле летучих веществ.
Маршрутные газовоздушные съемки производят в проводимой тупиковой подготовительной выработке после прекращения отбойки угля комбайном и удаления из выработки отбитого угля. В выработке намечают местоположение замерных пунктов, причем, как правило, не менее 5-6. В выделенных пунктах измеряют сечение выработки «всвету», скорость движения воздушного потока и содержание в нем метана. Упомянутые виды измерений в выработке проводят последовательно или одновременно. Кроме того, в забое выработки дополнительно измеряют расход воздушного потока и содержание в нем метана. Расход воздуха и концентрация метана могут быть определены в выработке на расстоянии 10-15 м от забоя или в вентиляционной трубе вблизи выхлопа воздуха в призабойную часть проводимой выработки.
По данным измерений расхода метана в выделенных пунктах выработки при выполнении маршрутной газовоздушной съемки определяют удельную интенсивность метановыделения и темп нарастания обратной величины удельного метановыделения из тупиковой выработки во времени, то есть определяют линейную динамику изменения этой величины. По обратной величине свободного коэффициента установленного линейного уравнения находят интенсивность начального удельного метановыделения из обнаженных выработкой поверхностей пласта, а по величине коэффициента при времени - фильтрационный показатель, характеризующий газодинамические свойства пласта.
При формировании полости в угольном пласте в виде восстающей скважины замеры дебита метана из скважины производят через 3-5 дней в течение времени не менее 1,5-2 месяцев. По численным значениям удельного метановыделения из скважины устанавливают интенсивность изменения обратной величины удельного метановыделения во времени. По коэффициентам линейного уравнения устанавливают численные значения показателей, характеризующих газодинамические свойства пласта.
Метаноносность пласта угля определяют путем деления численной величины интенсивности начального удельного метановыделения на коэффициент пропорциональности, величина которого устанавливается опытным путем или по нормативному документу.
Метаноносность угольных пластов в иных горно-геологических условиях их залегания устанавливают аналогично описанному выше, т.е. экспериментальным путем, либо прогнозом с использованием зависимостей: фильтрационного показателя от глубины залегания пласта угля; коэффициента пропорциональности, учитывающего взаимную связь между метаноносностью угольного пласта и интенсивностью начального удельного метановыделения с учетом мощности пласта; зависимостей микрокомпонентов фюзинита и витринита от содержания в угле летучих веществ. Эти зависимости устанавливаются экспериментально или с учетом положений, изложенных в нормативных документах.
Внедрение способа позволит увеличить точность определения метаноносности угольного пласта, численные значения которой будут использованы для обоснования параметров способов интенсификации процессов дегазации угольных пластов и снижения газообильности горных выработок, контроля эффективности дегазации и противовыбросных мероприятий, что будет способствовать обеспечению безопасности горных работ за счет снижения вероятности взрывов метановоздушных смесей и угольной пыли.
Источники информации
1. Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геолого-разведочных работах. М., Недра, 1977 г., 96 с.
2. Авторское свидетельство СССР №836365, М. кл. 3 Е21F 7/00, Е21F 5/00, «Способ определения газоносности угольного пласта». 1981 г. Бюл. №21 (прототип).