Оперативная оценка уровня газодинамической активности угольного пласта при проведении подготовительных выработок

© М.С. Плаксин, 2013

УЛК 622.831.322 М.С. Плаксин

ОПЕРАТИВНАЯ ОЦЕНКА УРОВНЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК *

Представлен метод оценки уровней газодинамической активности угольного пласта с целью оперативного выявления ситуаций приближения забоя подготовительной выработки к границам зон угольного пласта, опасным по газодинамическим явлениям.

Ключевые слова: газодинамическая опасность, подготовительная выработка, нелинейные геомеханические процессы, динамика, метанобильность.

При подземной разработке высокогазоносных угольных месторождений существует вероятность возникновения опасных газодинамических явлений и, в частности, внезапных выбросов угля и газа. Современные методы оценки соответствующих горнотехнологических ситуаций носят качественный характер («опасно» - «неопасно») и не отражают тенденций их изменения, что затрудняет своевременное принятие адекватных технологических решений. К тому же, анализ результатов прогноза выбросоопасности за последние десятилетия показал, что протяженность подготовительных выработок в потенциально выбросоопасных зонах угольных пластов, составляют не более 10 % от их общей протяженности.

Следовательно, необходимо обеспечить возможность надежного выделения «90 % -ной» зоны безопасности, что позволит существенно увеличить темпы проведения подготовительных выработок и повысить уровень безопасности горных работ.

Потенциал регионального и локального прогноза ограничен возможностью выявления лишь крупных геологических нарушений

*Работа выполнена при финансовой поддержке междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 99 и партнерского интеграционного проекта СО РАН № 100.

Рис. 1. Изменение глубины залегания пласта XXVII Березово-Бирюлннского месторождения Кузбасса в пределах горного отвода шахты «Первомайская»

Кд, м:/кг

2.6

2,4

2.3

? 1

/ » / \

Г "" ч

500

1000 1500

Ь, м

2500

-место возникновенш внезапного выороса

Рис. 2. Изменение показателя газодинамической деструкции по трассе конвейерного штрека 35

и обобщенной оценкой склонности угля к саморазрушению (рис.1, 2) вследствие невысокой сети геологоразведочных скважин [1, 2].

Приближение выработки к мелкоамплитудным нарушениям возможно отслеживать только в процессе проведения выработки. Лучше всего методом автоматизированного бесконтактного текущего контроля, который позволит ранжировать газодинамическую активность угольного пласта при проведении подготовительных выработок. В качестве индикатора опасности можно использовать неразрывность связи техногенных изменений газокинетических характеристик пласта с геомеханическими процессами в окрестности проводимой подготовительной выработки. Ее обоснование дано в работах российских ученых [3-6]. Техническим базисом метода стало оснащение шахт непрерывно действующими электронными системами аэрогазового мониторинга.

При исследованиях использовалась информационная база данных, содержащая горнотехнологические сведения о газовой обстановке в 15 подготовительных выработках 6 шахт, глубина горных работ - 250-500 м, 8 пластов мощностью 2-8 м с газоносностью 12-30 м3/т, общее время наблюдений более 1500 сут с квантованием от 1 мин.

Предварительным подтверждение перспективности выбранного подхода являются результаты горно-экспериментальных работ на пластах средней мощности (рис.3, 4), где отличия значений в группах точек отражены каноническим параметром явления зональной дезинтеграции (л/2)п, где п - уровень геоструктурной иерархии массива.

На рис. 5 представлены результату анализа метанообиль-ности выработки, проводимой по верхнему слою мощного пласта при наличии породного междупластья. Проведение штрека в этих условиях сопровождалось периодическими повышениями притока метана, превышающими средние значения в 2-6 раз. Протяженность этих интервалов составляла 10-35 м.

Обобщение результатов подтвердило связь изменений объемов выделившегося газа с объемными параметрами развития зональной дезинтеграции пород в окрестности подготовительной выработки [7]. На ее основании сформулированы правила ранжирования уровней газодинамической активности зон угольного пласта по трассам подготовительных выработок (рис. 6, 7).

Рис. 3. Данные расчета ширины зоны газового дренирования выработкой пласта на основании фактических данных о метанообильности

Рис. 4. Схема к определению ширины зоны газового дренирования угольного пласта выработкой

По данным метанообильности выработки показатель геоструктурной иерархии может устанавливаться, как графическим методом (рис. 6, 7), так и по формуле

п

2,91п

ф

V 1 к У

где 1ф - регистрируемая метанообильность выработки, м /мин; 4 - квазистатическая метанообильность выработки (это метанообильность выработки при ее проведении вне зон

Рис. 5. Объемы газа, выделившегося на интервалах взломов в канонической шкале

Рис.6. Общее метановыделение из выработки перед внезапным выбросом с нанесенной шкалой геоструктурной иерархии

влияния тектонических нарушений и повышенного горного давления, на графиках (рис. 5, 6, 7) соответствует метано-обильности при п =0), м3/мин.

Опираясь на имеющуюся базу данных, включающую и реально выбросоопасные ситуации, принято пкр=3 [8] (при п > 3 -уточнение выбросоопасности методом текущего прогноза;

Рис.7. Общее метановыделение из выработки перед внезапным выбросом с применением шкалы геоструктурной иерархии

при п ^ 3 - принятие мер к снижению нарастающей газодинамической опасности).

Для выявленных на стадии регионального и локального прогноза геологических нарушений проводят мероприятия согласно нормативной документации, а в зоне с повышенной газодинамической активностью угольного пласта, выявленной представленным методом текущего контроля, рекомендуется применение ориентированного поинтервального гидроразрыва для снижения уровня опасности [9].

Таким образом, разработанный метод позволяет выполнять оперативный контроль газодинамической активности пласта, а также предоставляет возможность уточнять параметры мероприятий по снижению газовой и газодинамической опасности.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Плаксин М.С. Оценка газодинамической активности углеметановых пластов при ведении горных работ и планирование объемов извлечения попутного метана / М.С. Плаксин, A.A. Рябцев, В.А. Сухоруков // Вестник Научного центра по безопасности работ у угольной промышленности. - Кемерово, - 2010. - С. 43-50.

2. Киряева Т.А. Локальный прогноз газодинамической активности угольного пласта по геологоразведочным данным / Т.А. Киряева, М.С. Плак-

син, A.A. Рябцев // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2009. - С. 110-115.

3. Открыгтие № 400. Явление зональной дезинтеграции горнык пород вокруг подземных выработок / Шемякин Е.И., Курленя М.В., Опарин Н.В., Рева В.Н., Глушихин Ф.П., Розенбаум М.А // БИ. 1992. -N 1. - 3 с.

4. Диплом на открытие № 9. Свойство органического вещества образовывать с газами метастабильные однофазные системы по типу твердых растворов /Алексеев А.Д., Айруни А.Т., Васючков Ю.Ф., Зверев И.В., Сино-лицкий В.В., Долгова М.О., Эттингер И. Ё. - Акад. ест. наук. Ассоц. авт. науч. откр. от 10.11. 1994, рег. № 16, Москва. - 3 с.

5. Плаксин М.С. Повышение надежности проектирования метанообиль-ности горных выработок / М.С. Плаксин // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. Международная научно-практическая конференция. - Новокузнецк, - 2009. - С. 263-266.

6. Полевщиков Г.Я. Оперативный контроль газодинамической активности пласта по динамике метанообильности подготовительной выработки / Г.Я. Полевщиков, М.С. Плаксин // Горный информационно-аналитический бюллетень. -№ 3. - 2010. - С.351-355

7. Полевщиков Г.Я. Газодинамические следствия зональной дезинтеграции массива при проведении подготовительной выработки / Г.Я. Полевщи-ков, М.С. Плаксин // Вестн. КузГТУ. - 2011. - № 5. - С. 3-7.

8. Полевщиков Г.Я. Газодинамическая активность угольных пластов и зональная дезинтеграция массива горных пород при проведении подготовительных выработок / Г.Я. Полевщиков, М.С. Плаксин // Нелинейные геоме-ханико-геодинамические процессы при отработке месторождений полезных ископаемых на больших глубинах: Труды 2-ой Российско-Китайской научной конференции. - Новосибирск: ИГД СО РАН, - 2012. - С. 83-89.

9. Инструкция по применению ориентированного гидроразрыва пласта для предотвращения газодинамических явлений при проведении подготовительных выработок. - Кемерово, -1994. - 9 с. (НУ СО РАН). ГТТТТЗ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Плаксин Максим Сергеевич - кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории газодинамики угольных месторождений, plaksin@bk.ru Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук.