Оценка фактической природной газоносности угольных пластов при ведении горных работ

УДК 622.8 А.Н. Кормин

ОЦЕНКА ФАКТИЧЕСКОЙ ПРИРОДНОЙ ГАЗОНОСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПРИ ВЕДЕНИИ ГОРНЫХ РАБОТ

Описаны вопросы, связанные с оценкой газоносности угля в процессе эксплуатации угольных шахтах, а также применение временной методики определения газоносности угольных пластов в процессе ведения горных работ на шахтах Кузбасса для разработки мероприятий по повышению эффективности дегазации.

Ключевые слова: оценка фактической газоносности угольных пластов, процессы десорбции газа, определение упущенного объема газа.

~П настоящее время определение природной газоносности

-Я-М угольных пластов осуществляется как при проведении геологоразведочных работ, так и в процессе строительства и эксплуатации шахт. В 1977 году Институтом горного дела им. А.А. Скочинского была разработана «Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геологоразведочных работах» [1]. Настоящая инструкция предназначена для выбора методов и определенных объемов исследований по изучению природной газоносности угольных пластов и вмещающих их пород при проведении геологоразведочных работ. Для определения количественных показателей газоносности в пределах метановой зоны, характеризующейся повышенным газовым давлением, применяются методы прямого и косвенного определения природной газоносности угольных пластов и вмещающих пород.

Для изучения газоносности угленосных толщ применяются следующие методы, описанные в указанной «Инструкции...» [1]. Первые три метода основаны на взятии проб колонковыми снарядами или керногазонаборниками при бурении вертикальных скважин в ходе геологоразведочных работ. В настоящее время еще не представляется возможным учесть все факторы, влияющие на весьма сложное распределение газа в угленосной толще. Технические средства и методы изучения газоносности при ведении геологоразведочных работ недостаточно совершенны, поэтому прогнозные данные по газоносности угольных пластов, полученные в про-

150

цессе геологоразведочных работ, должны уточняться в процессе строительства и эксплуатации шахты по мере поступления новых материалов.

Поиск методов, достаточно точно и технологично позволяющих определить газоносность пластов в процессе эксплуатации шахты, происходит постоянно. Много внимания данному процессу уделяется научными и научно-исследовательскими институтами как в нашей стране, так и за рубежом.

В 1981 году специалистами МакНИИ была разработана «Методика определения природной газоносности пластов действующих и строящихся шахт Донбасса» [3], в которой описаны методы определения природной газоносности по газовым съемкам, газовыде-лению при бурении и изотерме метаноемкости пласта.

Все методы, рассматриваемые в различных методиках, являются либо прямыми, в которых определяется газоносность керна, как части рассматриваемого угольного массива, либо косвенными, основанными на результатах газовых съемок, фактической газо-обильности.

В прямых методах используются измерения объема выделившегося метана из угольных кернов, их применимость ограничивается количеством геологоразведочных скважин. Косвенные методы позволяют определить значение газоносности по ее проявлениям в процессе эксплуатации угольных шахт.

В 2008 году Институтом угля и углехимии СО РАН была разработана «Временная методика определения газоносности угольных пластов в процессе ведения горных работ» [2], основанная на прямом методе определения газоносности по кернам, взятым при бурении скважин из подготовительных или очистных выработок.

На основе данной методики проведена оценка фактической природной газоносности угольных пластов при ведении горных работ на трех шахтах Кузбасса.

Оценка газоносности угля осуществлялась на основе прямого метода определения газоносности угольных пластов в процессе ведения горных работ и основывалась на применении кернонаборни-ков, которые позволяют отобрать пробы угля в горном массиве вне зоны дренирования пласта и определить объем газа в керне. При отборе образцов угля применяется оборудование, включающее набор герметичных сосудов для размещения в них образцов угля, термостаты для поддержания заданной температуры образцов и ка-

151

либрованные колбы для определения выпущенного объема газа.

При проведении десорбционных тестов и определении газоносности применяется оборудование компании Raven Ridge Resources (США), включающее набор герметичных сосудов для размещения в них образцов угля, термостаты для поддержания заданной температуры образцов и манометры для определения выпущенного объема газа. Далее выполняется оценка газоносности угольных пластов в соответствии с «Временной методикой определения газоносности угольных пластов в процессе ведения горных работ» на основе программно-аналитического обеспечения Gas Technology Institute (СшА) [3].

Обработка материалов заключается в определении общего объема газа, содержащегося в угольном образце, рассчитываемого по формуле Vy = V + V а + V

v L v упущ. ' v выд. ' v ост.

где Vynm. - объем упущенного газа, который выделился из угольного образца с момента проникновения рабочего инструмента в область угольного пласта, в который заключен отбираемый уголь, до момента размещения угольного образца в герметичный сосуд

N

Vebld = L Vi, N - количество измерений выделившегося газа;

i=l

Vocm - объем газа, выделившейся после нагрева образца.

Газоносность угольного образца, высушенного при комнатной температуре, определяется как

г = Vil

P' ,

P'

где - вес угля, высушенного при комнатной температуре.

Газоносность в пересчете на сухую беззольную массу определяется по формуле Vv

г

с.б .м

I

P'(100% - Aa - Wa) где Аа и W - зольность и влажность угля, %

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

д/7 , мин.1/2

Десорбция метана из угольного образца в течение времени

Далее по результатам полученных данных строится карта прогноза газоносности угольного пласта в пределах участка, на котором отбирались пробы. Изогазы метаноносности наносятся через 1 м3/т сухой беззольной массы.

В соответствие с «Временной методикой определения фактической природной газоносности угольных пластов при ведении горных работ» проведены исследовательские испытания в условиях угольных пластов № 52, 51, 50, 49 и выемочного участка № 5203 шахты «Котинская» ОАО «СУЭК-Кузбасс», а также дополнительно были проведены работы на шахтах им. С.М. Кирова и «Заречная», для чего были отобраны и проанализированы дополнительные угольные образцы. Проведенные исследования показывают, что данная методика определения газоносности угля при естественных условиях и при нагреве позволяет определить не только газоносность пласта, но и остаточный объем газа, который не выделяется из угольного массива в процессе ведения горных работ. Количество упущенного газа во время взятия керна рассчитывается методом обратной экстраполяции. В процессе проведенных исследований получены результаты по 53 угольным образцам, газоносность в пересчете на сухую беззольную горную массу угля, менялась от 1 до 11 м3/т с.б.г.м. Часть угольных образцов отбиралась после проведения пластовой дегазации угольного массива, в целях проверки эффективности дегазации. Дополнительными исследованиями по известным методикам необходимо уточнить соотношение выделившегося и рассчитанного упущенного газа. Комплекс связанных с этим работ будет выполнен на угольных шахтах Кузбасса в бли-153

жайшее время.

------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геологоразведочных работах, Москва «Недра» - 1977. -с. 96.

2. Временная методика определения газоносности угольных пластов в процессе ведения горных работ, Кемерово: ИУУ СО РАН. - 2008.- с. 7.

3. Determining Coalbed Gas Content: Published by Gas Research Institute Chicago, Illinois, USA, 1995. ЕШ

A.N. Kormin

ESTIMATION OF NATURAL GAS CONTENT OF COAL SEAMS WHILE MINING

The article describes the issues referring to gas content estimation during the process of mining coal in underground coal mines and also application of temporary methodology of estimation of gas content of coal seams during coal mining process at Kuzbass coal mines for developing actions in order to increase the efficiency of degasification.

Key words: estimation of actual gas content of coal seams, gas desorption processes, estimation of lost gas volume.

Коротко об авторе

Кормин Алексей Николаевич - младший научный сотрудник Учреждение Российской академии наук Институт угля и углехимии СО РАН, E-mail: kormin@uglemetan.ru