СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАНОНОСНОСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
METHOD FOR DETERMINATION OF METHANE CONTENT IN COAL VEIN

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в качестве исходной величины для оценки эффективности дегазации разрабатываемых пластов угля и интенсивности метановыделения из них на этапе прогноза метанообильности призабойного пространства лавы и выемочного участка.
Известен способ определения газоносности угольных пластов, который используют при геологоразведочных работах. Сущность этого способа заключается в прямом определении природной газоносности угольных пластов путем бурения скважин с поверхности, отбора пробы угля керногазонаборником, дегазации промывочной (буровой) жидкости и отобранной пробы (керна) угля [1].
Недостатком этого способа является большая трудоемкость.
Известен способ определения природной газоносности угольных пластов по данным газовых съемок в горных выработках шахт. Способ заключается в измерениях расхода воздуха в сети горных выработок выемочных участков, содержания в нем метана, установлении газового баланса выемочного участка и последующем определении метаноносности пласта расчетным методом [2].
Недостатками этого способа являются большой объем проведения газовоздушных съемок и невысокая точность определения метаноносности пласта.
Известен способ определения газоносности угольного пласта, включающий измерения газовыделения из проведенной полости в пласте в два этапа на основе замеров расхода газовоздушной смеси, определение остаточной газоносности отбитого угля, установление показателей газоотдачи пласта при проходке полости (скважины) и определение газоносности пласта с использованием расчетных формул [3].
Недостатками этого способа являются проведение измерений в проводимой скважине в два этапа, определение показателей газоотдачи пласта и отбитого угля, привлечение многочисленных формул для расчета исходных данных, невысокая точность определения входящих в расчетные формулы показателей в течение кратковременности бурения участков скважины.
Известен способ определения газоносности пласта на основе отбора из массива углегазовой пробы, измерения газовыделения из отобранной пробы угля в два этапа, приведения углегазовой пробы после первого этапа измерений в состояние сорбционного равновесия, выпуска газов в атмосферу в течение времени, равного интервалу между отторжением пробы угля от массива и началом измерения газовыделения из нее, повторного измерения газовыделения в течение времени, равного времени первого измерения газовыделения, определения газоносности пласта по формуле, включающей исходные данные измерений [4].
Недостатками способа являются многоэтапность измерений газовыделения, необходимость приведения пробы в состояние сорбционного равновесия, соблюдение временных режимов измерения газовыделения и определение газоносности угля при сорбционном равновесии и остаточного содержания газов в отбитом угле, что не способствует точности определения газоносности пласта.
Наиболее близким по технической сути является способ определения метаноносности угольного пласта, включающий образование полости в плоскости угольного пласта, удаление из полости отбитого угля, измерение расхода метана, определение в отобранном угле содержания летучих веществ, микрокомпонентов фюзинита и витринита, установление зависимости интенсивности обратной величины удельного метановыделения из полости во времени и метаноносности пласта с учетом коэффициента пропорциональности в выявленной зависимости и величины начального удельного метановыделения [5].
Недостатком данного способа является то, что нет необходимости определять в отобранном угле содержание летучих веществ, микрокомпонентов фюзинита и витринита, численные величины которых в пределах угольного пласта и шахтного поля существенных изменений не претерпевают. Более того, способ не позволяет определять метаноносность угольного массива в зоне выемки угля комбайном.
Целью изобретения является установление величины метаноносности угольного пласта в зоне выемки угля комбайном, то есть величины метаноносности в полосе заходки, определяющей интенсивность метановыделения из разрабатываемого пласта при работе комбайна.
Указанная цель достигается тем, что в способе определения метаноносности угольного пласта, включающем проведение дегазационных скважин в плоскости угольного пласта на участке ведения очистных работ, измерение расхода метановоздушной смеси из скважин и содержания в ней метана, определение показателей газоотдачи пласта в скважины и объема извлеченного метана из него за время дегазации, дополнительно в нерабочую смену измеряют расход воздуха и содержание в нем метана на выходе из лавы, устанавливают протяженность зоны разгружаемого от горного давления массива угля впереди очистного забоя и запасы метана в ней, определяют степень дегазации пласта скважинами и естественной дегазации разгружаемого массива угля, после чего с учетом суммарной степени дегазации пласта и природной его метаноносности определяют метаноносность угольного массива в зоне выемки угля очистным комбайном, также устанавливают степень дегазации пласта скважинами по объемам извлеченного метана и его запасам на дегазируемом скважинами участке пласта и степень естественной дегазации разгружаемого массива угля впереди очистного забоя - по измеренному расходу метана в потоке воздуха на выходе из лавы, продолжительности отработки зоны пласта, подверженной естественной дегазации, и запасам метана в ней, а объемы извлечения метана из пласта на участке предварительной дегазации определяют с использованием показателей газоотдачи пласта в дегазационные скважины.
Способ осуществляют следующим образом.
На участке шахтного поля в плоскости разрабатываемого угольного пласта проводят дегазационные скважины, периодически измеряют из них расход метановоздушной смеси и содержание в ней метана, которые используют для определения расхода метана из пробуренных скважин. После обработки полученных данных устанавливают зависимость обратной величины интенсивности удельного метановыделения 1/g от времени t функционирования скважин
2
3
где k - коэффициент (м/м) характеризует газодинамические и фильтрационные свойства угольного пласта при его дегазации скважинами;
b - коэффициент , обратная величина которого характеризует величину интенсивности начального удельного метановыделения из угольного пласта в дегазационные скважины;
g - интенсивность удельного метановыделения в скважины ;
t - продолжительность функционирования скважин, сут.
0
a
-1
Произведение численных значений коэффициента k и g определяет скорость  (сут) снижения метановыделения из дегазационных скважин от времени их функционирования
0
a
3
2
где величины g и , являющиеся показателями газоотдачи угольного пласта в дегазационные скважины, используют для определения удельного объема  (м/м) извлеченного метана из пласта через скважины за время дегазации t (сутки)
где ln - обозначение натурального логарифма.
c
3
Количество извлеченного из пласта метана G (м) за время t (сутки) определяют по формуле
c
где l - полезная длина скважины, м;
m - мощность дегазируемого пласта, м;
N - число пробуренных на участке пластовых скважин, шт.
c
Степень к (доли ед.) предварительной дегазации угольного пласта скважинами, функционирующими в течение времени t, определяют по формуле
3
3
где W - запасы метана на дегазируемом скважинами участке пласта, м; устанавливают произведением запасов угля (Z, т) на дегазируемом участке и метаноносности пласта (X, м/т с.б.м.), определенной при геологоразведочных работах или другим способом.
е
з.р
з.p
Степень к (доли ед.) естественной дегазации массива угля впереди очистного забоя, обусловленной разгрузочным влиянием горного давления, устанавливают путем определения протяженности зоны l (м) разгрузки пласта, продолжительности t (сут) отработки этой зоны, измерения в нерабочую (ремонтную) смену расхода воздуха на выходе из лавы и содержания в нем метана, то есть степень естественной дегазации массива угля впереди очистного забоя определяют по формуле
з.р
3
где G - количество метана, выделившегося из разгружаемого забоем угольного массива, м;
з.р
3
W - запасы метана в пределах зоны разгрузки, м.
3
I - интенсивность метановыделения из обнаженного очистным забоем угольного пласта (по данным измерения расхода воздуха и содержания в нем метана на выходе из лавы в нерабочую смену), м/мин;
з_р
t - продолжительность отработки пласта в пределах зоны разгрузки от горного давления, сут.
з.р
где l - протяженность зоны разгрузки, м;
оч
V - скорость подвигания очистного забоя, м/сут.
Запасы метана в пределах зоны разгрузки пласта определяют по формуле
Протяженность зоны разгрузки пласта очистным забоем устанавливают по показаниям гидродатчика, либо по динамике метановыделения из пластовой скважины, пробуренной параллельно линии очистного забоя.
3
3
в
Для определения интенсивности метановыделения I (м/мин) измеряют 3-4 раза расход воздуха Q (м/мин) на выходе из лавы и содержание с (%) метана в нем в нерабочую смену (без работы комбайна по отбойке угля)
в
3
где Q - расход воздуха, м/мин;
c - концентрация метана, %.
д.пл
Суммарную степень к (доли ед.) дегазации пласта за счет предварительной (скважинной) и естественной (разгрузка массива от горного давления) определяют по формуле
с
где к - степень дегазации пласта скважинами, доли ед.;
е
к - степень естественной дегазации угольного массива, доли ед.
в
3
Метаноносность Х (м/т с.б.м.) пласта в зоне выемки угля очистным комбайном определяют по зависимости
3
где X - природная метаноносность угольного пласта, м/т с.б.м.
Источники информации
1. Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геологоразведочных работах. М.: Недра, 1977. - 96 с.
2. Там же, стр. 96.
3
3. Авторское свидетельство СССР №836365, М.Кл., E21F 7/00, E21F 5/00, Бюл. №21, 1981 г.
4. Патент РФ №2015348, C1, 5E21F 7/00, Бюл. №12, 1994 г.
5. Патент РФ №2372484, C1, МПК E21F 5/00, Бюл. №31, 2009 г. (прототип).