Способ прогноза газообильности выемочных участков угольных шахт

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при прогнозировании газообильности подземных горных выработок и очистных забоев. Техническим эффектом изобретения является повышение точности и эффективности способов и схем управления газовыделением и оперативная оценка особенностей газокинетических процессов в отрабатываемом массиве горных пород. Для этого определяют прогнозные значения относительной газообильности выемочных участков (ВУ) угольных шахт по геологоразведочным данным о стратиграфии, газоносности угольных пластов и вмещающих пород и по результатам мониторинга рудничной атмосферы аналогичных ВУ или предыдущих интервалов отработки действующего месторождения. Проводят геологическую и/или геофизическую разведку ВУ, для которых составляют прогноз, с установлением типа и параметров выявленных тектонических нарушений (ТН) и уточнением прогнозных значений относительной газообильности в зонах влияния ТН. При этом в качестве аналогичных ВУ выбирают близколежащие участки с близкой производительностью или отработанные интервалы действующих участков. Для них определяют прогнозные значения газообильности участков и интервалов. По данным мониторинга рудничной атмосферы в процессе их отработки определяют характер динамических изменений газообильности ВУ на всем его протяжении. На основании этих изменений определяют амплитуду и периодичность газогеомеханических процессов на ВУ, для которого составляют прогноз. Причем участки роста газовыделения относят к зоне интенсивности развития газогеомеханических процессов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при прогнозе газообильности подземных горных выработок и очистных забоев, на основе которого осуществляется проектирование вентиляции угольных шахт и отдельных выемочных участков, выбор способов и средств управления газовыделением, определение допустимой по газовому фактору производительности очистных забоев и решение других задач, связанных с обеспечением безопасных условий труда.

Известен способ прогнозирования опасных газопроявлений, заключающийся в том, что по данным геологоразведочных работ определяют природную газоносность угольных пластов и закономерности нарастания ее с увеличением глубины их залегания, после чего оценивают критическую глубину опасных газопроявлений, критическую газоносность угольных пластов и выявляют зоны, где возможны внезапные прорывы метана в призабойное пространство из смежных пластов и газонаполненых вмещающих пород (В .В. Сидорчук и др. Прогнозирование опасных газопроявлений в шахтах Ленинского района Кузбасса. Кемерово, 2000 г., с. 121-127).

Основным недостатком известного способа является то, что объектом прогнозирования является только газодинамическая опасность (внезапные выбросы угля и газа, внезапные выдавливания угля, суфляры, горные удары и т.д.).

Известен способ прогноза газообильности выемочных участков угольных шахт, включающий определение прогнозных значений их относительной газообильности по геологоразведочным данным о стратиграфии месторождения, газоносности угольных пластов и технологии их отработки, с корректировкой результатов прогноза согласно фактической газообильности горных работ в аналогичных условиях, в т.ч. в зонах влияния малоамплитудных тектонических нарушений, устанавливаемых сейсмо- и/или электроразведкой выемочных полей с получением пространственного положения нарушений, после чего находят прогнозное значение степени повышения газообильности выемочных участков в зонах влияния нарушений и вводят поправки в прогнозные значения относительной газообильности (авторское свидетельство СССР 1244349, класс E 21 F 7/00, опубликовано в 1986 г.).

Недостатком известного способа является низкая достоверность, т.к. корректировка прогнозных показателей относительной газообильности не учитывает циклических особенностей процессов сдвижений горных пород и их газового дренирования по длине выемочных столбов, с учетом которых влияние малоамплитудных тектонических нарушений существенно снижается и может носить даже обратный характер, уменьшая амплитуду циклического газопритока в выработанное пространство по всей длине выемочного участка.

Предложен способ прогноза газообильности выемочных участков угольных шахт, включающий определение прогнозных значений их относительной газообильности по геологоразведочным данным о стратиграфии месторождения, газоносности угольных пластов и вмещающих пород и по результатам мониторинга рудничной атмосферы аналогичных выемочных участков или при отработке части действующего участка, проведение геологической и/или геофизической разведки выемочных участков, для которых составляется прогноз, с установлением типа и параметров выявленных тектонических нарушений и уточнением прогнозных значений относительной газообильности в зонах влияния малоамплитудных тектонических нарушений.

Новым в предложенном способе является то, что для выбранных аналогичных участков определяют прогнозные значения относительной газообильности, сравнивают их с данными мониторинга рудничной атмосферы в процессе их отработки, определяют характер динамических изменений газообильности выемочного участка на всем его протяжении и на основании этих изменений определяют амплитуду и периодичность газогеомеханических процессов на выемочном участке, для которого составляют прогноз, причем участки роста газовыделения относят к зоне интенсивности развития геомеханических процессов.

Отличием является также то, что по динамике газовыделения на выемочном участке определяют квазистатические и динамические составляющие газообильности выработанного пространства по его длине, при этом зоны резкого спада притока газа в выработанное пространство после достижения максимума динамической составляющей относят к областям наличия дополнительного стока в виде дневной поверхности или вышележащего выработанного пространства, а зоны ее плавного снижения относят к областям аэрогазодинамической замкнутости объема газокинетических процессов на выемочный участок.

Использование предлагаемого способа прогноза газообильности новых или действующих выемочных участков позволяет повысить точность прогноза, эффективность способов и схем управления газовыделением и обеспечивает возможность оперативной оценки особенностей газогеомеханических процессов в массиве горных пород.

Интенсивная разгрузка газоносных массивов горных пород при отработке выемочных столбов сопровождается адекватной реакцией их газового потенциала. В подавляющем большинстве случаев она проявляется в виде соответствующих квазистатических и периодических динамических изменений в газообильности выемочного участка.

Эти процессы, непрерывно регистрируемые системой мониторинга рудничной атмосферы, могут служить индикатором изменений свойств и состояния вмещающих пород, особенностей их сдвижений, что позволит с большей надежностью судить, например, об одном из основных в рудничной аэрогазодинамике показателе - относительной газообильности выемочного участка.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показаны прогнозные значения газообильности аналогичного выемочного участка, на фиг. 2 - фактические значения газообильности для этого же участка по данным мониторинга рудничной атмосферы, на фиг.3 - график квазистатических изменений газообильности выработанного пространства, на фиг. 4 - график динамических изменений газообильности выработанного пространства.

Для выполнения прогноза газообильности нового выемочного участка и участка, выбранного в качестве аналога, необходимо произвести оценку ресурсов газа в пределах их выемочных столбов, для чего используют данные геологической разведки о стратиграфии месторождения, характеризующие изменения свойств массива по площади выемочных столбов: мощность пласта, пропластков и междупластий, расстояние их от устьев скважин, газоносность, выход летучих, зольность, влажность и угол падения пластов.

Для оценки изменчивости природной газоносности и ресурсов газа (метана) по площади могут быть использованы известные разработки, например, Института угля и углехимии СО РАН: методика и программа подготовки пластовых геологоразведочных данных по геологическим скважинам; методика и программа картирования и трассирования горно-геологических данных; методика и программа автоматизированного пространственного прогноза газообильности выемочного участка с учетом изменчивости свойств и состояний массива горных пород и технологических параметров.

В соответствии с реальным графиком отработки выемочного столба на основе нормативного метода для нового выемочного участка и для ранее отработанного выемочного участка с аналогичными условиями и близкой производительностью или же ранее отработанных интервалов действующего участка определяют прогнозные показатели общей относительной газообильности по участку и по основным источникам газовыделения для интервалов подвигания забоя. На графике (фиг. 1) показаны примеры прогнозных значений q_расч по длине выемочного участка с близкой производительностью, где 1 - общая относительная газообильность, 2 - относительная газообильность выработанного пространства, 3 - относительная газообильность разрабатываемого пласта и отбитого угля.

По данным системы мониторинга рудничной атмосферы, проводившегося при отработке данного участка, определяют, например, с суточной, декадной или месячной периодичностью, фактическую общую относительную газообильность q_факт основным источникам. На графике (фиг.2) показаны примеры фактических значений этих показателей, где 4 - фактическая общая относительная газообильность, 5 - фактическая относительная газообильность выработанного пространства, 6 - фактическая относительная газообильность разрабатываемого пласта и отбитого угля. Для корректировки прогнозных значений газообильности нового участка определяют отношения _факт/q_расч по длине аналогичного ранее отработанного выемочного участка и с учетом этого уточняют значения прогнозируемой общей относительной газообильности и по источникам газовыделения в зависимости от изменения горно-геологических условий по длине нового участка. Полученные уточненные газокинетические показатели по длине выемочного участка (общая относительная газообильность и по источникам газовыделения) используют для построения графических зависимостей, аналогичных по форме, например, приведенным на фиг.2.

Квазистатическую составляющую относительной газообильности по длине участка определяют по изменению отношений фактических и расчетных значений относительной газообильности выработанного пространства по длине выемочного участка (фиг. 3, график 7). По динамике и величине квазистатического изменения газовыделения относительно распределения ресурсов газа в надрабатываемом массиве по длине выемочного столба оценивают влияние надработки.

Динамическую составляющую относительной газообильности определяют как разницу между относительной газообильностью выработанного пространства и квазистатической составляющей и по ней устанавливают характер динамических изменений газообильности выработанного пространства по его протяженности (фиг.4, график 8) и определяют их периоды и амплитуду.

Участки роста газовыделения относят к зоне интенсивного развития газогеомеханических процессов в подрабатываемой толще пород с соответствующим ростом нагрузок на вентиляционную систему участка, на средства поддержания кровли и т.д. О высоте зоны просадки кровли судят по объему метана, выделившегося за единичный период (цикл), относительно ресурсов газа в подрабатываемом массиве. Резкий спад притока метана после достижения максимума (фиг. 4, интервал подвигания 230-350 м) является признаком достижения зоной сдвижения пород кровли области влияния дополнительного стока, например, в виде дневной поверхности или вышележащего выработанного пространства. Плавное снижение притока метана после достижения максимума (фиг.4, интервал подвигания 750-1100 м) свидетельствует об аэрогазодинамической замкнутости зоны газокинетических процессов на выемочный участок. Прогнозирование отклонений характеристик динамических и квазистатических интервалов от их типичных значений осуществляют по данным геологической и/или геофизической разведки выемочного участка, для которого составляют прогноз. Такая разведка позволяет установить наличие в пределах выемочного участка надработанных по вышележащему пласту участков, предохранительных целиков, тектонических нарушений и других зон, аномальных по газовыделению, учесть степень их влияния на ожидаемую газообильность участка и заранее принять меры по предупреждению нежелательных явлений. На заключительной стадии предлагаемого способа полученные расчетные значения общей относительной газообильности и ее основных источников по всей длине нового выемочного участка уточняют с учетом выявленных динамических изменений для ранее отработанных выемочных участков или интервалов подвигания действующего и наличия аномальных по газовыделению зон.

В приведенном примере представлен графический способ обработки данных, связанных с прогнозом и уточнением показателей. Эти же результаты можно получить с использованием математических методов.

Предложенный способ может получить практическое применение при наличии базы данных системы мониторинга рудничной атмосферы по отрабатываемым выемочным участкам и обеспечит наибольшую надежность прогноза газопроявлений при оснащении шахт компьютеризированной системой мониторинга рудничной атмосферы.

Формула изобретения

1. Способ прогноза газообильности выемочных участков угольных шахт, включающий определение прогнозных значений их относительной газообильности по геологоразведочным данным о стратиграфии месторождения, газоносности угольных пластов и вмещающих пород и по результатам мониторинга рудничной атмосферы аналогичных выемочных участков или при отработке части действующего участка, проведение геологической и/или геофизической разведки выемочных участков, для которых составляют прогноз, с установлением типа и параметров выявленных тектонических нарушений и уточнением прогнозных значений относительной газообильности в зонах влияния тектонических нарушений, отличающийся тем, что определяют прогнозные значения относительной газообильности для аналогичных выемочных участков и сравнивают их с данными мониторинга рудничной атмосферы этих же участков в процессе их отработки, определяют характер динамических изменений газообильности выемочного участка на всем его протяжении и на основании этих изменений определяют амплитуду и периодичность газогеомеханических процессов на выемочном участке, для которого составляют прогноз, причем участки роста газовыделения относят к зоне интенсивности развития газогеомеханических процессов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по динамике газовыделения на выемочном участке определяют квазистатические и динамические составляющие газообильности выработанного пространства по его длине, при этом зоны резкого спада притока газа после достижения максимума динамической составляющей относят к областям наличия дополнительного стока в виде дневной поверхности или вышележащего выработанного пространства, а зоны плавного снижения после достижения максимума относят к областям аэрогазодинамической замкнутости газокинетических процессов на выемочный участок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4