Способ определения выбросоопасности угольных пластов

Способ определения выбросоопасности угольных пластов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение достоверности определения выбросоопасности за счет учета всех основных факторов выбросоопасности и влияния величины подвигания забоя горной выработки. Способ включает бурение в угольный пласт скважин, отбор из них проб угля, определение по ним содержания физически связанной воды и метана и расчет показателя выбросоопасности. Новым в способе является то, что в процессе бурения скважины определяют расстояние от поверхности забоя до зоны с максимальной скоростью газовыделения, среднее значение прочности угля на сжатие по ряду замеров на 25 м по. подвиганию забоя, максимальную метанонаснщенность угля при давлении 4-5 МПа и определяют выбросоопасность угольных пластов по расчетной формуле.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО С CP (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4851738/03 (22) 16.07.90 (46) 15,01.93. Бюл. № 2 (71) Донецкий физико-технический институт

АН УССР и Институт горного дела им.

А.А.Скочинского (72) А.Д.Алексеев, Г.Н,Фейт, Г.П,Стариков, Г.Г.Смирнова, О.Н.Малинникова и В.Н.Ревва. (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1382979, кл. Е 21 F 5/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 756034, кл. Е 21 F 5/00, 1978. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ (57) Изобретение относится к горному делу.

Цель изобретения — повышение достоверИзобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения выбросоопасности угольных пластов.

Известен способ прогнозатаэодинамических явлений на выбросоопасНйх угольных пластах, основанный на определении количества метана,.выделившегося в скважину.

Недостатком этого способа является его относительно невысокая достоверность, так как он .не полностью учитывает основные факторы выбросоопасности угольных пластов.

Известен способ прогноза выбросоопасности угольных пластов, включающий бурение.скважины до пересечения пластов, определение мощности отдельных пачек пласта, отбор проб герметичными керноотборниками, и определение по ним выхода летучих веществ, газоносности и разрушаемости. По полученным данным рассчитыва„„Я „„1788286 А1 ности определения выбросоопасности за счет учета всех основных факторов выбросоопасности и влияния величины подвигания забоя горной выработки, Способ включает бурение в угольный пласт скважин, отбор иэ них проб угля, определение по ним содержания физически связанной воды и метана и расчет показателя выбросоопасности. Новым в способе является то, что в процессе бурения скважины определяют расстояние от поверхности забоя до зоны с максимальной скоростью газовыделения, среднее значение прочности угля на сжатие по ряду замеров на 25 м по подвиганию забоя, максимальную метанонасыщенность угля при давлении 4 — 5 МПа и определяют выбросоопасность угольных пластов по расчетной формуле. ют комплексный показатель выбросоопасности, Недостатками данного способа являются низкая точность, так как не учитывается природная влажность, которая в значительной степени определяет физико-механические и упругие характеристики пласта и процессы массопереноса метана. Кроме того, не учитывается напряженное состояние приэабойной зоны пласта, а определение газоносйости пласта путем отбора проб керноотборниками всегда дает заниженное значение, поскольку происходит естественная дегазация угля во время самого бурения, извлечения и герметизации.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ определения выбросоопасности угольных пластов, включающий бурение скважин, отбор проб угля из скважин, определение методом ядерного магнитного ре. 1788286 зонанса в пробах угля процентного содержания адсорбированного метана (Пои) и процентного содержания адсорбированной . воды (П,) и по их отношению определение критерия газодинамической активности

Пои угольного пласта К = — Причем при К =

Пв

0,003-0,008 пласт относят к неопасным по газодинамическим явлениям; а при К 0,025 для угля марки "Ж", "К" и "0C"; К 0,015 для угля марки "Т"; К 0,01 для угля марки "ПА" пласт относят к опасным по газодинамиче- ским явлениям..

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает такие основные факторы выбросоопасности, как прочность и напряженное состояние угольного пласта, Целью изобретения является повышение достоверности определения выбросоопасности угольных пластов путем учета основных факторов выбросоопасности и влияния величины подвигания забоя горной выработки, Поставленная цель достигается тем, что в способе определения выбросоопасности угольных пластов, включающем. бурение в угольный пласт скважин, отбор из них проб угля, определение по этим пробам содержания физически связанной влаги и метана, расчет показателя выбросоопасности и определение по нему состояния выбросоопасности пласта s процессе бурения скважины дополнительно определяют расстояние от поверхности забоя выработки до зоны с максимальной скоростью газовыделения, среднюю прочность угля на сжатие по ряду замеров на протяжении 5 м подвигания забоя выработки, максимальную метанонасыщенность угля при давлении 4 — 5 MI1a и рассчитывают комплексный показатель выбросоопасности по формуле где Qmax- максимальная газонасыщенность угля при давлении газа 4-5 Mtla, ;

Ч/ — содержание физически связанной влаги, „

В,ж — прочность угля на сжатие, т/м;

2;

1Π— величина подвигания забоя, м; !

» — расстояние от забоя выработки до

Зоны с максимальной скоростью газовыделения, м; у — средняя плотность пород, т/м; э.

Н вЂ” глубина разработки, м; причем при В -: О, пласт относят к невыбросоопасным, а при В > О к выбросоопасным, 10

Физико-механические основы первого

С макс безразмерного показателя „ основываются на том факте, что при разрушении угля десорбирующий метан способствует росту трещин всех размеров, вплоть до микротрещин и пор, Адсорбированная вода на поверхности пор и трещин ослабляет межчастичные связи твердого угольного вещества, вызывает пластические деформации в микроскопических локальных зонах, окружающих устья зарождающихся и развивающихся трещин. Такой механизм взаимодействия адсорбированной воды с

15 углем интегрально выражается в повышении неупругих деформаций угля в больших обьемах зэ счет снижения доли упругих деформаций в условиях напряженного состояния. Таким образом, количественное

20 соотношение -противоположно действующих составляющих водо-метановой смеси отражает прежде всего способность угля на:кайливать упругую энергию или, наоборот, снижать ее уровейь, кроме того, количест25 венное содержание метана в угле отражает потенциальную эйергию метана, который, . как фактор давления обеспечивает условие разрушения отрывом, Второй безразмерный параметр

30 ХH

- - — характеризует предельное напряжеRcæ ное состояние и прочность угля, а в целом условие разрушения сдвигом.

Третий безразмерный параметр — ха1о

1к рактериэует градйент изменения газонасыщенности и напряжений в призабойной части пласта, и учитывает влияние технологии выемки на выбросоопасность. Чем

40 меньше это соотношение;тем менее опасна технология выемки при прочих равных условиях.

Таким образом, полученный критерий характеризует процесс разрушения приза45 бойной зоны пласта с учетом флюидонасыщенности и горного давления и может рассматриваться как обобщающее условие возникновения внезапного выброса, Для отнесения пластов к выбросоопас- ным или невыбросоопасным проводят их опробование, заключающееся в том, что на протяжении 25 м подвигания забоя очистной или подготовительной выработки с интервалом 1,5 м бурят скважины в глубь пласта по стандартной методике: Принима ется, что интервал опробования свойств пласта нэ протяжении 25 м подвигания выработки считается достаточным для оценки выбросоопэсности. В процессе бурения оп1788286 редеяяют расстояние от поверхности забоя до зоны с максимальной скоростью газовыделения. Прочность угля на сжатие R,x, определяют в забое выработки эКспресс-методом прочностномером 11 — 1 па нормативной методике, Из скважины отбирают штыб в количестве 0,5 — 0,8 кг, помещают его в герметические емкости и доставляют в лабораторию, оборудованную установками ЯМР и газонасыщения. После доставки угольных образцов в лабораторию часть угля используют для определения влажности. на установке ЯМР по методике

ДонФТИ АН УССР или ГОСТ 11041 — 82. Для газонасыщения отбирают 100 — 150 г угля, измельчают до частиц размером менее 0,5 мм и высушивают до полной потери адсорбированной влаги по ГОСТ 11041 — 82, Угли считают подготовленными к проведению сорбционных исследований при полном отсутствии узкой линии на спектре ЯМР. После этого пробу угля загружают в сорбционную колбу. Сверху уголь закрывают металлической сеткой и тонким слоем ваты, что препятствует потере угля при его дегазации. Далее уголь дегазируют с помощью вакуумного насоса в течение 2 — 3 ч при температуре 20-30 С. Дегазацию производят для того, чтобы убрать иэ пор и трещин воздух, потому что, после выпаривания влаги дегазация; очевидно, не нужна.

Там полностью отсутствует метан, так как нет узкой линии спектра ЯМР. Затем подают метан до рабочего давления 4 — 5 МПа. Установление сорбцианнага равновесия (в течение

3 — 5 сут.) определяют по постоянному давлению в системе, После чего рассчитывают максимальную метанонасыщенность угля в соответствии с Методическими указаниями . йо определению содержания сорбированного и свободного метана в ископаемых угля, Макеевка-Донбасс, 1977 r. При этом имеют . ввиду, что при характерном для выбросоопасных пластов давлении газа 4 — 5 атм всегда достигается газонасыщение угля на 90-95%.

Затем по формуле

+0,025 "— ) 0 — 0,25, W, Rс,ж 1г. где Qmax -Màêñèìàëüíàÿ газонасыщен ность угля при давлении газа 4 — 5 МПа, % . W — содержание физически связанной влаги, %;

R<> — прочность угля на сжатие, т/м;

2, la — величина подвигания забоя, м;

lк — расстояние от забоя выработки до .збны с максимальной скоростью газовыде, ления,м;

y — средняя плотность пород, т/м; з.

Н вЂ” глубина разработки, м, рассчитывают комплексный показатель вьбросоопасности.

Способ опробования на шахте им. Калинина ПО "Артемуголь" пл, Каменка, 960 м, 5 Подвигание забоя 0,9 м, Расстояние от поверхности забоя до зоны с максимальной скоростью газовыделения 2,1 м.

Максимальная метанонасыщенность уг10 ля при давлении 4 — 5 МПа 1,9%, Содержание физически связанной влаги 0,72%.

Прочность угля на сжатие 12,3 кг/см .

Комплексный показатель выбросоопас15 ности равен

 (1,9 — 0,72/0,72 + 0,1 960 2,5/10 12,3)

0,9/2;1 — 1,3 = 0,2

Следовательно, зона пласта является выбросоопасной и 21,04.90 г, произошел

20 выброс, Использование предлагаемого способа позволяет с высокой степенью достоверности оценить выбросаопасность угольного пласта. Структура предлагаемого показате25 ля выбросоопаснасти дает возможность устанавливать способы предотвращения выбросов: при высоком содержании метана-дегазация, при низкой влажносги-увлажение, при низкой прочности — упрочнение

30 угольного массива, при высоком соотношении 10/lx — изменение способа выемки и способа управления горным давлением, Таким образом, правильное определение выбросаопасности, а следовательно, и

35 способов предотвращения выбросов, вопервых, устраняет экономические потери, возникающие в случае отработки невыбросоопасных пластов по технологии невыбросоопасности, ва-вторых, значительно

40 повысить безопасность ведения горных работ.

Формула изобретения

Способ определения выбросоапасности угольных пластов, включающий бурение

45 в угольный пласт скважин, отбор из них проб угля, определение по этим пробам содер>кания физически связанной влаги и метана, расчет показателя выбросаапаснасти и определение по нему состояния выбросо50 опасности пласта, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения выбросоопасности за счет учета основных факторов выбросоопасности и влияния величины подвигания забоя горной

55 выработки, в процессе бурения скважин дополнительно определяют расстояние от поверхности забоя выработки до зоны с максимальной скоростью газовыделения, среднюю прочность угля на сжатие по ряду замеров на протяжении 25 м подвигания

1788286

Составитель А.Алексеев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С,Лисина

Редактор А.Соколова

Заказ 62 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 забоя выработки, максимальную метанонасыщенность угля при давлении 4 — 5 МПа и рассчитывают кОмплексный показатель выбросоопасности по формуле где Qmax максимальная газонасыщенность угля при давлейии газа 4 — 5 МПа;

W — содержание физически связанной влаги, j„

R« — прочность угля на сжатие, т/м; г, io — величина подвигания забоя, м;

1 — расстояние от забоя выработки до зоны с максимальной скоростью газовыде5 ления,м;

y — средняя плотность пород, т/M;

Н вЂ” глубина разработки, м, причем при В < О пласт относят к невыбросоопасным, а при B > 0 пласт относят к

10 вы бросоопасн ым.