способ прогноза газообильности выемочных участков угольных шахт

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.

Описание изобретения к патенту

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.