Способ определения выбросоопасности угольных пластов

(19 1 Г 5/ ОСУДАРСТВЕННОЕДОУСТВО СССОС Е ПАТЕНТНОЕР нститут ла им риков .Н.Ре ОСОО у дел стове ПАТЕНТ СССР)ПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ(57) Изобретение относится к горномЦель изобретения - повышение до Изобретение 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 полученнымданным рассчитцва 1788286 А 1 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 выбросоопасностиНедостатками 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 резонанса в пробах угля процентного содержания адсорбированного метана (Пои) и процентного содержания адсорбированной воды (Пв) и по их отношению определение критерия газодинамической активностиПоиугольного пласта К = - Причем при К =Пв0,003-0,008 пласт относят к неопасным по газодинамическим явлениям; а при К 0,025 для угля марки "Ж", "К" и "ОС"; К 0,015 для угля марки "Т"; К 0,01 для угля марки "ПА" пласт относят к опасным по газодинамиче- ским явлениямНедостатком 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 выбросоо-. пасности угольных пластов путем учета основных факторов выбросоопасности и влияния величины подвигания забоягорной 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 в 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 углю при давлении 4 - 5 МПа и рассчитывают комплексный показатель выбросоопасности по формуле где Свидак- максимальная газонасыщенноСтьугля при давлении газа 4-5 МПа,;Ю - содержание физически связаннойвлаги, ф;В,ж - прочность угля на сжатие, т/м;2;о - величина подвигания забоя, м;- расстояние от забоя выработки доЗоны с максимальной скоростью газовыделения, м;у - средняя плотность пород, т/м;э,Н - глубина разработки, м; .причем при В О, пласт относят к невыбросоопасным, а при ВО к выбросоопасным, 10 Физико-механические основы первогоСмакс Ю безразмерного показателя основываются на том факте, что при разрушении угля десорбирующий метанспособствует росту трещин всех размеров,вплоть до микротрещин и пор, Адсорбированная вода на поверхности пор и трещинослабляет межчастичные связи твердогоугольного вещества, вызывает пластические деформации в микроскопических локальныхзонах, окружающих устья зарождающихся иразвивающихся трещин, Такой механизмвзаимодействия адсорбированной воды с15 углем интегрально выражается в повцшении неупругих деформаций угля в большихобьемах зэ счет снижения доли упругих деформаций в условиях напряженного состояния, Таким образом, количественное20 соотношение -противоположно действующих составляющих водо-метановой смесиотражаетпрежде всего способность угля накайливать упругую энергию или, наоборот,снижать ее уровейь, кроме того, количест 25 венное содержание метана в угле отражаетпотенциальную эйергию метана, который,как фактор давления обеспечивает условиеразрушения отрывом,Второй безразмерный параметрЗо Н- характеризует предельное напряжеВсжное состояние и прочность угля, а в целомусловие разрушения сдвигом,Третий безразмерный параметр - хаокрактериэует градйент изменения газонасыщенности и напряжений в призабойнойчасти пласта, и учитывает влияние технологии выемки на выбросоопасность. Чем40 меньше это соотношение;тем менее опаснатехнология выемки при прочих равных условиях.Таким образом, полученный критерийхарактеризует процесс разрушения приза 45 бойной зоны пласта с учетом флюидонасыщенности и горного давления и можетрассматриваться как обобщающее условиевозникновения внезапного выброса,Для отнесения пластов к выбросоопас-ным или невцбросоопасным проводят ихопробование, заключающееся в том, что напротяжении 25 м подвигания забоя очистной или подготовительной выработки с интервалом 1,5 м бурят скважины в глубь55 пласта по стандартной методике: Принимается, что интервал опробования свойствпласта нэ протяжении 25 м подвигания выработки считается достаточным для оценкивыбросоопэсности, В процессе бурения опредеяяют расстояние от поверхности забоядо зоны с максимальной скоростью газовыделения. Прочность угля на сжатие В, определяют в забое выработкиэКспресс-методом прочностномером 11 - 1па нормативной методике, Из скважины отбирают штыб в количестве 0,5 - 0,8 кг, помещают его в герметические емкости идоставляют в лабораторию, оборудованнуюустановками ЯМР и газонасыщения. Последоставки угольных образцов в лабораториючасть угля используют для определениявлажности. на установке ЯМР по методикеДонФТИ АН УССР или ГОСТ 11041 - 82. Длягазонасыщения отбирают 100 - 150 г. угля,измельчают до частиц размером менее 0,5мм и высушивают до полной потери адсорбированной влаги по ГОСТ 11041 - 82, Углисчитают подготовленными к проведениюсорбционных исследований при полном отсутствии узкой линии на спектре ЯМР. После этого пробу угля загружают всорбционную колбу. Сверху уголь закрывают металлической сеткой и тонким слоемваты, что препятствует потере угля при егодегазации. Далее уголь дегазируют с помощью вакуумного насоса в течение 2 - 3 чпри температуре 20-30 С. Дегазэцию производят для того, чтобы убрать иэ пор итрещин воздух, потому что, после выпаривания влаги дегазация; очевидно, не нужна.Там полностью отсутствует метан, так как нетузкой линии спектра ЯМР, Затем подают метан до рабочего давления 4 - 5 МПа. Установление сорбцианнога равновесия (в течение3 - 5 сут.) определяют по постоянному давлению в системе, После чего рассчитывают максимальную метанонасыщенность угля всоответствии с Методическими указаниями. йо определению содержания сорбированного и свободного метана в ископаемых угля,Макеевка-Донбасс, 1977 г, При этом имеют. ввиду, что при характерном для выбросоопасных пластов давлении газа 4 - 5 атм всегдадостигается газонасыщение угля на 90-95%.Затем по формуле+0,025- - ) о - 0,25,Я , .Йсж 1 г.где Оаах -максимальная газонасыщен ностьугля при давлении газа 4 - 5 МПа, %;. Ю - содержание физически связаннойвлаги, %;Всж - прочность угля на сжатие, т/м;2,4 - величина подвигания забоя, м;1 к - расстояние от забоя выработки до.збны с максимальной скоростью газовыде., ления,м;у - средняя плотность пород,т/м;з,Н - глубина разработки,м,рассчитывают комплексный показатель вь- бросоопасности,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 скоростьюгазовыделения 2,1 м,Максимальная метанонасыщенность уг 10 ля при давлении 4 - 5 МПа 1,9%,Содержание физически связанной влаги 0,72%.Прочность угля на сжатие 12,3 кг/см,Комплексный показатель выбросоопас 15 ности равенВ (1,9 - 0,72/0,72 + 0,1 960 2,5/10 12,3)0,9/2;1 - 1,3 = 0,2Следовательно, зона пласта являетсявыбросоопаснай и 21,04.90 г, произошел20 выброс,Использование предлагаемого способапозволяет с высокой степенью достоверности оценить выбросоопасность угольногопласта, Структура предлагаемого показате 25 ля выбросоопаснасти дает возможность устанавливать способы предотвращениявыбросов: при высоком содержании метана-дегазация, при низкой влажносги-увлажение, при низкой прочности - упрочнение30 угольного массива, при высоком соотношении 1 о/1 к - изменение способа выемки испособа управления горным давлением,Таким образом, правильное определение выбросоопэсности, а следовательно, и35 способов предотвращения выбросов, вопервых, устраняет экономические потери,возникающие в случае отработки невыбросоопасных пластов по технологии невыбросоопасности, во-вторых, значительно40 повысить безопасность ведения горных работ,Формула изобретенияСпособ определения выбросоапасности угольных пластов,включающий бурение45 в угольный пласт скважин, отбор из нихпроб угля, определение по этим пробам содеркания физически связанной влаги и метана, расчет показателя выбросаапаснастии определение по нему состояния выброса 50 опасности пласта, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения достоверности определения выбросоопасности за счет учетаосновных факторов выбросоопаснасти ивлияния величины подвигания забоя горной55 выработки, в процессе бурения скважин дополнительно определяют расстояние от поверхности забоя выработки до зоны смаксимальной скоростью газовыделения,среднюю прочность угля на сжатие по рядузамеров на протяжении 25 м подвигэния1788286 Составитель А,АлексеевТехред М,Моргентал Корректор С,Лисина Редактор А.Соколова Заказ 62 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, 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 формулегде Оп ах- максимальная газонасыщенность угля при давлейии газа 4 - 5 МПа;Я - содержание физически связанной влаги, О/ Всж - прочность угля на сжатие, т/м;г,1 О - величина подвигания забоя, м;1 к - расстояние от забоя выработки дозоны с максимальной скоростью газовыде 5 ления, м;у - средняя плотность пород, тмз;Н - глубина разработки,м,причем при ВО пласт относят к невыбросоопасным, а при ВО пласт относят к10 выбросоопасным.