Спосіб визначення кількості метану в ґрунті

Спосіб визначення кількості метану в ґрунті, що полягає у використанні геологічних карт і планів поверхні Землі, окресленні ділянок проведення польових вимірів, бурінні на окреслених ділянках шпурів у ґрунті й вимірі в них кількості метану, який відрізняється тим, що додатково виділяють на планах поверхні Землі геодинамічні зони й у них бурять шпури, стаціонарно встановлюють в шпурах газозбірні пристрої й накопичують у них газ протягом доби, розкривають газозбірні пристрої і проводять виміри, дані дії повторюють протягом принаймні одного місяця. Корисна модель належить до гірничої промисловості й може бути використана для розробки заходів щодо дегазації, зокрема для визначення місць підвищеної кількості метану в ґрунті на території гірничих відведень закритих шахт. При закритті будь-якої вугільної шахти відбувається зупинка вентиляційного і насосного устаткування, що призводить до скупчення у виробленому просторі вільного газу метану. Вироблений простір затоплюється, метан витісняється водою й відбувається його подальша міграція до поверхні Землі різними шляхами. Виділення газу метану на поверхню становить небезпеку, оскільки його неможливо виявити візуально, а тільки за допомогою спеціальних приладів, наприклад, шахтних інтерферометрів. Відомі випадки вибухів метану в підвальних приміщеннях будинків, розташованих на території гірничих відведень ліквідованих шахт. Для запобігання подібних явищ, здійснюється дегазація території гірничого відведення ліквідованої шахти шляхом буріння мережі свердловин. Для точного закладення усть дегазаційних свердловин необхідно знати всі можливі шляхи міграції метану з виробленого простору до земної поверхні. Відомий спосіб визначення кількості метану в ґрунті, який є найбільш близьким до способу що заявляється по технічній суті, наведений в Інструкції «Захист будинків від проникнення метану», Макіївка-Донбас: МакНДІ, 2001 - 61с. (с.8-35). Відповідно до способу, спочатку вивчають геологічні карти й плани поверхні Землі відпрацьованої шахти, окреслюють ділянки проведення польових вимірів (виходи пластів тріщинуватих пісковиків і вапняків, а також розривні геологічні порушення, що мають вихід на земну поверхню або під наноси), бурять на окреслених ділянках шпури в ґрунті й вимірюють у них кількість метану за допомогою інтерферометра й за результатами вимірів визначають місця інтенсивного виділення метану в атмосферу. Недолікам даного способу є те, що він не дозволяє вірогідно оцінити інтенсивність виділення метану на території конкретного гірничого відведення закритої шахти. Це обумовлено тим, що в процесі вимірів не враховується геодинамічна будова гірського масиву, виміри в пробурених шпурах виконуються одноразово, зміни інтенсивності виділення метану згодом не враховуються. У дійсності геодинамічні зони є додатковими шляхами міграції метану до земної поверхні. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу визначення кількості ме (19) UA (11) 52738 (13) U (21) u201001547 (22) 15.02.2010 (24) 10.09.2010 (46) 10.09.2010, Бюл.№ 17, 2010 р. (72) АЛЄКСЄЄВ АНАТОЛІЙ ДМИТРОВИЧ, ГРІНЬОВ ВОЛОДИМИР ГЕРАСИМОВИЧ, ПОДРУХІН ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ПРОКОФ'ЄВА ЛАРИСА МИКОЛАЇВНА, СЕРГІЄНКО ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ФІЗИКИ ГІРНИЧИХ ПРОЦЕСІВ НАН УКРАЇНИ 3 тану в ґрунті шляхом введення додаткових зон виміру, що дозволить достовірно оцінити кількість виділення метану на території конкретного гірничого відводу закритої шахти, а також забезпечити можливість визначення зміни кількості виділення метану на досліджуваній місцевості. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі визначення кількості метану в ґрунті, що полягає у використанні геологічних карт і планів поверхні Землі, окресленні ділянок проведення польових вимірів, бурінні на окреслених ділянках шпурів у ґрунті й вимірі в них кількості метану, відповідно до корисної моделі додатково виділяють на планах поверхні Землі геодинамічні зони й у них бурять шпури, стаціонарно встановлюють в шпурах газозбірні пристрої й накопичують у них газ протягом доби, розкривають газозбірні пристрої і призводять виміри, дані дії повторюють протягом часу, як мінімум, одного місяця. Причинно-наслідковий зв'язок між ознаками корисної моделі й технічним результатом, який досягається, встановлюється в такий спосіб. Доцільно на планах поверхні Землі виділяти геодинамічні зони. Ці зони є відображенням схованих осадовим чохлом і покривними відкладеннями глибинних розламів. Амплітуди зрушення між блоками гірського масиву, розділеними геодинамічною зоною, досить незначні (до 1см), що робить практично неможливим їхнє виявлення традиційними інженерно-геологічними способами (бурінням свердловин). Гірничі породи, що перебувають у межах геодинамічних зон, мають підвищену тріщинуватість, що сприяє міграції різних флюїдів (у т.ч. і вільного газу метану) у межах гірничого масиву. На земній поверхні геодинамічні зони проявляються у вигляді лінійно витягнутих знижених форм рельєфу Землі, які називають лінеаментами. Це дозволяє виявляти зони за допомогою аналізу планів земної поверхні й аерофотознімків досліджуваної території. Варто підкреслити, що геодинамічні зони є додатковими природними шляхами міграції метану з виробленого простору до земної поверхні, тому доцільно в цих місцях простежити зміну виділення метану на поверхню протягом часу. Для того щоб це зробити, у пробурених шпурах стаціонарно встановлюють газозбірні пристрої. Це дозволить проводити моніторинг кількості виділення метану в місцях прояву геодинамічних зон, на відміну від відомого способу, який дозволяє одержувати значення концентрації метану в ґрунті тільки на даний момент, а для подальших досліджень необхідне буріння нових шпурів. Для досліджень метан накопичують у газозбірних пристроях протягом доби. Це необхідно за для того, що кількість метану, яка виділилася на земну поверхню, вимірюють у м3/доб, що забезпечує можливість виконання вимірів будь-яким відомим пристроєм. Оскільки відомо, що міграція метану з виробленого простору закритих шахт на земну поверхню є тривалим процесом і в середньому становить 5 років, то для одержання достовірної вибірки даних доцільно задати проміжок між вимірами рівний 1 добі й період проведення вимірів не менш чим 1 місяць, тому що виділення метану прямо залежить від атмосферного тиску. Да 52738 4 ні, отримані таким способом, дозволять розрахувати середнє виділення метану на земну поверхню за допомогою відомих статистичних методів. Даний спосіб реалізується таким чином. Спочатку на геологічних картах і планах поверхні Землі виділяють геодинамічні зони, а також відомі шляхи міграції метану. Потім становлять профілі проведення досліджень, тобто відзначають місця буравлення шпурів і проведення польових вимірів у ґрунті на території гірничого відведення закритої шахти. Бурять шпури за допомогою бурового інструмента й установлюють у них будьякі відомі газозбірні пристрої, наприклад, такі, які описані в патенті України №82277, МПК (2006) G01V9/00, Е21В47/00, опубл. 25.12.2007. Накопичують газ протягом однієї доби, розкривають газозбірні пристрої й, за допомогою інтерферометра (ШИ-11), вимірюють кількість метану в шпурах. Виміри проводять щодоби протягом періоду не менш ніж 1 місяць. Фіксують показання інтерферометра (ШИ-11) і визначають середнє значення кількості метану на обраній території. Після проведення вимірів, отримані дані оброблюють статистичними методами, і по їхніх результатах оцінюють кількість виділення метану й ступінь небезпеки території по виділенню метану на конкретному гірничому відведенні закритої шахти. Приклад Виміри проводили на території гірничих відведень двох закритих шахт «Заперевальна №2» і «Куйбишевська». На геологічних картах і планах поверхні Землі масштабу були виділені геодинамічні зони, а також відомі шляхи міграції метану. У межах геодинамічних зон були виділені місця проведення вимірів по змісту метану в ґрунті. Визначали фоновий зміст метану в ґрунті поза геодинамічними зонами й шляхами міграції метану. Для чого виділяли по 20 пікетів на місцевості в межах кожного гірничого відведення. Потім безпосередньо на території проводили буріння шпурів по всіх намічених місцях і в них установлювали газозбірні пристрої. На кожному гірничому відведенні було пробурено по 100 шпурів, з яких 40 шпурів розташовувалися в межах геодинамічних зон і 40 шпурів у межах відомих шляхів міграції метану відповідно, а також по 20 шпурів для виміру фонового змісту метану в ґрунті. Виміри газу проводилися щодоби протягом 30 днів за допомогою шахтного інтерферометра ШИ-11. Результати вимірів фіксувалися й оброблялися. Після обробки результатів вимірів було встановлено, що середнє значення виділення метану в геодинамічних зонах становить: 0,86м3/доб. на території гірничого відведення закритої шахти «Заперевальна №2» і 1,15м3/доб. на території гірничого відведення закритої шахти «Куйбишевська» відповідно. Ці значення порівнянні з тими, що були отримані у відомих шляхах міграції метану. У межах виходів пластів тріщинуватих пісковиків під наноси середні значення виділення метану становили 1,02м3/доб на території гірничого відведення закритої шахти «Заперевальна №2» і 1,40м3/доб на території гірничого відведення закритої шахти «Куйбишевська». Фонове значення виділення метану на території кож 5 52738 ного досліджуваного гірського відведення мало нульове значення. З наведеного можна дійти висновку, що на території, у межах геодинамічних зон, які не враховувалися раніше, відбувається виділення метану в кількості, порівнянній з кількістю метану, яка ви Комп’ютерна верстка О. Рябко 6 значена відомим способом. У запропонованому технічному рішенні враховуються всі можливі шляхи міграції метану на поверхню Землі, що дозволяє говорити про достовірну оцінку кількості виділення метану на поверхню на території конкретного гірничого відведення закритої шахти. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601