Спосіб визначення газовиділення під час переходу очисним вибоєм геологічного порушення

Реферат: Спосіб належить до гірничої промисловості. Згідно із способом ділянку геологічного порушення розділяють на k часток, визначають довжини цих часток масиву, у межах яких показники геологічних порушень є сталими, вимірюють в межах кожної з цих часток масиву середні відстані між сусідніми тріщинами для кожної основної системи тріщинуватості гірничого масиву, а також мінімальний кут між площинами основної системи тріщинуватості геологічного порушення, що не співпадає з нашаруванням порід, і основної техногенної системи тріщинуватості, яка створюється очисним вибоєм. Після чого визначають прискорення динаміки газовиділення. Забезпечується надійне визначення сумарного прискорення динаміки газовиділення, що дозволить підвищити безпеку відпрацювання вугільних газоносних пластів під час переходу очисним вибоєм геологічного порушення. UA 115951 C2 (12) UA 115951 C2 UA 115951 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до вугільної промисловості і може бути використаний при визначенні газовиділення під час переходу очисним вибоєм геологічного порушення, а також при прогнозі багатогазовості підземних виїмкових дільниць під час відпрацювання вугільних пластів. Відома нормативна методика визначення відносного газовиділення з підроблених порід, що приходиться на тонну видобутого вугілля і здійснюється двома способами. Перший спосіб базується на даних про газоносність вмішуючих порід, розташованих на відстані, яка не перевищує 30-кратної потужності від розроблюваного пласта. Достовірне визначення газоносності вміщуючих порід технічно важко реалізувати. Другий спосіб базується на визначенні відносної метановості по природній газоносності розроблюваного пласта. На відміну від першого способу враховуються всі породні пласти, що залягають між пластом, який розробляється, і верхньою межею зони метанових газів. [Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт /ред. 10 кол.: С.В. Янко (и др.); под ред. С.В. Янко. - Киев: Основа, 1994. - 311 с.]. Способи мають такі недоліки. При визначенні газовиділення з підроблених породних пластів до розгляду приймається неоднакова кількість породних пластів, які імовірно потрапляють в зону дегазації при їх підробці. Використання різних вихідних даних зумовлює отримання таких кінцевих результатів розрахунку багатогазовості виймальних дільниць, які дуже відрізняються між собою. При розрахунках не враховуються обсяги метану, який сорбований розсіяною органічною речовиною і розосереджений у породах. Також не враховуються геологічні порушення, які є додатковим джерелом надходження газу в гірничі виробки. Найближчим аналогом пропонованого способу є спосіб оцінки можливого газовиділення з порід покрівлі, які знаходять в зоні розвантаження від гірського тиску згідно патенту України № 76980, МПК (2013) E21F 7/00, опубл. 25.01.2013, бюл. № 2. Відомий спосіб включає оцінку можливого газовиділення з порід покрівлі, що знаходяться в зоні розвантаження від гірського тиску, при цьому обсяг метановиділення з підроблених порід визначають по кривій зміни динаміки газовиділення у свердловини за період часу до досягнення абсолютного її максимуму (наприклад у зоні геологічного порушення) як різницю між загальною кількістю газу, що виділився з усіх джерел, розташованих у покрівлі розроблювального пласта, і запасами газу, що знаходять у зближених вугільних пластах до їх підробки. Таким чином, аналог включає вимірювання фізичних показників масиву на ділянці геологічного порушення і поза його межами та визначення інтенсивності газовиділення по відношенню фізичних показників на ділянці геологічного порушення та поза його межами. Недоліком відомого способу є низька надійність та висока похибка визначення газовиділення, які обумовлені необхідністю безпосереднього вимірювання запасів газу у зближених вугільних пластах та максимуму газовиділення з підроблених порід. Надійність безпосереднього вимірювання газовиділення з масиву суттєво страждає від важко контрольованих втрат газу під час виконання самого вимірювання. Так затримка моменту початку вимірювання початкової швидкості газовиділення згідно з стандартним методом може сягати 2-х хвилин, а незадовільна герметизація шпуру під час вимірювання потоку газу призводить до втрат газу, які становлять 30-50 %. Похибка визначення газовиділення виникає під час усереднення значень газовиділення, які вимірюють, і становить ±55 %. Проте відношення або різницю багатогазовості окремих ділянок масиву можна оцінити й за допомогою побічних фізичних параметрів масиву, наприклад його геометричних параметрів порушеності. В основу винаходу поставлена задача розробки нового способу визначення газовиділення під час переходу очисним вибоєм геологічного порушення, в якому за рахунок використання залежності динаміки газовиділення від геометричних параметрів геологічних порушень забезпечується підвищення надійності прогнозу метановості у момент переходу від недоторканого масиву у зону геологічного порушення, що дозволить підвищити безпеку відпрацювання вугільних газоносних пластів під час переходу очисним вибоєм геологічного порушення. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення газовиділення під час переходу очисним вибоєм геологічного порушення, який включає вимірювання фізичних показників масиву на ділянці геологічного порушення і поза його межами та визначення інтенсивності газовиділення по відношенню фізичних показників на ділянці геологічного порушення та поза його межами що, згідно з винаходом, визначену ділянку геологічного порушення розподіляють на k часток, визначають довжину цих часток масиву, у межах яких показники геологічних порушень є сталими, вимірюють в межах кожної з цих часток масиву середню відстань між сусідніми тріщинами для кожної основної системи тріщинуватості гірничого масиву, а також мінімальний кут між площинами основної системи тріщинуватості 1 UA 115951 C2 геологічного порушення, що не співпадає з нашаруванням порід і основної техногенної системи тріщинуватості, яка створюється очисним вибоєм, після чого визначають прискорення динаміки газовиділення Π за формулою: k  Пili П 5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 , (1) L де Пi  11ln2,75p  cos   1 , (2) , де і - номер частки, в межах якої показники порушень є сталими; l - довжина частки, м; k - кількість таких часток; L - довжина очисного вибою, м; причому p 15 i1 3b 10 b 20 b 30 , (3) b 2b 3 1 де – b1, b2, b3 середня відстань між сусідніми тріщинами першої, другої та третьої систем тріщинуватості на ділянці геологічного порушення, м; b10, b20, b30 - середня відстань між сусідніми тріщинами першої, другої та третьої систем тріщинуватості поза межами геологічного порушення, м;  - мінімальний кут між площинами основної системи тріщинуватості геологічного порушення, що не співпадає з нашаруванням порід і основної техногенної системи тріщинуватості, град; 3 2 1,1 - емпіричний коефіцієнт, м /хв Спосіб визначення газовиділення під час переходу очисним вибоєм геологічного порушення здійснюється шляхом розподілення ділянки геологічного порушення на k часток, після чого визначають довжину цих часток масиву, в межах яких показники геологічних порушень є сталими (формула 1). Оскільки очисний вибій в один і той же момент може перетинати кілька малоамплітудних порушень, такий прийом забезпечує індивідуальний облік параметрів кожної ділянки порушення, що суттєво знижує похибку усереднення результатів вимірів. У межах кожної ділянки порушення масиву вимірюють середню відстань між сусідніми тріщинами для кожної основної системи тріщинуватості гірничого масиву, а також мінімальний кут між площинами основної системи тріщинуватості геологічного порушення, що не співпадає з нашаруванням порід, і основної техногенної системи тріщинуватості, яка створюється очисним вибоєм. Дослідження показали, що прискорення газовиділення у зоні малоамплітудного порушення пропорційне натуральному логарифму відношення блочності недоторканого масиву p до блочності порушеного (формула 3). Вказані відповідні блочності визначаються шляхом вимірювань середньої відстані між сусідніми тріщинами основних трьох систем тріщинуватості. Згідно з геологічними стандартами ці величини усереднюються на основі статистичних вибірок даних, які складаються від кількох десятків до кількох сотень. Це гарантує величину похибки у межах 7-10 % з надійністю вище ніж 97 %. Експериментально доведено, що інтенсивність газовиділення під час переходу малоамплітудного порушення залежить не тільки від відношення блочності масиву, але й від косинусу мінімального кута між площинами основної системи тріщинуватості геологічного порушення, що не співпадає з нашаруванням порід і основної техногенної системи тріщинуватості. З фізичної точки зору така залежність враховує два основних фактори, які сприяють прискоренню газовиділення під час переходу малоамплітудного порушення очисним вибоєм: геологічний фактор, який враховує інтенсивність геологічної тріщинуватості і фактор технологічної тріщинуватості, яка створюється навколо очисного вибою, який рухається (формула 2). Подальше усереднення результатів вимірів параметрів геологічної і технологічної тріщинуватості здійснюється з урахуванням довжини кожного малоамплітудного порушення (формула 1). Таким чином сумарна похибка усереднення результатів вимірів не перевищує 25 % з надійністю не менше 95 %, що гарантує належний рівень безпеки очисних робіт у зонах малоамплітудних порушень. Перший приклад виконання способу наведений для наступних умов: довжина лави становила 150 м. Лава переходила одне малоамплітудне порушення. Середні відстані між сусідніми тріщинами трьох систем навколо порушення наведені у таблиці 1. У недоторканому масиві вони дорівнювали відповідно 4, 7, та 13 см. У межах геологічного порушення довжиною 42 м середні відстані між сусідніми тріщинами відповідали значенням 4,2 і 13 см. Кут орієнтації 3b 2 UA 115951 C2 5 10 техногенного порушення α відносно вертикалі визначався згідно з залежністю: α=0,5 arctg(ρ), де ρ - кут внутрішнього тертя масиву, який є фізичною константою породи і в даному випадку дорівнював 32 градуси. У горизонтальній площині лінія порушення була паралельною лінії очисного вибою. Мінімальний кут β між площинами основної системи тріщинуватості геологічного порушення, що не співпадає з нашаруванням порід і основної техногенної системи тріщинуватості, яка створюється очисним вибоєм, визначався за допомогою гірничого компаса. Для зниження похибки визначення вказаного кута застосовували стереографічну проекцію, на яку наносились кути та азимути падіння основної системи геологічної тріщинуватості, а також техногенної системи. Косинус кута β визначався як добуток косинусів гострих кутів, що становлять різниці між відповідними кутами систем тріщин, що порівнюються. Для вказаного прикладу знайдена величина прискорення газовиділення під час переходу малоамплітудного порушення, яке 3 2 становило 0,903 м /хв . Таблиця 1 b10, b1 недоторканий масив порушення b20, b2 b30, bЗ добутки корні куб. l 0,050 0,070 0,130 0,00046 0,077 45 0,040 0,020 0,130 0,00010 p 0,047 1,635 β 35 Пі 3,01 П 0,903 15 20 Другий приклад визначення прискорення газовиділення наведений для наступних умов (таблиця 2): довжина лави становила 120 м. Лава переходила через три малоамплітудних порушення, довжиною 64, 16 і 14м. Мінімальні кути β між площинами основної системи тріщинуватості геологічного порушення, що не співпадають з нашаруванням порід і основної техногенної системи тріщинуватості, яка створюється очисним вибоєм становили відповідно 15, 3 2 75 і 40 градусів. Для наведених умов прискорення газовиділення склало 2,33 м /хв . Таблиця 2 b10, b1 недоторканий масив порушення недоторканий масив порушення недоторканий масив порушення 25 30 35 b20, b2 b30, bЗ добутки корні куб. 0,043 0,054 0,100 0,00023 0,061 0,020 0,025 0,080 0,00004 р1 0,034 1,797 0,079 0,084 0,150 0,00100 0,100 0,060 0,060 0,140 0,00050 р2 0,080 1,255 0,120 0,070 0,130 0,00109 0,103 0,100 0,060 0,130 0,00078 p3 0,092 1,119 β1 15 l1 64 П1 3,46 β2 75 l2 16 П2 1,71 β3 40 l3 14 Π П3 2,18 2,33 Отже спосіб враховує фізичні процеси газовиділення, які відбуваються у момент переходу малоамплітудних порушень: прискорення газовиділення зростає зі збільшенням густини геологічних тріщин, числа порушень, їх довжини й зменшенням мінімального (гострого) кута між площинами основної системи тріщинуватості геологічного порушення, що не співпадає з нашаруванням порід і основної техногенної системи тріщинуватості, яка створюється очисним вибоєм. Саме така тріщинуватість є основним провідником газу від вугільних супутників та газоносних пісковиків у робочий простір очисного вибою. Таким чином спосіб, що заявляється, забезпечує диференційоване врахування усіх геологічних порушень, які одночасно переходять очисним вибоєм. Це забезпечує надійне визначення сумарного прискорення динаміки газовиділення при низькому рівні похибки, яка не перевищує 25 %, завдяки врахуванню індивідуальних параметрів кожного порушення при високому рівні достовірності (надійності), яка не менше 95 %, що дозволить підвищити безпеку 3 UA 115951 C2 відпрацювання вугільних газоносних пластів під час переходу очисним вибоєм геологічного порушення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 Спосіб визначення газовиділення під час переходу очисним вибоєм геологічного порушення, який включає вимірювання фізичних показників масиву на ділянці геологічного порушення і поза його межами та визначення інтенсивності газовиділення по відношенню фізичних показників на ділянці геологічного порушення та поза його межами, який відрізняється тим, що визначену ділянку геологічного порушення розподіляють на k часток, визначають довжину цих часток масиву, у межах яких показники геологічних порушень є сталими, вимірюють в межах кожної з цих часток масиву середню відстань між сусідніми тріщинами для кожної основної системи тріщинуватості гірничого масиву, а також мінімальний кут між площинами основної системи тріщинуватості геологічного порушення, що не співпадає з нашаруванням порід і основної техногенної системи тріщинуватості, яка створюється очисним вибоєм, після чого визначають прискорення динаміки газовиділення П за формулою: k  Пili П 20 25 30 i1 L , (1) де Пi  11ln2,75p  cos   1 , (2) , і - номер частки, в межах якої показники порушень є сталими; l - довжина частки, м; k - кількість таких часток; L - довжина очисного вибою, м, причому 3b b b 10 20 30 p , (3) 3bb b 1 2 3 де b1, b2, b3 - середня відстань між сусідніми тріщинами першої, другої та третьої систем тріщинуватості на ділянці геологічного порушення, м; b10, b20, b30 - середня відстань між сусідніми тріщинами першої, другої та третьої систем тріщинуватості поза межами геологічного порушення, м;  - мінімальний кут між площинами основної системи тріщинуватості геологічного порушення, що не співпадає з нашаруванням порід і основної техногенної системи тріщинуватості, град; 3 2 1,1 - емпіричний коефіцієнт, м /хв . Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4