Спосіб прогнозування зон скупчення вільного метану

Реферат: Спосіб прогнозування зон скупчення вільного метану включає підготовку й відпрацьовування лави, визначення розмірів зони техногенної тріщинуватості, буріння дегазаційних свердловин із підготовчої виробки в зони скупчення метану. Визначають кути нахилу системи тектонічної тріщинуватості пластів-супутників та системи техногенної тріщинуватості пластів-супутників щодо горизонтальної площини. За величиною відношення кута нахилу системи тектонічної тріщинуватості до кута нахилу системи техногенної тріщинуватості визначають формування в пласті-супутнику зони скупчення вільного метану. UA 75969 U (12) UA 75969 U UA 75969 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірничої промисловості і може бути використана для видобутку метану з підроблюваного вуглепородного масиву, який вміщує пласти-супутники при відробленні пологих вугільних пластів у складних гірничо-геологічних умовах і підвищення безпеки ведення гірничих робіт. Відомо, що запаси метану розподілені у вуглепородному масиві нерівномірно і є залежними від різних гірничо-геологічних факторів. Одним із таких факторів, який впливає на утворення зон скупчення вільного метану, є тектонічна тріщинуватість підроблюваних пластів-супутників, що пов'язана, як правило, з тектонічними порушеннями. Виявлення зон скупчення вільного метану в підроблюваних пластах-супутниках дозволить забезпечити видобуток метану та безпечне ведення гірничих робіт. Відомий спосіб дегазації, що описаний у патенті України № 22472, МПК (2011.01) E21F 7/00, опубл. 03.03.1998, бюл. № 0. Згідно зі способом, при проведенні підготовки й відпрацювання лави, визначають розміри зони техногенної тріщинуватості та проникності масиву. Бурять дегазаційні свердловини з підготовчої виробки в ці зони, герметизують свердловини і підключають їх до дегазаційного трубопроводу. Визначають тензорне поле техногенної проникності підроблюваного масиву що вміщує пласт, у площині пласта-супутника, який дегазують. Знаходять точки з максимальним значенням відношення компонент проникності по напластуванню й по нормалі до напластування. Дегазаційні свердловини розташовують у площині, що проходить через вісь виробки й ці точки, потім у тілі свердловини визначають точку з рівними значеннями компонент проникності по напластуванню й по нормалі до напластування, і від устя свердловини до цієї точки герметизують свердловину. У відомому способі вирішується задача ефективності дегазації вугленосної товщі, що вмішує пласт й підвищення безпеки ведення гірничих робіт, але не розглядається можливість одночасного видобутку метану з підроблюваного вуглепородного масиву. Тому, при виборі параметрів буріння дегазаційних свердловин враховуються особливості тензорного розподілу компонент поля проникності підроблюваного масиву й пов'язані з цим закономірності фільтрації метану з пластів-супутників. У даному технічному рішенні враховується техногенна тріщинуватість масиву й не враховується тектонічна тріщинуватість у пластах-супутниках, яка суттєво впливає на процес дегазації. (Лукінов В.В., Пімоненко Л.І. Тектоніка метановугільних родовищ Донбасу. - К.: Наукова думка, 2008. - 352 с). В основу корисної моделі поставлена задача створення способу прогнозування зон скупчення вільного метану шляхом використання знань про тектонічну тріщинуватість у пластах-супутниках, яка дозволить підвищити безпеку ведення гірничих робіт у шахті й додатково забезпечить видобуток метану. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі прогнозування зон скупчення вільного метану, який включає підготовку й відпрацювання лави, визначення розмірів зони техногенної тріщинуватості, буріння дегазаційних свердловин із підготовчої виробки в зони скупчення метану, новим є те, що визначають кут нахилу системи тектонічної тріщинуватості пластів-супутників тект щодо горизонтальної площини, визначають кут нахилу системи техногенної тріщинуватості пластів-супутників тект щодо горизонтальної площини, вводять критерій формування зони скупчення вільного метану K як відношення кута нахилу системи тектонічної тріщинуватості тект до кута нахилу системи техногенної тріщинуватості тект,  K  тект і вважають, якщо 0,5  K  125 , то в пласті-супутнику формується зона скупчення ,  техн вільного метану. Причинно-наслідковий зв'язок ознак, які складають суть корисної моделі й технічний результат, що досягається, пояснюються наступним. Доцільним є визначення кута нахилу системи тектонічної тріщинуватості пластів-супутників тект щодо горизонтальної площини й системи техногенної тріщинуватості пластів-супутників тект тому, що для прогнозування зон скупчення вільного метану використовують закономірності взаємодії тектонічної тріщинуватості, яка є порожнинами скупчення метану й техногенної тріщинуватості, яка виникає при розвантаженні вуглепородного масиву, що вміщує пластисупутники. Відомо, що руйнування гірничих порід в об'ємному нерівнокомпонентному полі стискаючих напружень відбувається за рахунок росту зсувових тріщин, розповсюдження яких відбувається в площині, орієнтованій під кутом до максимального головного напруження (Алексеев А.Д., Недодаєв Н.В. Граничний стан гірських порід. - К.: Наукова думка, 1982. - 198 с), тобто кут нахилу техногенної тріщинуватості в підроблюваних пластах-супутниках визначається 1 за формулою:  техн  90  arcctg , де  - кут внутрішнього тертя вугілля. У процесі ведення 2 1 UA 75969 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 очисних робіт, при розвантаженні підроблюваного вуглепородного масиву відбувається розкриття тектонічної тріщинуватості в пластах-супутниках за рахунок створення по ній системи техногенної тріщинуватості. Введений критерій формування зони скупчення вільного метану K, отриманий авторами дослідницьким шляхом. Дослідження дебіту метану з дегазаційних свердловин, пробурених у підроблюваний вуглепородний масив, який вміщує пласти-супутники показали, що максимальний дебіт метану спостерігається в місцях тектонічних порушень, де співвідношення кута нахилу тектонічної тріщинуватості до кута нахилу техногенної тріщинуватості знаходиться у межах від 0,5 до 1,25. При такому співвідношенні кутів у місцях інтенсивної тектонічної тріщинуватості, відбувається розкриття тріщин у пластах-супутниках і створення області скупчення вільного метану. Це дає підставу використовувати виявлену закономірність для прогнозування зон скупчення вільного метану в пластах-супутниках, які підроблюються. При веденні очисних робіт, до підходу лави, дегазаційні свердловини пробурюють у прогнозовані зони скупчення вільного метану в пластах-супутниках, які підроблюються, і з них добувають газ метан, що накопичився. Суть способу пояснюється за допомогою ілюстрацій, що наведені на фіг. 1, 2, 3. На фіг. 1 показана виїмкова дільниця й напрямок руху лави. На фіг. 2 представлений розріз по А-А фіг. 1. На фіг. 3 показане перетинання кута нахилу техногенної тріщинуватості тект й кута нахилу тектонічної тріщинуватості тект в пластах-супутниках щодо горизонтальної площини. Спосіб реалізується на виїмковій дільниці (фіг. 1), яка оконтурена з двох сторін підготовчими виробками 1. У покрівлі пласта 2 залягають газоносні пласти - супутники 3. Для встановлення кількості пластов-супутників 3, які попадають у підроблюваний вуглепородний масив 4, визначають відстань між розроблювальним пластом 2 і пластом-супутником 3, при якому метановиділення з останнього дорівнює нулю (див. Керівництво з проектування вентиляції вугільних шахт. - К.: Основа, 1994. - 311 с). За даними гірничо-геологічного прогнозу добувної дільниці визначають кут нахилу системи тектонічної тріщинуватості тект 5 щодо горизонтальної площини 6 по довжині виїмкової дільниці в місцях тектонічних порушень 7. Визначають кут нахилу техногенної тріщинуватості тект 8 у пластах-супутниках 3 по формулі 1  техн  90  arcctg , де  - кут внутрішнього тертя вугілля (Алексеев А.Д., Недодаєв Н.В. 2 Граничний стан гірських порід. - К.: Наукова думка, 1982. - 198 с). Потім визначають критерій формування зони скупчення вільного метану K як відношення кута нахилу системи тектонічної тріщинуватості тект до кута нахилу системи техногенної тріщинуватості тект, K   тект . Якщо  техн виконується умова, за якою 0,5  K  125 , то вважають, що в даному місці існує зона скупчення , вільного метану. У ці зони, в пластах-супутниках 3, що підроблюються, бурять дегазаційні свердловини й видобувають газ, який в них накопичився. Приклад. Експериментальна перевірка способу проводилася на шахті Красноармійська - Західна № 1. У межах поля шахти "Красноармійська - Західна № 1" розробляється вугільний пласт d4. 3 Природна метаноносність вугільного пласта d4 становить 11,7-20 м /т.с.б.м. Потенційно 1 2 небезпечними джерелами метановиділення є пласти-супутники d4 і d4 потужністю 0,20-0,50 м, що залягають у підроблюваній покрівлі пласта d4 на відстані 15,3-19,7 м і 24,1-35 м. Для встановлення кількості пластів-супутників, які попадають у підроблюваний вуглепородний масив згідно з "Керівництвом з проектування вентиляції вугільних шахт" визначали відстань між пластом, що розроблюють, і пластом-супутником, при якому метановиділення з останнього дорівнює нулю (див. Керівництво з проектування вентиляції вугільних шахт. - К.: Основа, 1994. 311 с). За даними гірничо-геологічного прогнозу добувної дільниці визначали кут нахилу системи тектонічної тріщинуватості тект уздовж виїмкової дільниці, який складав тект=40. Визначали кут 1 нахилу техногенної тріщинуватості тект, який утворюється в пласті - супутнику d4 при веденні очисних робіт за формулою: (Алексеев А.Д., Недодаєв Н.В. Граничний стан гірських порід. - К.: Наукова думка, 1982. - 198 с.)  техн  90  1 1 arcctg  90  arcctg45,6  64,2 . Після цього розраховували відношення кута 2 2 нахилу системи тектонічної тріщинуватості тект до кута нахилу системи техногенної 2 UA 75969 U  тект 40   0,62 . Для встановлення доцільності  техн 64,2 закладення дегазаційних свердловин порівнювали отримане значення K з визначеним , значенням критерію: 0,5  0,62  125 . Як видно, з умов критерію K в пласті-супутнику формується зона скупчення вільного метану. Пробурені дегазаційні свердловини в зону скупчення вільного метану підтвердили наявність вільного газу метану, який накопичився. З огляду на зазначене можна зробити наступні виводи: спосіб, який заявляється, дозволяє підвищити безпеку ведення гірничих робіт за рахунок буріння дегазаційних свердловин у заздалегідь визначені зони скупчення вільного метану в пластах-супутниках і тим самим зменшити виділення метану у вироблений простір. Крім того, даний спосіб дозволяє додатково видобувати газ метан із зон його скупчення, а також зменшити витрати на буріння дорогих дегазаційних свердловин за рахунок їх цілеспрямованого буріння в прогнозовані зони скупчення вільного метану. тріщинуватості тект, який склав: 5 10 K ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб прогнозування зон скупчення вільного метану, що включає підготовку й відпрацьовування лави, визначення розмірів зони техногенної тріщинуватості, буріння дегазаційних свердловин із підготовчої виробки в зони скупчення метану, який відрізняється тим, що визначають кут нахилу системи тектонічної тріщинуватості пластів-супутників тект щодо горизонтальної площини, визначають кут нахилу системи техногенної тріщинуватості пластів-супутників техн щодо горизонтальної площини, вводять критерій формування зони скупчення вільного метану K як відношення кута нахилу системи тектонічної тріщинуватості тект до кута нахилу системи техногенної тріщинуватості техн , K   тект  техн і вважають, якщо 0,5  K  125 , то в пласті-супутнику формується зона скупчення вільного метану. , 3 UA 75969 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4