Оценка запасов и объемов накопления метана в техногенных газовых коллекторах

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

«НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2002″ СЕМИНАР № 5
© К. Д. Ли, 2002
УДК 622. 817. 47 + 622. 324. 5
К.Д. Ли
ОЦЕНКА ЗАПАСОВ И ОБЪЕМОВ НАКОПЛЕНИЯ МЕТАНА В ТЕХНОГЕННЫХ ГАЗОВЫХ КОЛЛЕКТОРАХ
В
процессе ведения очистных работ вокруг горной выработки образуется зона разгрузки, которая имеет вид эллипсоида и охватывает угленосную толщу на определенном расстоянии от разрабатываемого пласта [1]. По восстанию и падению эта зона ограничивается углами разгрузки, а по простиранию начинается на некотором расстоянии позади очистного забоя и продвигается вслед приблизительно с одинаковой с ним скоростью. Протяженность зоны активной газоотдачи смежных угольных пластов в основном определяется шагом обрушения основной кровли и в первом приближении ее можно принять равной 4−6-кратной его величине.
Высота зоны разгрузки Нр представляет собой предельное значение радиуса дегазирующего влияния под- или над-работки и равно расстоянию по нормали между разрабатываемым и смежным пластами, при котором метановыделе-ние из последнего равно нулю. Согласно [2] для условий подработки угольных пластов Нр определяется по формуле: Нр = ку. к-тв-(1,2+^ а), м, (1)
где кук — коэффициент, зависящий от способа управления кровлей, ку. к=40- для условий Карагандинского бассейна- тв — вынимаемая мощность разрабатываемого пласта, м- а -угол падения пласта, град.
При этом,
Нр& lt-0,51л^у, (2)
где 1л — длина лавы, м- у — угол разгрузки, град.
При надработке пологих и наклонных угольных пластов Нр = 35 м при тв до 3,5 м, и Нр = 50 м — при тв более 3,5 м. При угле падения более 450 и тв более 3,5 м Нр = 100 м.
Как известно [3], основной эффект надработки и особенно подработки угольных пластов заключается в частичной разгрузке от горного давления угольного и породного массивов, возникновении растягивающих усилий, раскрытии тектонических, эндогенных и кли-важных трещин и макропор и образовании эксплуатационных трещин, что повышает газоотдачу смежных угольных пластов на 2−4 порядка по сравнению с природной. При этом происходит образование практически единой газопроводящей системы.
Кроме того, следует учитывать, что по мере удаления от разрабатываемого пласта степень дегазации смежных пластов уменьшается и для инженерных расчетов можно принять, что зона влияния под- или надработки в пределах области активной дегазации
вмещающих толщ распространяется по нормали от границ очистной выемки. Между дегазируемым и недегазируемым угольными массивами смежного пласта не существует постоянной и четкой границы, так как степень дегазации смежного угольного пласта по восстанию и падению у верхней и нижней границ очистного забоя увеличивается постепенно, а границы дегазирующего влияния во времени расширяются, в результате чего в зону частичной дегазации попадает угольный массив, залегающий по восстанию выше и по падению ниже плоскости, нормальной к напластованию пласта у границ очистного забоя. В тоже время угольный массив между этими нормальными плоскостями и плоскостями, ограниченными углами обрушения, дегазируется в меньшей степени. Поэтому при инженерных расчетах зон дегазации следует брать средние размеры дегазируемой площади на смежных пластах.
Институтом ИПКОН разработана методика определения запасов метана в техногенных газовых коллекторах, образовавшихся при отработке угольных пластов в пределах выемочных полей, участков.
В первую очередь определяют запасы метана в угленосной толще до начала отработки в пределах расчетной области разгрузки, высота которой определяется по формулам (1) и (2).
Общие запасы метана в ТГК равны:
Q сн4=Ош^сп+Овп., тыс. м3, (3)
где Qпл. — запасы метана в разрабатываемом угольном
пласте,
Qпл=А•Х, (4)
здесь, А — запасы угля в пределах выемочного столба, тыс. т- Х — природная газоносность разрабатываемого пласта, м3/т- Qсп. — запасы метана в смежных угольных пластах в пределах зоны разгрузки:
^сп= '-К& amp-т, (5)
1
где Qсш — запасы метана в 1-м смежном пласте, тыс. м3,
Qспi Аст •Хспъ (6)
где Асп1 — запасы угля в 1-м смежном пласте, тыс. т- Хсп1 — природная газоносность 1-го смежного пласта, м3/т- к — количество смежных пластов в пределах зоны разгрузки- Qвп — запасы метана во вмещающих породах.
Ош= 2 АП1 ¦ ХП1 ¦ у П1, (7)
1
где п — количество слоев вмещающих пород в пределах зоны разгрузки- Ап1 — объем вмещающих угольный пласт пород в 1-м слое, тыс. м3- Хп1 — природная газо-
носность 1-го слоя вмещающих пород- гш — объемный вес породы 1-го слоя, т/м3.
Затем определяют количество метана, которое было извлечено при отработке угольного пласта в пределах выемочного столба.
Q СН4=Qуг. +Qпров. +Qдег, тыс. м, (8)
где Qyг. — количество метана, извлеченного с добытым углем-
Оуг=А'--Х (9)
где А'- - количество угля, добытого при отработке выемочного столба, тыс. т- Х'- - газоносность угля, выданного за пределы выемочного участка, м3/т- Qпров. -количество метана, удаленного вентиляцией за пределы выемочного участка,
Qпров= Qв•с, (10)
где Qв. — общее количество воздуха, поданное для проветривания очистного забоя в период отработки выемочного столба, тыс. м3- с — средняя за период отработки выемочного столба концентрация метана на исходящей струе выемочного участка- 0, ег- количество метана, извлеченного из разрабатываемого пласта и выработанного пространства средствами дегазации за период отработки выемочного столба.
Тогда, запасы метана в пределах техногенного газового коллектора, образовавшегося при отработке выемочного столба, составят:
^ СН4= Q СН4- Q'-сн4, тыс. м3, (11)
При этом, с учетом технической возможности извлечения метана современными средствами извлекаемые запасы метана в техногенном газовом коллекторе составят (0,6−0,7) Q0 сн4.
Ориентировочную оценку запасов метана в техногенном газовом коллекторе можно провести следующим образом: определяют запасы метана в угленосной толще до начала отработки пласта по формулам (3−7).
Согласно [4] при разработке угольных пластов средствами дегазации извлекается 10−15% метана в пределах дегазирующего влияния, 20% - удаляется вместе с добытым углем, 35−30% - выбрасывается в атмосферу вентиляцией.
Таким образом, в недрах остается около 30% от общего количества метана.
При этом извлекаемые запасы составят при условии использования современных технических средств и передовых технологий дегазации при соблюдении требований к охране недр и окружающей среды примерно 20% от общих запасов метана.
По предлагаемой нами методике выполнен расчет запасов метана в техногенном газовом коллекторе, образовавшемся при отработке лав 42−47-К^-1,2-З на поле шахты им. Костенко У Д ОАО & quot-Испат-Кармет"-.
Результаты расчетов показывают, что из ТГК, образовавшегося при отработке пласта К12 на западном крыле шахты им. Костенко, можно извлечь около 68
млн м метана. При расчетном дебите газа в 5,0 м3/мин из одной скважины этих запасов хватит на 6 лет непрерывной работы в случае одновременного извлечения метана через четыре скважины.
Укрупненный расчет запасов метана в старых выработанных пространствах в пределах поля б. шахты им. 50-летия Октябрьской революции показывает, что они составляют порядка 400 млн м3. При расчетном дебите газа в 10,0 м3/мин из одной скважины и нахождении в одновременной работе четырех скважин можно в течении двадцати лет ежегодно извлекать около 20 млн м3 метана с концентрацией 60−70%.
Объемы накопления метана в старых выработанных пространствах можно рассчитать путем суммирования газовыделения из отдельных источников.
Основными источниками выделения и последующего накопления метана в выработанном пространстве являются: эксплуатационные потери угля в оставленных пачках по площади очистных работ, смежные угольные пласты и пропластки, газоносные вмещающие породы в пределах зоны разгрузки.
Суммарное количество газа, выделяющегося из оставленных угольных пачек за период отработки выемочного столба, равно:
Qyп= (Х-Х0& gt-Ауп, тыс. м3, (12)
где Х, Х0 — соответственно природная и остаточная газоносность угля разрабатываемого пласта, м3/т- Ауп -суммарные потери угля в выработанном пространстве, тыс. т.
Общее количество метана, выделяющегося из смежных пластов в выработанное пространство разрабатываемого пласта, определяется по формуле:
@сп — 2^™ (хп — Х°ст)1 -Щ/Нр)•
Ас
тыс. м
(13)
где тп — мощность 1-го смежного пласта, м- уп — объемный вес угля 1-го смежного пласта, т/м3- Х°сп1 — остаточная газоносность 1-го смежного пласта после продолжительной его под- или надработки, т/м3- Н1 -расстояние по нормали от разрабатываемого пласта до 1-го смежного пласта, м.
Общее количество газа, которое выделится из газоносных вмещающих пород за период отработки выемочного столба, равно:
2п-2
тп
Хп
1
Нп
Н,
• Апг -Уп1, тыс. м3, (14)
где тп — мощность 1-го слоя вмещающих пород, м- Нп -расстояние по нормали от разрабатываемого пласта до 1го слоя вмещающих пород, м.
Общее количество метана, выделяющегося в выработанное пространство разрабатываемого пласта за период отработки выемочного столба, составит:
Q= йуп+ Я. сп+ Я. п = (Х-Х°) Ауп +
в
т
в
у-ст_. {хспі _ Х°спі)'- {і _ Ні/Нр)'- Аспі
і -в П — •
+ у -пьХ
?.и лп
і -в
г
і _ Нпі Н»
'- Апі '- 7пі
(15)
Результаты расчетов показывают, что основное количество метана в выработанное пространство выделяется из смежных угольных пластов (около 50%), га-
зовыделение из оставленных угольных пачек и вмещающих пород примерно одинаковое и составляет в среднем 25%. Данная структура газовыделения в выработанное пространство обусловлена тем, что до начала отработки пласта кі2 были отработаны вышележащие пласты кі3, к14.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Колмаков В. А. Метановыделение и борьба с ним в шахтах. — М.: Недра, 1981.
2. Инструкция по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания
действующих угольных шахт. — М.: Недра, 1975.
3. Петухов И М., Линьков А. М., Фельдман И. А. и др. Теория защитных пластов. -М.: Недра, 1976.
4. Временные методические указания к геолого-экономической оценке и подсчету запасов метана в угольных пластах. — М.: Недра, 1987.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Ли К. Д. — кандидат технических наук, ЗАО «ИПКОН» МОН РК.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой