Способ прогноза газообильности выемочных участков угольных шахт

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Al (19) (11) (51) 4 Е 21 F 7/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

l «.

«Ъ «ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3885189/22-03 (22) 10.04.85 (46) 15.07.86. Бюл. N - 26 (71) Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений (72) Б.В.Смирнов, Б.С.Лобанов и А.Я.Доровский (53) 622.817(088.8) (56) Дополнение к Руководству по проектированию вентиляции угольных шахт. М.: Недра, 1981, с. 43-49.

> (54) (57) СПОСОБ ПРОГНОЗА ГАЗООБИЛЬНОСТИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ

ШАХТ, заключающийся в определении прогнозного значения их относительной газообильности по геологоразведочным данным о природной газоносности угольных пластов и вмещающих пород и по шахтным данным о фактической газообильности пройденных выработок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности прогноза газообильности выемочных участков угольных шахт за счет учета влияния малоамплитудных тектонических нарушений, дополнительно производят шахтные наблюдения за изменением относительной газообильности выемочных участков в процессе прохождения их очистных забоев через зоны распространения малоамплитудных тектонических нарушений различных типов, по результатам наблюдений определяют усредненные значения степени повышения газообильности выемочных участков в зонах распространения указанных нарушений в зависимости от типа ,последних и от расстояния между

;линией очистного забоя и нарушением, после чего производят сейсмо- и/или электроразведку части шахтного поля, включающей выемочные участки, для которых составляется прогноз, и геолого-структурное обследование подготовительных выработок, оконтуривающих данные участки, и определяют по полученным данным пространственное положение малоамплитудных тектонических нарушений в пределах указанных участков, а также их морфологические признаки и величину амплитуды, в соответствии с которыми устанавливают тип нарушений, затем в соответствии с установленными типами нарушений и ранее полученными в результате шахтных наблюдений усредненными значениями степени повышения газообильности выемочнык участков в зонах распространения малоамплитудных тектонических нарушений различных типов находят прогнозное значение степени повьппения газообильности выемочных участков в зонах малоамплитудных тектонических нарушений и вводят поправку в прогнозное значение относительной газообильности выемочных участков путем умножения указанного значения на найденное прогнозное значение степени повьш ения газообильности.

44349 2 ных шахт осуществляют следующим обИзобретение относится к горной промьш ленности и может быть использовано для прогнозирования газообильности (главным образом метанообильности) подземных горных выработок, на основе которого осуществляется проектирование вентиляции угольных шахт„ выбор способов и средств управления газоныделением, определение оптимальных нагрузок на очистные выработки, допустимых по газовому фактору, и решение ряда других задач, непосредственно связанных с обеспечением безопасных условий труда и попутным использова— нием каптируемого метана.

Целью изобретения является повышение точности прогноза гаэообильнос- ти выемочных участков угольных шахт эа счет учета влияния малоамплитудных тектонических нарушений.

В основу предлагаемого способа положено закономерное изменение (возрастание) значений относительной газообильности в зонах развития малоамплитудных тектоничес .ких нарушений по сравнению с "фоновыми" значениями газообильности вне этих зон, а также отмечаемая в процессе шахтных наблюдений за изменением газообильности выемочных участков закономерная зависимость степени повышения газообиль40 ности от принадлежности малоамплитудных тектонических нарушений, пересекающих указанные участки, к определенным морфологическим классам (сбросам, надвигам, взбросам и т.п.), а также от величины амплитуды данных нарушений, На фиг, 1 показан план выемочного участка угольной шахты (угольный пласт m>), пересекаемого малоамплитудными тектоническими нарушениями, и совмещенный с ним график изменения относительной метанообильности указанного участка в зоне распространения малоамплитудных тектонических нарушений; на фиг. 2 — увеличенный в масштабе вертикальный разрез 44-44 в зоне распространения малоамплитудных тектонических нарушений на плане выемочного участка, показанном на фиг. 1; на фиг. 3 — поясняющая предлагаемый способ схема выемочного учаЭ стка с зоной малоамплитудных тектонических нарушений, для которого составляется прогноз газообильности.

Предлагаемый способ прогноза гаэообильносии выемочных,участков уголь разом.

По данным геологической документации шахтных полей выявляют и наносят на планы горных выработок малоамплитудные тектонические нарушения (показаны на фиг. 1 и 2 толстыми пунктирными линиями) различных типов, встречающихся при разработке уголь10 ных месторождений и отличающихся друг от друга по морАологическим признакам (сбросы, надвиги, взбросы и т,п.) и величине .амплитуды. Н. В процессе прохождения очистных забоев

15 выемочных участков через зоны распространения малоамплитудных тектонических нарушений различных типов производят шахтные наблюдения эа изменением относительной газообильности ука20 эанных участков путем измерения содержания газа (газовыделения) в рудничной атмосфере и расчета месячных или декадных значений относительной гаэообильности (метанообильности) и

25 для отработанньгх участков шахтных полей по данным измерения содержания газа в рудничной атмосфере, а также по данным учета количества добываемого угля, его зольности и влажности, 30 имеющимся в учетностатистических подразделениях шахт. Расчет q производят по известплй формуле, преобразованной применительно к одному месяцу работы выемочного участка и к одной тонне беззольной массы угля

100 с, - — — -с — мз/т с б м

100-(A +W)

1440 I-6 где q = — — — — — м /т добычи

А

А — зольность угля эа месяц с (декаду); вЂ,влажность угля sa месяц (декаду); — среднемесячное (среднедекадное) значение газовыделения, з/ н °

А — добыча угля за месяц (декаду);

n — число рабочих дней в месяце

50 (декаде), 1440 — число минут в сутках.

Изменение вычисленных значений относительной метанообильности с1 во времени (по месяцам проходки очистного забоя обозначены римскими цифрами на фиг. 1) и пространстве (в зависимости от расстояния Ь, отмеряемого от средней части нарушения или

1244349 где q серии сближенных нарушений вдоль осе вой линии очистной выработки выемочного участка в направлении, противоположном направлению движения очистного забоя) отображается точками на графике q = f(L), который совмещается с планом выемочного участка (фиг. 1). На основе подготовленных таким образом исходных дайных графически или путем расчета определяют 10

"фоновые значения q относительной метанообильности отработанных выемочных участков вне зон развития малоамплитудных тектонических нарушений и усредненные значения степени ловы- 15 шения относительной метанообильности м = q/à, указанных участков в зонах пересечения с малоамплитудными тектоническими нарушениями. Причем значение коэффициента, характери- 20 зующего степень повьппения относительной метанообильности, определяют в зависимости от расстояния L принимая указанное расстояние в пределах ж 100-300 м (данные пределы, выражаю- 25 щие зону влияния тектонических нару- шений на газообильность выемочных участков, установлены статистическим путем). Вместе с тем значение коэффициента л м устанавливают для каждого типа малоам литудных тектонических нарушений, характеризующегося определенными морфологическими признаками и величиной амплитуды. Получаемые значения поправочного коэффициента

К периодически уточняются по мере накопления новых статистических данных по метанообильности очистных выработок при разработке новых участков шахтных полей. Применительно к конк- 40 ретным стадиям отработки выемочных участков и соответствующим положениям их очистных забоев поправочный коэффициент К может определяться путем аппроксимации фактически наблюдаемых 45 динамических рядов изменения относительной метанообильности в форме экспоненциальных, гиперболических и других функций, параметры которых определяются, например, с помощью стандартного метода наименьших квадратов.

Например, представленный .на фиг. 1 график изменения относительной метанообильности достаточно точно аппроксимируется экспоненциальной функцией

55 (сплошная кривая на фиг. 1) q =q,+аЬ вЂ” аппроксимированчое значение относительной метанообильности выемочного участка, — длина зоны выемочного участка, на метанообильность которой влияют малоамплитудные тектонические нарушения, начало отсчета L совпадает с началом отсчета расстояния L, аи Ь вЂ” коэффициенты, определяемые путем логарифмирования ука- занной функции

1p(q q ) = i@a + (L L) 1gb и последующего определения величины

1яа и 1рЬ решением системы уравнений

-q ) = Ыда+ (L — L ° ) х о =л

1 к

Z: lg(q х 1gb

:С. (L л-- л

=;Е . (ь

1-1

1-;) lg(q; — q,) =

I 2 — L;)1ра + (L -L;) 1яЪ

1=л где ц 1.; — текущие фактические значения относительной метанообильиости и расстояния L соответствующие точкам графика на фиг.

k — число точек, по которым строится экспонента.

Реальные значения q рассеиваются относительно аппроксимирующей пунктирной кривой. При этом в качестве меры рассеивания принимается среднее квадратичное отклонение 6 фактических значений q от расчетных значений q где f — число степеней свободы, для экспоненты f = 5.

По полученному значению о строится доверительньпл интервал рассеивания q, верхняя граница которого в зоне нарастания относительной метанообйльности (3a 150 м от начала нарушений) обозначена на фиг. 1 пунктирной линией, Полученные таким образом данные о степени повьпнения метанообильности выемочных участков угольных шахт в зонах пересечения с малоамплитудными тектоническими нарушениями сводятся в таблицу следующего вида

1244349

1. Сбросы,2. Взбросы и т.д. ю или представляются в виде графиков- номограмм.

Классификационные признаки малоамплитудных тектонических нарушений, встречающихся при отработке выемочных участков на угольных шахтах

Морфологические Величина признаки на- амплитуды рушений нарушений

После этого производят сейсмораз,ведку (например, детальную сейсмораз- З5 ведку по методу отраженных волн и/или сейсмопросвечивание) и/или электроразведку (например, по методу физической фильтрации электрических полей, машинной корреляции геофизи- 40 ческих аномалий и т.п.) части шахтного поля в зоне выемочных участков, для которых составляется прогноз, и геолого-структурное обследование (включающее документацию, зарисовку, 45 фотографирование вскрытых нарушений) подготовительных выработок 1 (фиг.3), оконтуривающих данные выемочные участки. По полученных данным определяют пространственное положение малоамплитудных тектонических нарушений, пересекающих действующие или планируемые к работе очистные выработки 3 выемочных участков, для которых составляется прогноз метанообильности, а также морфологические признаки и величину амплитуды указанных нарушений. Попутно с сейсмо- и/или электроСтепень повышения относительной метанообилъности (К м) выемочных участков угольных шахт, пересекаемых малоамплитудными тектоническими нарушениями (усредненные значения) Расстояние от линии очистного забоя до нарушений, м

300- 250- 100- 50250 200 50 0 разведкой и геолого-структурным обследованием для получения указанных сведений о малоамплитудных тектонических нарушениях могут быть дополнительно использованы данные, получаемые при бурении геологоразведочных скважин на шахтных полях в зоне выемочных участков, для которых составляется прогноз метанообильности. Местоположение выявленных малоамплитудных нарушений 2 наносят на планы вы-. емочных участков и в соответствии с полученными данными о морфологических признаках и величине амплитуды устанавливают типы указанных нарушений. Затем в соответствии с установленными типами нарушений 2 и ранее полученными в результате шахтных наблюдений усредненными значениями степени повышения газообильности выемочных участков в зонах распространения малоамплитудных тектонических нарушений различных типов (информация об указанных значениях, как было указано выше, представляется в виде таблиц или графи1244349

ЗЮ 300 250 200 750 700 50,м ков-номограмм) определяют прогнозное значение степениповышения метанообильности К„п для различных стадий отработки очистной выработки 3 выемочного участка по мере приближения очистного забоя 4 к зоне 5 нарушений 2 и его продвижения по данной зоне (заштрихованная зона 5 является зоной влияния нарушений 2 на метанообильность очи- 10 стной выработки 3 выемочного участка).

По известной методике определяют прогнозное значение q„ относительной метанообильности выемочного участка без учета влияния малоамплитудных тек-15 тонических нарушений 2, используя геологоразведочные данные о природной газоносности угольных пластов и вмещающих пород (данные газового каротажа скважин по промывочной жидкости и 20 по керногазовым пробам, отбираемым с забоя скважин с помощью керногаэонаборников различных конструкций) и шахтные данные о,замеряемой фактической гаэообильности пройденных выработок. В полученное прогнозное эначение относительной метанообильности вводят поправку, учитывающую влияйие на данное значение малоамплитудных тектонических нарушений, пересекающих выемочный участок. Для этого значение q „ умножают на найденную ранее степень (коэффициент) повышения метанообильности выемочного участка в зоне 5 пересечения его очистной выработки 3 с малоамплитудными тектоническими нарушениями 2 и получают уточненное прогнозное значение относительной метанообильности выемочного участка

Яп мп1 Чпэ где i — индекс, характеризующий тип нарушений 2 в соответствии с их морфологическими признаками и величиной амплитуды.

Вне зоны 5 влияния нарушений 2 значение относительной метанообильности выемочного участка принимается равным Чп (т.е. без введения поправочного коэффициента К„п, ).

1244349

Фиг. 2

Составитель И.Федяева

Техред Н.Бонкало, Корректор Л.Пилипенко

Редактор В.Ковтун

Тираж 436

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Заказ 4432

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4