Способ определения типа геодинамического явления, прошедшего в угольном пласте

 

Изобретение относится .к угольной про>&а>&шшеннрсти и может быть использовано Для установления точного типа геодинамического явления, происшедшего при подземной разработке газоносного угольного пласта. Цель изобретения - повыш'^ние точности определения типа геодинашгческого явления. Производят 'отбор проб угля из ненарушенной и подвергнувшейся геодинамическому - разрушению зон пласта. Пробы'высзгшивают и насьпчают их метаном, после чего производят регистрацию'спектров ЯМР обеих проб сразу после насыщения, через 4 ч и через 1 сут. Определяют интенсивность широких и узких линий спектров, их отношение, строят графики изменения во времени. Если отношение интенсивностей узко?! и широкой линий спектра ЯМР пробы из-нерарушенной зоны и скорости их изменения сов- -падают, то явление относят к обрушениям пласта. Если указанное отношение превышает отношение интенсивностей из ненарушенной зоны в два и более раза, а скорость их изменения менее чем-в два раза, явления относят к внезапным выбросам. 1 ил.'Из!ббретенре относится к угольной промышленности и может быть 'использовано для установления точного типа геоДинамического явления, происшед- / шего при подземной разработке .газоносного угольного itnacTa,Установление точного вида геодинамического явления, в особенности, 'если оно произошло впервые на пласте, имеет важное значение для правильного выбора мероприятий по борьбе с ним. - '-Методы борьбы с различными видами геодинамических явлений неодинаковы.Для предотвращения внезапных выбросов предназначены способы, основанные на разгрузке и дегазации угольного мае-^ сива; опережающая выемка защитных-пластов, бурение разгрузочно-дегазационных скваямн, обрааование полостей,(щелей), гидроотжим или гидрорыхление пласта. Применение таких способов.на пластах, сложенных мягкими сыпучими углями, может привести к возникновению внезапных обрушений угля.Известен способ определения типа происшедшего геодинамического явления при ведении горных работ на газонос-юСА^

(1Å (111

113 А1

СООЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 F. - 1 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

llO ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР н *втаусному сеидатюъствм

1 (Z1) 4815031/03 (22) 16.04.90 (46) 30.01.92. Бюл. 1Н. 4 (71) Донецкий физико-технический институт АН УССР (72) A.Ä.Ëëåêñååâ, Е.В.Ульянова, А.И,Спожакин и С.Г.Лунев (53) 622,832(088.8) (56) Нечаев А.В. Об отличительных признаках внезапных выбросов угля и газа и других газодинамических явлений. — Труды ИГД им. А.А.Скочин-, ского. М., 1988, с. 9-15.

Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа. И.: 1977, с. 3-5. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТИПА ГЕОДИНА-, КЛЕСКОГО ЯВЛЕНИЯ, ПРОИСИЕДРЕГО В

УГОЛЪНОИ ПЛАСТЕ. (57) Изобретение относится к угольной промьппленности и может быть использовано для установления точного типа геодинамического явления, происшедшеИзобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для установления точного типа геодинамического явления, происшедшего при подземной разработке газоносного угольного Пласта.

Установление точного вида геодинамического явления, в особенности, если оно произошло впервые на пласте, имеет важное значение для правильно го выбора мероприятий по борьбе с ним»

Иетоды борьбы с различными видами геодинамических явлений неодинаковы.

2 го при подземной разработке газоносного угольного пласта. Цель изобретения — повыш -.ние точности определения типа геодинамического явления. Производят отбор проб угля из ненарушенной и подвергнувшейся геодинамическому разрушению эон пласта. Пробы высушивают и насыщают их метаном, после чего производят регистрацию спектров

ЯИР обеих проб сразу после насыщения, через 4 ч и через 1 сут. Определяют интенсивность широких и узких линий спектров, их отношение, строят графики изменения во времени. Если отношение интенсивностей узкой и широкой линий спектра ЯМР прббы из -нерарушенной зоны и скорости их изменения сов- ® падают, то явление относят к обрушениям пласта. Если указанное отношение превышает отношение интенсивностей из ненарушенной зоны в два и более раза а скорость их изменения менее чем .в два раза, явления относят к внезапным выбросам. 1 ил.

Для предотвращения внезапных выбросов предназначены способы, основанные на разгрузке и дегазации угольного массива; опережающая выемка защитных пластов, бурение разгрузочно-gerasaционных скважин, образование полостей (щелей), гидроотжим или гидрорыхление пласта. Применение таких способов на пластах, сложенных мягкими сыпучими углями, может привести к возникновению внезапных обрушений угля.

Известен способ определения типа происшедшего геодинамического явления при ведении горных работ на газоносI

1709113 ном угольном пласте, основанный на сравнении следующих признаков: форма, размеры и распох»ожение образовавшейся ,в результате происшедшего явления по5 лости; характер размещения выброшенного (обрушеш»ого, выдавленного) угля на подошве горной выработки; степень превышения выделившегося при явлении метана естественной газоносности угольного пласта.

Отличительные особенности призна- . ков различных явлений устанавливаются членами комиссии по расследовя»»ио аварии. 5

Недостатком данного способа является то, что установить тип явления с по»»ощью перечисленных внешиих признаков не всегда представляется возмож»»ьп», TBK как зти признаки часто имеют неявно выраженную форму, .в особенности на крутых пластах.

Известен также способ определения типа геодинамического явления,-согласно которому определяют количество газа, выделившегося во время теодинамического явления, а затем вес вынесенного угля. По отношению выделившегося газа к весу вь»иес энного угля, По .Отношению выделившегося газа к весу вынесенного угля (Относительное газовьделение) судят о типе геодинамическО» О явления . Ьчита»от »то наибОльшее относительное газовыделение характерно для внезапных выбросов угля и газа.

Однако для такого вывода при установлении вида явления только этого

„ критерия недостато И|о так как другие геод»»»»ами»еские явления часто такое же зна »е»»ие Относительного газовь»деле»»»»я,10 как н при выбросе.

Наиболее близким по техническому решенио к предлагаемому является способ, зак доча»ощи»»с»» в тОм, что при геОдинамическОм явле1»ии реГистриру»от Be личину и скорость газовыделения. При внезапных выбросах в короткий промежуток времени (практически мгновенно) »»роисходит изменение концентрации метана до .значений, превышаю»»»»х 2,5 . 5п

При внезапных обрушениях выделение метана характеризуется более медленным ростом его концентрации в течение всего процесса.

Недостатком данного способа явля- 55 ется низкая точность, так как вццеление метана при выбросах, выдавливаниях и обрушениях не характеризуется тбчными критериями (например, скорость»о роста концентрации метана в исходящей по выработке струе воздуха), а скачкообразное изменение концентрации метана в отдельных случаях присутствует при всех видах газодинамических явлений, поэтому предлагаемые отличительные признаки, хорошо работающие при выбросах больц»ой интенсивности, окаэывяютря не всегда эЫ»ективвыми при выбросах-малой мощности.

Цель изобретения — повышение точности определения типа геодинамического явления, происшедшего на газоносном угольном пласте.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения типа геодинамического явления, происшедшего в угольном пласте, основанному на определении изменения сорбционной способности угля, производят отбор проб угля из ненарушенной и подвергнувшейся гязодинамическому разрушению зон пласта, высушивают, дегаэируют, насьш»ают метаном, а затем регистриру»от спектр ЯИР обеих проб сразу после »»ась»щения метаном, через 4 ч и через 1 сут после »асыщения, определяют интенсивности широких и узких линий спектров, их oòíoøeíèå, строят графики изменения этих отношений в течение времени, при этом, если отношение интенсивностей узкой и широкой линий спектра ЯИР пробы из ненарушенной зоны равно отношеиию интенсивностей из нарушенной эоны, а скорости их изменения совпадают, считают, что произошло обрушение, а если отношение интенсивностей ненарушенного B два и более раз больше отношения интенсивностей нарушеиного угля, а скорость изменения меньше, считают, что произошел выброс.

На чертеже приведены граф»»ки изменен»»я отношений»»»»тенсивностей узкой (Iy) и ыирокой (Т») линий спектра Я»1Р проб угля из ненарушенной и- подвергнувшейся гаэодинамическому разрушению эон пласта.

Пример. Определение типа геодинамического явления, происшедшего на газоносном угольном пласте. На шахте "60 лет Украины" с пласта Прасковиевский отбирали разом пробы угля, подвергнувшиеся геомеханжескому разрушен»»ю. Для сравнения брали контрольные пробы угля из ненарушенной зоны этого же пласта (целика).

1 709113

Полученный уголь предварительно измельчали до фракции 0,3-0,4 мм, после этого высушивали, дегазировали и помещали в тонкостенные стеклянные пробирки ф 3 мм Пробирки с углем помещали в систему высокого давления для насыщения их метаном. Давление насыщающего метана 30 атм (3 МПа).

Образцы в системе выдерживали в тече- 10 ние 5 дней. Метанонасышенные образцы по очереди помещали в ЯМР-спектрометр широких линий, на самописце которого фиксировали спектры ЯИР этих образцов.

Спектр ЯМР представляет собой производную линии поглощения. Расстояние между двумя максимумами по координат". ной оси Х называется шириной линии ДН.

Расстояние между этими же максимумами по координатной оси 7 называется ин- 20 тенсивностью линии I. 1Бирина линии ДН несет. информацию о геометрической структуре и подвижности молекул; I— интенсивность линии — характеризует число ядер„ участвующих в резонансе. бориа линии позволяет судить о группах реэонируюцих ядер, так как ядра в исследуемом веществе могут обладать различной подвижностью.

На полученных спектрах уголь — ме- 10 тан разрешаются две линии, даваемые различными по подвижности ядрами водорода. Ядра, жестко фиксированные на месте по отношению к соседним ядрам (структурные группы органической 35 массы угля), дают ширину линии ДН=, =5,5-б Э. Метан в угле находится в физически связанном состоянии, по сравнению со свободным метаном, так как молекулы метана как бы прилипают .40 к адсорбционным центрам„ совершая колебательные и трансляционные движения возле них; С увеличением количества заполнения подвижность молекул метана возрастает. Нирина линии сорби- 15 рованного метана колеблется от 0,3 до

0,9 Э .(ДН зависит от марки угля),, т.е. Н метана на порядок больше ширины линии от угля, и эти две линии хорошоразрешимы. 50

Поэтому, .если получать спектры ЯИР от метанонасыщенных образцов, через определенное время можно проследить по уменьшению интенсивности узкой линии скорость дегазации метана из об- 55 разцов угля. Интенсивность широкой линии (от угля) для данного образца остается неизменной.

По зафиксированным спектрам ЯМР каждой иэ проб угля (из ненарушенной и подвергнувиейся геодинамическому разрушению зон пласта) определяли интенсивности узкой I и иирокой I< линий спектров и их отношение т /?

Затем от этих же проб через 4 ч и через 1 сут после насыщения вновь регистрируют спектры ЯМР, определяют интенсивности узкой и широкой линий спектра и вычисляют их отношение. По полученным данным строят график изменения величины отношения

Х,1/1 во времени для каждой из проб (см. чертеж). Сразу после насыщения метаном отношение интенсивностей

I /Ig угля из целика составило 7, а угля из нарушенной зоны — 3,5; через 4 ч — 6,8 и 2,2 соответственно,, через 1 сут соответственно — 5,5 и 1,1. Так как сразу после насыиения отношение интенсивностей I1/Т из ненарушенной зоны в два раза больше отношения I /Q угля из нарушенной, а скорость изменения меньше, значит произоиел выброс. Экспериментально установлено, что для угля из обрушеняой зоны соотношение интенсивностей

I1/Iq спектра ЯМР и скороСть их изменения во времени совпадают с этими же параметрами угля из целика. Хорошо випно, что сорбционная способность выброшенного угля в два раза меньше, чем обруиенного угля и угля из целика. Кроме того, десорбция метана в выброшенном угле происходит быстро. уже через 4 ч количество метана в угле уменьиается вдвое, а через 3 сут уголь теряет практически весь метан.

Для обрушенного угля и угля из целика десорбция происходит постепенно и только через месяц уменьшается в два . раза. Это происходит вследствие того, ! что во время выброса происходит механо-химическая деструкция угля, в результате чего меняется поровый объем и количество адсорбционных центров в выброшенном угле, а обрушенный уголь не претерпевает никаких изменений.

При исследовании адсорбционных свойств углей можно определить, бып ли это выброс или обрушение.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения типа геодинамического явления, происшедшего в угольном пласте, за счет учета

1709113 структурных изменений, происходящих в угле во время выброса.

Формула и э о б р е т е н и я

Способ определения типа геодинамического явления, происшедшего в угольном пласте, включаюций отбор проб, определение сорбционной способности О угля в пробах в течение промежутка времени и ее изменения и идентификацтпо типа геодинамического явления по изменению сорбционной способности угля, отличающийся тем, что, с велью повышения точности определения типа геодинамического явления, отбор проб угля производят из ненарушенной и подвергнувшейся геодинамическому разрушению эоны пласта, пробы высушивают и насыщают метаном, после чего регистрируют спектры ЯМР обеих проб сразу после насыщения метаном, через четыре часа и через сутки после насыщения, определяют интенсивность широких и узких линтпr спектров, их отношение, строят. графики изменения этих отношений в течение времени измерений, при отношении интенсивностей узкой и широкой линий спектра ЯМР пробы из ненарушенной зоны, равном отношению интенсивностей пробы из нарушенной зо-! ны, и совпадении изменения их скоростей явление относят к обрушениям пласта, а при отношении интенсивности пробы из ненарушенной зоны, превышаю щем в два и более раза отношение ин тенсивностей из ненарущенной эоны, а скорости их измерения менее чем в два раза, явление относят к внезапным выбросам.