Способ определения газоносности пласта

 

Использование: для прогноза газовой и выбросоопасной обстановки на подготавливаемых и действующих добычных участках. Сущность изобретения: способ базируется на экспериментально установленной зависимости газовыделения из пробы и разности газоносности угля в момент отбора пробы и остаточной газоносности, соответствующей атмосферному давлению. Газовыделение из пробы замеряется в два этапа: первый - после отбора пробы из массива, второй - после установления сорбционного равновесия в сосуде с пробой. Дана расчетная формула для определения газоносности.

Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно к угольной, и может быть использовано в газообильных и выбросоопасных шахтах для прогноза газовой и выбросоопасной обстановки на подготавливаемых и действующих добычных участках, а также для контроля эффективности дегазации и противовыбросных мероприятий.

Известен способ определения газоносности угля, основанный на расчетной оценке потерь газа в процессе отбора пробы по измеренной после отбора пробы величине газовыделения из нее [2].

Основным недостатком этого способа является низкая точность определения газоносности.

Известен способ определения газоносности пласта, включающий отбор нескольких углегазовых проб из одной скважины, герметизацию этих проб через известные интервалы времени, определение газоносности угольных проб путем их дегазации. По установленной газоносности углегазовых проб и соответствующему каждой пробе времени экспозиции определяются зависимости газоносности проб от времени экспозиции. Экстраполяция этой зависимости до нулевого времени экспозиции дает величину газоносности пласта [3 и 4].

Недостатками указанного способа являются низкая точность и высокая трудоемкость определения газоносности.

Известен способ определения газоносности пласта, основанный на измерении газовыделения из пласта и остаточной газоносности отбитого угля [5].

Недостатком известного способа является невысокая точность определения газоносности.

Известен способ определения газоносности пласта по газовыделению из угольной пробы. На первом этапе устанавливают значение газовыделения за время, равное времени с момента отторжения пробы от массива до момента начала замера газовыделения, на втором этапе устанавливают время, за которое выделяется такое же количество газа, как при первом измерении. Газоносность угля определяют по расчетной формуле [1].

Основным недостатком этого способа является низкая точность определения газоносности вследствие аппроксимации линейной зависимостью кривой изменения содержания газа в пробе от времени дегазации.

Целью изобретения является повышение точности определения газоносности пласта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения газоносности, включающем отбор из массива углегазовой пробы и измерение газовыделения из отобранного угля при свободном истечении газа, осуществляемое в два этапа, после первого этапа измерения газовыделения углегазовую пробу приводят в состояние сорбционного равновесия и определяют газоносность угля при сорбционном равновесии, затем пробу сообщают с атмосферой на время, равное интервалу между отторжением пробы угля от массива и началом измерения газовыделения из нее, после чего вторично измеряют газовыделение в течение времени, равного времени первого измерения газовыделения, а газоносность пласта определяют по формуле X = X_o+ (Xʹ- X_o), где Х - газоносность пласта; Х_о - остаточная газоносность, отобранного угля, соответствующая атмосферному давлению; X' - газоносность угля при сорбционном равновесии; Q₁ и Q₂ - газовыделение при первом и втором измерениях соответственно.

Для повышения точности определения газоносности после первого этапа измерения газовыделения углегазовую пробу приводят в состояние сорбционного равновесия и определяют газоносность угля при сорбционном равновесии, затем пробу сообщают с атмосферой на время, равное интервалу между отторжением пробы угля от массива и началом измерения газовыделения из нее, после чего вторично измеряют газовыделение в течение времени, равного времени первого измерения газовыделения.

Исходя из экспериментально установленного факта пропорциональности двух величин: газовыделения из пробы и разности газоносности угля в момент отбора пробы и остаточной газоносности, соответствующей атмосферному давлению, совокупность перечисленных признаков в сочетании с расчетом позволяет получить достоверные значения газоносности пласта. Признак - пробу приводят в состояние сорбционного равновесия и определяют газоносность угля при сорбционном равновесии - является сходным. Остальные признаки - пробу сообщают с атмосферой на время, равное интервалу между отторжением пробы угля от массива и началом измерения газовыделения из нее; вторично измеряют газовыделение в течение времени, равного времени первого измерения газовыделения; газоносность пласта определяют по указанной формуле.

Первый из признаков, являющийся сходным, позволяет в сочетании с остальными получить сверхсуммарный эффект: точно определить газоносность пласта в месте отбора пробы по замеру газовыделения из нее.

Способ осуществляют следующим образом.

От массива отторгается углегазовая проба и помещается в герметичный сосуд. К сосуду подключается расходомер и производится измерение объема выделившегося газа за определенное время (порядка нескольких минут). Фиксируется также время, прошедшее с момента отторжения пробы до начала измерения газовыделения из пробы. Затем сосуд с пробой насыщают известным количеством газа или герметизируют без донасыщения. После установления сорбционного равновесия сосуд с пробой сообщают с атмосферой и по прошествии промежутка времени, равного времени между отторжением пробы от массива и началом первого замера газовыделения, производят второй замер газовыделения из пробы, который должен продолжаться ровно столько же времени, что и первый. Желательно оба замера производить одним и тем же прибором в одинаковых температурных условиях. Затем пробу дегазируют для определения газоносности в состоянии сорбционного равновесия перед вторым измерением газовыделения (X') и остаточной газоносности (Х_о).

Газоносность пласта определяют по известной газоносности, которую имела проба перед вторым замером газовыделения, и объемам выделившегося из пробы газа во время первого и второго замеров.

Формула для расчета газоносности пласта X = X_o+ (Xʹ- X_o), м³/т, где Х - газоносность пласта, Х_о - остаточная газоносность, соответствующая атмосферному давлению; X' - газоносность угля при сорбционном равновесии; Q₁ и Q₂ - газовыделение при первом и втором измерениях соответственно.

Реализацию способа дегазации приведем на примере определения газоносности угольного пласта k₄^1-н (Андреевский нижний) на шахте "Юнком" ПО "Орджоникидзеуголь".

На пласт через породную толщу проводили скважину диаметром 76 мм. При достижении пласта в скважину был послан керногазонаборник КШ-79 и выбурена проба угля массой 756 г. После извлечения керногазонаборника из скважины керноприемная труба с пробой была герметизирована, а к штуцеру керноприемной трубы был подключен десорбометр и произведено измерение выделившегося за 2 мин количества газа, оно составило 80 см³. Фиксировали также время между отторжением пробы от массива и началом замера газовыделения. Оно составило 6 мин 22 с. Затем пробу в лабораторных условиях насытили газом до установления сорбционного равновесия при известной величине газоносности (19,5 м³/т) и произвели следующие операции: сообщили сосуд с пробой с атмосферой на время, равное промежутку между отторжением пробы от массива и началом первого замера газовыделения (6 мин 22 с), замерили газовыделение из пробы десорбометром (тем же, что и при первом замере) за время, равное времени первого замера (2 мин), оно составило 93 см³. Остаточная газоносность угля в пласте k₄^1-н на шахте "Юнком" ПО "Орджрникидзеуголь" равна 3,2 м³/т.

Газоносность угольного пласта в месте отбора пробы вычислили по формуле X = X_o+ (Xʹ- X_o)=3,2+ (19,5-3,2) = 17,2 м³/т.

Основным эффектом применения способа определения газоносности пласта является повышение безопасности труда при проходке подготовительных выработок и на добычных участках вследствие правильного применения комплекса вентиляционных, дегазационных и противовыбросных мероприятий, основанного на достоверных данных о газоносности разрабатываемого пласта.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОНОСНОСТИ ПЛАСТА, включающий отбор из массива углегазовой пробы и измерение газовыделения из отобранного угля при свободном истечении газа, осуществляемое в два этапа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, после первого этапа измерения газовыделения углегазовую пробу приводят в состояние сорбционного равновесия и определяют газоносность угля при сорбционном равновесии, затем пробу сообщают с атмосферой на время, равное интервалу между отторжением пробы угля от массива и началом измерения газовыделения из нее, после чего вторично измеряют газовыделение в течение времени, равного времени первого измерения газовыделения, а газоносность X пласта определяют по формуле
X = X_o+ (Xʹ- X_o), м³/т,
где X_о - остаточная газоносность отобранного угля, соответствующая атмосферному давлению, м³/т;
Q₁, Q₂ - газовыделение при первом и втором измерениях соответственно, м³;
X' - газоносность угля при сорбционном равновесии, м³/т.