CC BY
19
------------------------------------------------- © Л.А. Пучков, В.М. Шек,
2005
УДК 622.333:622.014.2:658.513.011.56:681.3 Л.А. Пучков, В.М. Шек
ИНФОРМАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ МЕТОДОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ УГЛЕГАЗОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Семинар № 10
¥ ¥ а современном этапе использования
-1-1 природных минеральных ресурсов в большинстве развитых горнодобывающих стран стремятся применять наиболее эффективные комплексные экологически чистые безопасные технологии добычи полезных ископаемых. Для большинства угольных месторождений России в настоящее время актуальна проблема угольного метана. Для высокопроизводительных забоев угольных шахт основным препятствием наращиванию уровня добычи угля является газовыделение из обнажаемых и отбиваемых масс угля. Основным способом борьбы с шахтным (угольным) метаном является интенсивное проветривание выемочных участков. При этом для проветривания очистного забоя с производительностью 1000000 т необходимо подать до 4,5-5,0 109 м3 воздуха. В современных угольных шахтах для перемещения огромных масс воздуха к забоям используют выработки больших сечений (в 1,5-3,0 раза превышающих сечения выработок шахт прошлого века) и затрачивается большое количество энергии на проветривание. Кроме того, выносимый метан в большей части не утилизируется и выбрасывается в атмосферу, способствуя усугублению парникового эффекта.
В МГГУ создана методология разработки углегазового месторождения, позволяющая проектировать и создавать комплекс технологий и использующих их горнопромышленных систем для поэтапного, разнесенного во времени и пространстве извлечения метана и угля. В связи с тем, что угольные пласты месторождения подвергаются дегазации не одновременно, а последовательно отдельными группами, с возможностью многократного использования одних и тех же дегазационных скважин для извлечения метана из нескольких групп пластов, эту методологию назвали «приливной»
или «волнообразной». В пределах каждой выделенной группы пластов определяются перспективные участки извлечения газа из неразгруженных массивов угольных пластов и порядок работы с этими участками. После окончания извлечения газа из пластов отрабатываемого участка использовавшиеся для этого скважины могут быть использованы для дегазации перспективного участка вышележащей группы рабочих пластов (вторая «волна» извлечения метана и т.д.).
На рис. 1 представлена схема, отображающая этапы извлечения (выноса) метана, заключенного в угольных пластах и массивах окружающих пород, при подземном способе отработки месторождения. Добыча угля производится на третьем этапе - «Эксплуатация шахты». Длительность этого этапа зависит от запасов угля в месторождении, количества и производительности шахт и ряда других факторов. Для Воркутинского месторождения, оставшиеся запасы которого планируется отработать одной интегральной шахтой, она составляет примерно 50 лет.
На первом этапе извлечения метана - «Заблаговременная дегазация» при эффективном ведении комплекса работ этого этапа (рис. 2 и 3, участок А; 4, участок В; 5, участки В и С; 6, участки Си Б) возможно добыть до 25-40 % объема газа, находящегося в обрабатываемых участках пластов (при концентрации метана в отсасываемой смеси в пределах 90-95 %). Далее при предварительной дегазации этих участков (рис. 4, участок А; 5, участок В; 6, участок С) можно извлечь еще 25-30 % от первоначального объема метана в них. При использовании технологий сопутствующей дегазации угольных пластов из них (рис. 5, участок А; 6, участок В) можно дополнительно извлечь еще от 5 до 25 % метана.
Рис. 1
Элл: І
Рис. 3
Рис. 5
■>ТЭД| -5
Тогда на «долю» системы вентиляции (рис. 5, участок А; 6, участок В) придется всего 1545 % находившегося в угольном пласте метана (в зависимости от эффективности работы систем дегазации этих пластов). То есть в очистные забои нужно будет подавать в 2-6 раз меньше воздуха, чем при отсутствии систем дегазации. А это очень ощутимое снижение
затрат на проходку выработок и работу вентиляторов главного проветривания. Кроме того, это повышение производительности отдельного очистного или проходческого забоя и безопасности ведения работ. И многократное повышение экологической чистоты производства!
Далее производится дегазация выработанного пространства нижнего пласта (рис.6, участок А), что может принести дополнительно от 10 до 30 % общего объема метана. Одновременно можно начинать подготовку к дегазации вышележащих пластов угля (рис. 6, ГРП - белый интервал в скважине блока А)
Но ничто не достигается «даром». Усложняется комплекс используемых технологий, управление совокупностью горнопромышленных систем отработки месторождения. Это приводит к многократному повышению объемов и усложнения проектирования указанных систем, важности этого этапа жизни сложных горнопромышленных систем.
Системообразующим фактором для объединения рассматриваемых горнопромышлен-
(М X** Л»"* №1» 11*
.т д1
ЫИНЧМ-!::!, 01Ч^[Г
У1' Л%.*жЖГ
С=1
■
I
1"Г •"
Рис. 7
т
9 I
4
ш
С*
I
тс
С
Га
<3
31
■ЛЯ
Ь-И ДЭ5ян 1К» [?Мк* ОмрЬсз Щккж
т И)
ЕЕ
ВН35ГЕ1
V Ь^аАи »■
/V
т Я-»^-»ГГ>Е *
■/ ■:.£>«►
И 1га шЛ| .га>||
Л*Г I ■ т*г .
"П тл- «*.<
Н Ч* д. ?гл.
'чг '«из
™ **7.7- №
В>ЭМ- «Т. ?».?- гЛ£\-Г~| 1|*А1- |*л>.-■■ 'го с ■ пя ■
ад МжЬ гвд
К-- 1Я1 лй ■ГУ 6 ■ьео
Г-ч 11Л Д1|/ ■1+2 ■ Г1 с " ■711Е-'
Р.-- №3 (1.0
1=*^ Г** Рш* 3131 31Й ■ 1?£ • МЕГ' "с г.;
ЯчшЛ Кап! 'гжЛ К"* ЯжЛ •а 11Я 1лГ 12н' к-В 00 ■а: ■на т?' ■*&7- -)М* ■Р?Ь
ГжЛ К Г» ■|Э2 ■ыс?
Дп** $ УЦг^цмамЛяДЬмДг | З-чаи
I Е№«М (Н.Ш
Я7Н
ных систем в одну большую систему является само месторождение полезных ископаемых (угля и газа). Поэтому для описания включаемых систем (их отдельных частей) и процессов, протекающих в них, используется очень большое количество взаимосвязанной информации и создается множество моделей. Основу последнего составляет композитная динамическая модель месторождения.
Моделирование месторождения начинается на этапе его геологического обследования и разведки (создание ГеолМодели_1) и включает ряд последующих этапов: проектирование
(ГеолМодель_2 и ТехнолМодель_1), строительство и подготовка производства (ГеолМо-дель_3 и ТехнолМодель_2), добыча (ГеолМо-дель_4 и ТехнолМодель_3) и ряд других.
Первичная модель ГеолМодель_1а создается на начальной стадии геологической разведки месторождения. Затем, по мере ведения геологоразведочных работ, она уточняется и насыщается дополнительными данными (Гео-лМодель_1б), служит для определения ресурсов и запасов полезных ископаемых (Гео-лМодель_1в), подсчета кондиций (ГеолМо-дель_1г) и т.д. При проектировании горного
предприятия она трансформируется для сопряжения с моделью сети горных выработок (ГеолМодель_2а, б и др.), служит основой для её построения (ТехнолМодель_1а, б и т.д.). На этапах строительства и эксплуатации горного предприятия модели ГеолМо-дель_3 (а, б, ...) и ТехнолМодель_2 (а, б, ...) служат для управления процессами добычи, одновременно участвуя в планировании и учете движения запасов полезных ископаемых.
Далее, например, процессы извлечения метана из выработанных пространств могут описываться с помощью ГеолМодели_4 и Тех-нолМодели_5.
Кроме того, следует учитывать, что, например, при проектировании рассматриваются (моделируются) несколько возможных вариантов решений, приводя к построению и использованию моделей полиморфизма - ГеолМо-дель_2а-1, ГеолМодель_2а-2, ... ГеолМо-
дель_2а-Ы"; ТехнолМодель_1а-1 ... и т.п.
Такое последовательно-параллельное создание и использование моделей {Родитель -Потомки} требует использования соответствующего механизма моделирования. Поэтому
нами было предложено использовать объектноориентированную методологию при моделировании сложных горнопромышленных систем [1, 2 и др.]. В МГГУ созданы методы и механизмы построения объектно-ориентированных моделей-объектов, моделей-процессов и моде-лей-монике-ров. С помощью последних модели двух первых групп взаимодействуют с внешними базами пространственной и атрибутивной информации. Все модели имеют несколько уровней иерархии, отработана методика формирования моделей верхнего уровня иерархии с использованием соответствующих моделей нижележащих уровней иерархии. При этом используются СОМ- и CASE- технологии.
Разработанная методология моделирования использует соответствующие методы обработки информации. Вся информация делится на внутреннюю (входящую в состав объектов-
1. Пучков Л.А., Шек В.М. Методология объектно-ориентированного пространственно-времен-ного
моделирования горнопромышленных систем./ В сб. «20 лет кафедры Автоматизированные системы управления». - М.: МГГУ, 2000. - С. 8-14.
модулей) и внешнюю (размещаемую в динамических иерархических базах пространственноатрибутивных данных). Эти базы вместе с иерархически упорядоченными множествами моделей хранятся в динамических банках данных и знаний.
В настоящее время описанные работы ведутся в рамках создания системы проектирования горнопромышленной системы «Уголь-Газ» на Воркутинском месторождении. Модели-объекты, входящие в состав геологической модели месторождения, показаны на рис. 7 и 8. Атрибутивная информация, описывающая параметры и состояние входящих в них элементных моделей-объектов, хранится в соответствующей информационной базе ГИС АгсУ1е%г 3.1 и обрабатывается с помощью средств этой ГИС и моделей-моникеров.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Шек В.М. Объектно-ориентированное моделирование горнопромышленных систем. - М.: Изд-во МГГУ, 2000. - 304 с.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------------------
Пучков Лев Александрович - чл.-корр. РАН, ректор Московского государственного горного университета.
Шек Валерий Михайлович - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ Д Ш ^ ^ & Г 1 А Ц И И
Автор Название работы Специальность Ученая степень
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙУНИВЕРСИТЕТ
РОМАНОВ Сергей Михайлович Методологические основы формирования балансов энергетических углей территориальноадминистративных образований 08.00.05 д.э.н.
© Е.И. Петровичев, 2005
УДК 681.3
