Научная статья на тему 'Оценка физико-химических свойств угольного пласта при прогнозе метанообильности'

Оценка физико-химических свойств угольного пласта при прогнозе метанообильности Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
181
37
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МЕТАН / УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ / ФИЛЬТРАЦИЯ / ГАЗОНОСНОСТЬ / ПЛАСТОВОЕ ДАВЛЕНИЕ / ГАЗОВАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ / СКОРОСТЬ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ / МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ / METHANE / COAL BED / FILTRATION / GAS CONTENT / BED PRESSURE / GAS PERMEABILITY / GAS EMISSION VELOCITY / MATHEMATICAL MODEL

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Качурин Александр Николаевич

Теоретически обоснованы закономерности для определения природной газоносности разрабатываемых угольных пластов и давления свободного газа. Сформулированы методические положения по оценке газовой проницаемости угольных пластов. Предложен практический подход к оценке начальной скорости газовыделения с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта. Измерение скорости газовыделения с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта рекомендуется осуществлять с помощью приставного щитка новой конструкции. Показано, что оценка давления метана в разрабатываемом угольном пласте может осуществляться в натурных условиях с использованием усовершенствованной конструкции герметизатора шпуров.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Качурин Александр Николаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EVALUATING PHYSICAL-CHEMICAL PROPERTIES OF COAL BED BY FORECASTING METHANE EMISSION

Regularities for estimating natural gas content of mining coal bed and pressure of free gas were theoretically substantiated. Methodical principals by evaluating gas permeability of coal beds were formulated. Practical approach to estimating initial velocity of gas emission from exposed surface of mining coal bed was proposed. Measuring the velocity of gas emission is recommended realizing with using attached dashboard of new construction. It’s shown that estimating methane pressure in mining coal bed can be realized in field conditions with using improved construction of pressurization device.

Текст научной работы на тему «Оценка физико-химических свойств угольного пласта при прогнозе метанообильности»

13. КасЬипп Л.К., Уавп'еу Р.У. рго§по2 ше1апооЬп'по81;1 1 оЬеБресЬеше а]его1о§юЬе8ко] Ье2оравпо81;1 роё§о1оу11еГпуЬ уугаЬо1юк ше1апооЫГпуЬ БЬа^ // 1хуе81;уа Ти1^ко§о §08иёаге1уепп0§0 ишуеге^а. №ик1 о 2еш1е. 2016. Уур. 2. Б. 141 - 154.

14. КасЬипп К.М., БогвЬкеуюЬ Л.М., КасЬиппа ОЖ 81в1ешпу] роёЬоё к 8ш2Ьепуи пвка 1 1окаН2асп ро81её81уу У2гууоу ше1апа у и§о1'пуЬ вЬа^аЬ // 12уе81;уа у^оу. Gomyj zhumal, 2010. № 4. S. 19-24.

УДК 622.457

ОЦЕНКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ПРИ ПРОГНОЗЕ МЕТАНООБИЛЬНОСТИ

А.Н. Качурин

Теоретически обоснованы закономерности для определения природной газоносности разрабатываемых угольных пластов и давления свободного газа. Сформулированы методические положения по оценке газовой проницаемости угольных пластов. Предложен практический подход к оценке начальной скорости газовыделения с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта. Измерение скорости газовыделения с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта рекомендуется осуществлять с помощью приставного щитка новой конструкции. Показано, что оценка давления метана в разрабатываемом угольном пласте может осуществляться в натурных условиях с использованием усовершенствованной конструкции герметизатора шпуров.

Ключевые слова: метан, угольный пласт, фильтрация, газоносность, пластовое давление, газовая проницаемость, скорость газовыделения, математическая модель .

Природная газоносность разрабатываемых угольных пластов и давление свободного газа. Газоносность разрабатываемых угольных пластов распределена неравномерно по глубине и площади их залегания. Это обусловлено историей геологической эволюции как угольных бассейнов в целом, так и их отдельных месторождений; тектоническим строением угленосных отложений и их угленосностью; гидрогеологическими и гидрохимическими условиями: литологическим составом вмещающих пород; мощностью покрывающей толщи и степенью естественной дегазации угля [1 - 2].

В настоящее время получен ряд закономерностей, позволяющих оценить влияние перечисленных факторов количественно. Одна из основных объективно существующих закономерностей - это нарастание мета-ноносности угольных пластов с увеличением глубины их: залегания. Однако отмеченная закономерность на некоторых участках месторождений может и не быть вскрытой отдельными скважинами при геологической разведке. То есть при определенных геологических условиях метанонос-ность пластов с глубиной может не только повышаться, но и понижаться.

Это, например, наблюдается на шахтах Кузбасса, где разрабатываются ме-таноносные угольные пласты, приуроченные к южной части Кемеровской области. Анализ распределения метаноносности угля по падению и простиранию пластов показал, что достаточно четкой связи между метанонос-ностью угля и глубиной залегания проследить не удается. Количество газа, находящегося в угле, меняется по случайному закону. При этом наблюдаются аномалии, где газоносность на 20...30 % выше среднего значения. И такие примеры можно продолжить. То есть метаноносность является случайной величиной. Обработка данных свидетельствует о том, что для обследованных районов эта величина подчиняется нормальному закону распределения. Коэффициент неравномерности распределения метаноносности по площади угольных пластов изменяется от 1,69 до 1,77 и в среднем составляет 1,73 [3].

Значение природной метаноносности угля хпр можно представить в виде следующего соотношения: хпр = хсв + хсорб, где хсв, хсорб - объемы

свободного и сорбированного метана, содержащегося в единичной массе угля. Первое слагаемое этого соотношения хсв = тр0/ (ура), где т - пористость угольного пласта; ра, р0 - плотность метана при давлениях ра и р0 соответственно; у - плотность угля. Второе слагаемое данного соотношения зависит от физико-химических свойств угля и состояния термодинамической системы «газ - уголь». Эту зависимость в общем виде можно

представить следующим образом: хсорб = / (р0, ал, Ьл ,Ту, Ас, Vг ,Жу), где

ал, Ьл - параметры изотермы сорбции Лэнгмюра; Ту, Ас, V, Жу - температура, зольность и влажность угля соответственно.

Изменение газового давления с глубиной изучено еще недостаточно. Ориентировочно оно может быть определено по степенней зависимости [4 - 6]

Р0 = Рн.о + ёГР0 (* - Н0 Г , (!)

где г, Н0 - глубина залегания угольного пласта и мощность зоны газового выветривания; рн о - давление метана на нижней границе зоны газового выветривания; gr р0 - градиент пластового давления метана; V - эмпирический коэффициент.

Для условий Кузнецкого бассейна можно принять рно ~ 0,1...0,15 МПа; V = 1; gr р0 « 0,01 МПа/м. Более достоверным видом информации являются геологические пластовые карты, на которых нанесены глубина зоны газового выветривания и линий равной газоносности (изогазы). Основываясь на этой информации можно достаточно точно определить начальное состояние системы «газ - уголь», главной характеристикой которой является давление свободного газа. Представленное соотношение для природной метаноносности угля с учетом зависимости количества

сорбированного от термодинамического состояния системы «газ - уголь» можно представить в следующем виде [7 - 8]:

хпр - 10троу-1 = 0,1(100 - Лс - Жу) алЪлР0 х (1 + Ъл р0) ехр{[0,02 (30 - Ту )(0,993 + 0,007ро )-1 ]}

1 + 0,246Жу ехр (-1,12 • 10-2 р0)

Если известны природная метаноносность, пористость, плотность, зольность, влажность, температура и параметры изотермы сорбции угля при 30 °С, то из уравнения (2) можно определить давление свободного метана. В этом случае природная газоносность определяется по карте изогаз, а остальные данные входят в существующую базу данных.

Методические положения по оценке газовой проницаемости угольных пластов. Теоретическое обоснование методических положений по оценке газовой проницаемости угольных пластов и вмещающих пород основывается на физической модели и математическом описании движения газов в пористой сорбирующей среде, разработанных на кафедре геотехнологий и строительства подземных сооружений Тульского государственного университета [9 - 10]. Так, установлено, что газовая проницаемость угольного пласта связана с его фильтрационной пористостью, которая изменяется под действием горного давления. Поэтому газовая проницаемость пласта будет зависеть от технологии выемочных работ и, прежде всего, от способа управления кровлей и его параметров. Так как наибольшее распространение получила выемка с полным обрушением пород кровли, то рассмотрены процессы изменения проницаемости именно для этих условий. В слоях пород непосредственной и основной кровли, подверженных воздействию горного давления над очистным забоем, уже при незначительном их сдвижении быстро возникают напряжения, превышающие предел упругости. Поэтому в этой области преобладают упруго-пластические деформации породных слоев, под которыми понимается упругий прогиб слоев горных пород, зависших в виде консоли [11].

Соотношения упругого изгиба и пластического перемещения породных слоев зависят от жесткости, склонности к хрупкому разрушению имеющейся системы трещин, мощности пласта и глубины разработки. Из этого следует, что краевая часть угольного пласта должна испытывать деформации сжатия перпендикулярно напластованию и деформации растяжения в сторону поверхности обнажения. Деформации растяжения приведут к образованию дополнительной трещиноватости, увеличивающей газовую проницаемость. Закономерности вертикального сдвижения свидетельствуют о том, что процесс деформирования призабойной части пласта удовлетворительно описывается реологической моделью вязкоупругого тела Кельвина.

Дифференциальное уравнение этой реологической модели имеет следующий вид [12]:

ст(0 = Е р ^, (3)

с\ ) у . л V У

где ас - напряжение сжатия призабойной части угольного пласта; Еу, -модуль упругости и вязкость угля соответственно; р2 - вертикальная деформация призабойной части разрабатываемого угольного пласта.

Закономерность изменения напряжения сжатия во времени может быть задана в следующем виде:

(г) =

Т у Н (1 + V гк1) при t < ¡.V \

^^ II / V оч 0 ' ± обр оч 5

I=1

п

Ту Н при t > I V\

^^ II I ± обр оч 5

(4)

где уг-, И - удельная сила тяжести и мощность /-го слоя пород кровли; Уоч -скорость подвигания очистного забоя; Ь0 - ширина зоны отжима призабойной части угольного пласта; 1обр - шаг обрушения пород основной кровли. Решение уравнения (3) с учетом закономерности (4) имеет вид:

п

Т

у Н

! I I

(г ) = +

Е

V

1 - ехр

Е

-^г

V ^, у

+

К

г

Е

1 - ехр

Е

—-г

V ^ - У

К

при г < ,

V

п

Т

уН

11 I

|=1 Е

1 - ехр

Е

—у-г

V ^, у

К

при г > .

V

(5)

Тогда трещиноватость, обусловленная действием горного давления, может быть определена по формуле

т = т +

р. п 0

р.- (г)

(6)

т -р (г)'

в.п г \ /

где трп - трещиноватость призабойной части разрабатываемого угольного пласта; т0 - природная пористость угольного пласта; твп - вынимаемая мощность разрабатываемого угольного пласта.

Используя закономерности, отражающие связь газовой проницаемости с фильтрационной пористостью [13 - 14], получим

-4 / г.лп\0,5 . /„ * \2

М г)

1,88 • 10-4 (ЯТ )05 гг (1 + Ър )2 аЬ

Р

0,1а Ьл + 0,707 (1 + Ълр)2

тп

(г)

т

-Р. (г).

(7)

р

<

>

г

где к - газовая проницаемость угольного пласта; Я - молярная газовая

постоянная; Т - абсолютная температура угольного пласта; - период релаксации скорости фильтрации метана; ал, Ьл - параметры изотермы сорбции метана углем; р - давление метана в рассматриваемый момент времени.

Формула (7) позволяет рассчитать газовую проницаемость приза-бойной части разрабатываемого угольного пласта.

Базовой закономерностью для оценки газовой проницаемости угольных пластов в шахтных условиях является зависимость для определения скорости метановыделения с единичной площади поверхности обнажения угольного пласта [15]:

1уд.п - 1 уд.н еХР

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0,5^

ь

45^

(8)

где 1удн - начальная скорость газовыделения; 10 (0,5 ¡/¡г) - модифицированная функция Бесселя нулевого порядка для аргумента, записанного в круглых скобках.

Начальная скорость газовыделения определяется по формуле

I

уд.н

0,5 ¡куМтар

« , (9)

Ра \ ^г

где ра - атмосферное давление; ц - динамическая вязкость метана; т -среднее значение пористости угля; ар - параметр линеаризации, определяемый по формуле ар - (ра - р0) 1п ра / р0.

Если измерения проводить для только что обнаженной поверхности разрабатываемого угольного пласта, то можно воспользоваться соотношением [16]

1 уд.п - 1уд.н еХр

0,5;

(10)

Следовательно, измерив скорость газовыделения в различные моменты времени и воспользовавшись зависимостью (10), можно рассчитать газовую проницаемость по результатам измерения скорости газовыделения с поверхности обнажения угольного пласта:

к

у.п.

та.

12 (¡1)

[|п [1 ( ¡1)] -1П [1 ( ¡2 )]

¡2 ¡1

ехр

1П [1 (¡1)] -1П [1 ( ¡2 )] 1

¡2 ¡1

(11)

где I (^), I (¡2) - газовыделение с поверхности обнажения угольного пласта в моменты времени ^ и ^ соответственно.

Зависимость (11) является базовым соотношением для натурных исследований газовой проницаемости угольных пластов. Разумеется, и система мониторинга коллекторских свойств угольных пластов непосредственно связана с этой формулой.

<

<

Оценка начальной скорости газовыделения. Результаты натурных наблюдений показывают, что наблюдается уменьшение скорости газовыделения с поверхности обнажения угольного пласта в подготовительной выработке. Этот факт подтверждается и результатами математического моделирования. Расчетная схема к определению начальной скорости газовыделения представлена на рис. 1. Разработана конструкция щитка для контроля газовыделения с поверхности обнажения угольного пласта [17], представленная на рис. 2.

Рис. 2. Щиток для контроля газовыделения с поверхности обнажения

угольного пласта

261

Щиток для контроля газовыделения с поверхности обнажения угольного пласта состоит из приставной полости 1 с трубкой 2, связанной с узлом контроля количества газовой смеси 3, выделяющегося в единицу времени, и концентрации метана в этой смеси, уплотнителя из упругого газонепроницаемого материала 4, расположенного на конце приставной полости 1. На конце трубки 2 закреплена неподвижная гайка 5, впереди которой размещена упругая втулка 6 с пресс-шайбой 7 и подвижной гайкой 8. На трубке 2 впереди приставной полости 1 расположен уплотнительный элемент 9, поджатый пресс-шайбой 10 с подвижной гайкой 11. Внутри трубы 2 размещен перфорированный элемент 12.

Оценка давления метана в разрабатываемом угольном пласте. Для оценки давления метана и природной газоносности в краевой части угольного пласта, контактирующей с шахтной атмосферой, проводят измерения давления метана в герметизированном шпуре (рис. 3). Натурные наблюдения показывают, что процесс удовлетворительно описывается следующим дифференциальным уравнением:

dp = K* (po - p), (12)

dt

где р0 - пластовое давление метана; K* - константа скорости изменения пластового давления метана.

Решение уравнения для условия р(0) = р0 = const имеет вид

p(t) = p0 - (PO - pa) eXP(-K*t) • (13)

Рис. 3. Схема измерения давления метана в герметизированном шпуре

Используя зависимость (13), можно получить уравнение для определения пластового давления метана

p2 = P0-( P0 - pa ) eXP

- t2ln pa - po

_ t1 pi - po

(14)

где р\ , р2 - давление метана в моменты времени ^ и соответственно.

Решая уравнение (14) относительно р0, определяют пластовое давление метана.

Для инженерных оценок можно использовать приближенное уравнение, являющееся разностным аналогом уравнения (12):

- к* (Ро - р). Из уравнения (15) следует, что

п _Р1 ( Р2 - Рх )(- )-Р2 ( Рх - Ра ) ¿1

ро _

(15)

(16)

( Р2 - Р1)( ^2 - Ч )-( Р1 - Ра ) Разработана новая конструкция герметизатора шпуров для контроля газоносности угольных пластов [18], представленная на рис. 4. Этот герметизатор может использоваться и для измерения давления метана в приза-бойной части разрабатываемого угольного пласта.

7 1 12 10 11

/I / х

6 14

43

у "■

16

18

\ II I I \ ШУУЛП. III

\ ■■ ■ ■ ШЯГ III

7

15 17 19

2

4

9

Рис. 4. Герметизатор шпуров для контроля газоносности

угольных пластов

Герметизатор шпуров состоит из кольцевой камеры 1, внутри которой размещен ограничительный элемент 2, уплотнительного элемента 6, связанного со средством досылки герметизатора 3, контрольно -измерительного узла 4, вход которого связан с уплотнительным элементом 6, и системой подачи сжатого воздуха 5, входы которой связаны с возду-хоподводящими трубками 14 и 17. Части устройства, соединенные между собой посредством резьбовых и бандажных соединений, образуют единую конструкцию герметизатора.

Герметизатор помещают в шпур с помощью средства досылки герметизатора до упора перфорированным ограничительным элементом в забой шпура, образуя замерную камеру шпура заданной длины. Вращением пуансона 19, находящегося на резьбе первого трубчатого элемента, создают давление на пресс-шайбу 18, сжимающую упругую втулку 17, которая увеличиваясь в диаметре, плотно прижимает концевую часть упругой манжеты 9 к стенке шпура, обеспечивая надежную герметизацию устья шпура. Затем по воздухоподводящим трубкам 14 и 15 в кольцевую камеру

I, образованную упругой манжетой 9 и ниппельными опорами 7, 8, 10 и

II, подают сжатый воздух. При этом упругая манжета 9 плотно, по всей длине, прижимается к стенкам шпура, надежно герметизируя замерную камеру шпура. Газ, выделяющийся из стенок замерной камеры шпура, проходит через перфорированные отверстия ограничительного элемента 2 во внутреннюю полость уплотнительного элемента 6 и к контрольно -измерительному узлу 4. При разгерметизации шпура сжатый воздух из камеры герметизации сбрасывают через воздухоподводящие трубки 14 и 15 в атмосферу. Упругая манжета 9 приходит в исходное состояние, и герметизатор вынимают из шпура.

Наличие коротких трубчатых элементов, которые по мере сборки формируют уплотнительный элемент заданной длины, обеспечивает удобство при выполнении монтажа герметизатора в шпуре в стесненных условиях горных выработок.

Выводы

1. Давление свободного метана в угольных пластах до начала разработки является следствием установившегося стационарного состояния термодинамической системы «газ - уголь», которое зависит от природной метаноносности, пористости, плотности, зольности, влажности, температуры и сорбционных свойств угля. Следовательно, на основе карты изогаз можно рассчитать начальное давление метана, используя существующую базу данных.

2. Газовая проницаемость призабойной части метаноносного разрабатываемого угольного пласта изменяется во времени по периодическому закону с периодом, прямо пропорциональным шагу обрушения пород основной кровли и обратно пропорциональным средней скорости подвигания очистного забоя.

3. Исходными данными для оценки фильтрационных свойств угольных пластов являются геологические сведения о разрабатываемом угольном пласте, сорбционные свойства угля, технологические параметры и прочностные характеристики пород, слагающих угленосную толщу.

4. Разработанные рекомендации и технические решения позволяют эффективно оценить физико-химических свойств угольного пласта при прогнозе метанообильности очистных и подготовительных участков, отрабатывающих газоносные угольные пласты.

Список литературы

1. Прогноз метановой опасности угольных шахт при интенсивной отработке угольных пластов / Н.М. Качурин, В.И. Клишин, А.М. Борще-вич, А.Н. Качурин. Кемерово; Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 219 с.

2. Воробьев С.А., Качурин Н.М. Зарубежный опыт исследования проблем комплексного освоения угольных месторождений подземным способом // Горный журнал. 2016. № 5. С. 78 - 85.

3. Соколов Э.М., Качурин Н. М., Гусев Н.Д. Генезис газов угольных месторождений Восточного Донбасса и Подмосковного бассейна // Природные газы земли и их роль в формировании земной коры и месторождений полезных ископаемых: сб. статей МГРИ. 1982. С.74 - 75.

4. Динамика метановыделения в очистной забой при отработке мощных пологих угольных пластов с выпуском подкровельной пачки / Н.М. Качурин, А.Ю. Ермаков, Д.Н. Шкуратский, А.Н. Качурин // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 4. С. 170 - 179.

5. Качурин Н.М. Оценка газоносности вмещающих пород и угольных пластов // Геология, поиски и разведка горючих ископаемых. Геолого -промышленная оценка угольных месторождений: сб. статей ТулПИ. 1986. С. 96 - 102.

6. Качурин Н.М., Вакунин Е.И., Кузнецов В.В. Особенности распределения метана в угольных пластах северной полосы мелкой складчатости Донбасса // Геология, поиски и разведка горючих ископаемых. Геолого-промышленная оценка угольных месторождений: сб. статей ТулПИ. Тула. 1986. С. 93 - 96.

7. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Качурина О.Н. Системный подход к снижению риска и локализации последствий взрывов метана в угольных шахтах // Известия вузов. Горный журнал. 2010. № 4. С. 19-24.

8. Качурин Н.М. Перенос газа в породоугольном массиве // Известия вузов. Горный журнал. 1991. № 1. С. 43 - 47.

9. Качурин Н.М., Борщевич А.М., Бухтияров А.А. Прогноз выделения метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта и нагрузка на лаву при интенсивной выемке угля // Безопасность жизнедеятельности. 2010. № 5. С. 19 - 24.

10. Безопасность геотехнологий добычи угля по газовому фактору / Н.М. Качурин, А.М. Борщевич, О.Н. Качурина, А.А. Бухтияров // Безопасность жизнедеятельности. 2010. № 5. С. 24 - 27.

11. Качурин Н.М., Воробьев С.А., Качурин А.Н. Прогноз метановы-деления с поверхности обнажения угольного пласта в подготовительную выработку при высокой скорости проходки // Горный журнал. 2014. №4. С. 70 - 73.

12. Качурин Н.М. Выделение метана из подработанных и надрабо-танных пород в выработанное пространство очистного участка // Известия вузов. Горный журнал. 1987. № 2. С. 54 - 59.

13. Безопасность геотехнологий добычи угля по газовому фактору/ Н.М. Качурин, А.М. Борщевич, О.Н. Качурина, А.А. Бухтияров // Безопасность жизнедеятельности. 2010. № 5. С. 24 - 27.

14. N. Kachurin, N. Kaledina, A. Kachurin. Methane emanation from coal seam side face by the high advance rate of development face // Underground Mining Engineering. Belgrade University. 2013. June. P. 6 - 9.

15. Прогноз метановыделения в подготовительные и очистные забои угольных шахт / Н.М. Качурин, С.А. Воробьев, А.Н. Качурин, И.В. Сарычева // Обогащение руд. 2014. №6. С. 16 - 19.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

16. Качурин А.Н., Васильев П.В. Прогноз метанообильности и обеспечение аэрологической безопасности подготовительных выработок метанообильных шахт // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 2. С. 141 - 154.

17. Щиток контроля газовыделения с поверхности обнажения угольного пласта: пат. РФ №2526432. Опубл. 20.08.2014. Бюл. №23.

18. Герметизатор шпуров для контроля газоносности угольных пластов: пат. РФ №2526954. Опубл. 27.08.2014. Бюл. №24.

Качурин Александр Николаевич, канд. техн. наук, инж., ecology_ tsu_tula@, mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

EVALUATING PHYSICAL-CHEMICAL PROPERTIES OF COAL BED BY FORECASTING METHANE EMISSION

A.N. Kachurin

Regularities for estimating natural gas content of mining coal bed and pressure of free gas were theoretically substantiated. Methodical principals by evaluating gas permeability of coal beds were formulated. Practical approach to estimating initial velocity of gas emission from exposed surface of mining coal bed was proposed. Measuring the velocity of gas emission is recommended realizing with using attached dashboard of new construction. It's shown that estimating methane pressure in mining coal bed can be realized in field conditions with using improved construction of pressurization device.

Key words: methane, coal bed, filtration, gas content, bed pressure, gas permeability, gas emission velocity, mathematical model.

Kachurin Alexander Nikolaevich, сandidate of technical sciences, engineer, ecology_ tsu_tula@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University

Reference

1. Prognoz metanovoj opasnosti ugol'nyh shaht pri intensivnoj otrabotke ugol'nyh plastov / N.M. Kachurin, V.I. Klishin, A.M. Borshhevich, A.N. Kachurin. Kemerovo; Tula: Izd-vo TulGU, 2013. 219 s.

2. Vorob'ev S.A., Kachurin N.M. Zarubezhnyj opyt issledovanija problem kom-pleksnogo osvoenija ugol'nyh mestorozhdenij podzemnym sposobom // Gornyj zhurnal, 2016. № 5. S. 78 - 85.

3. Sokolov Je.M., Kachurin N. M., Gusev N.D. Genezis gazov ugol'nyh mestorozhdenij vostochnogo Donbassa i Podmoskovnogo bassejna // Prirodnye gazy zemli i ih rol' v formirovanii zemnoj kory i mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh. Sb. st. MGRI. M. 1982. S.74 - 75.

4. Dinamika metanovydelenija v ochistnoj zaboj pri otrabotke moshhnyh polo-gih ugol'nyh plastov s vypuskom podkrovel'noj pachki / N.M. Kachurin, A.Ju. Ermakov, D.N. Shkuratskij, A.N. Kachurin // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2017. Vyp. 4. S. 170 - 179.

5. Kachurin N.M. Ocenka gazonosnosti vmeshhajushhih porod i ugol'nyh plastov // Geologija, poiski i razvedka gorjuchih iskopaemyh. Geologo-promyshlennaja ocenka ugol'nyh mestorozhdenij. Sb. st. TulPI. Tula. 1986. S. 96 - 102.

6. Kachurin N.M., Vakunin E.I., Kuznecov V.V. Osobennosti raspredelenija metana v ugol'nyh plastah severnoj polosy melkoj skladchatosti Donbassa // Geologija, poiski i razvedka gorjuchih iskopaemyh. Geologo-promyshlennaja ocenka ugol'nyh mestorozhdenij. Sb. st. TulPI. Tula. 1986. S. 93 - 96.

7. Kachurin N.M., Borshhevich A.M., Kachurina O.N. Sistemnyj podhod k snizhe-niju riska i lokalizacii posledstvij vzryvov metana v ugol'nyh shahtah // Izvestija vuzov. Gornyj zhurnal. 2010. № 4. S. 19-24.

8. Kachurin N.M. Perenos gaza v porodougol'nom massive // Izvestija vuzov. Gornyj zhurnal, 1991. № 1. S. 43 - 47.

9. Kachurin N.M., Borshhevich A.M., Buhtijarov A.A. Prognoz vydelenija metana s poverhnosti obnazhenija razrabatyvaemogo ugol'nogo plasta i nagruzka na lavu pri inten-sivnoj vyemke uglja // Bezopasnost' zhiznedejatel'nosti, 2010. № 5. S. 19 - 24.

10. Bezopasnost' geotehnologij dobychi uglja po gazovomu faktoru / N.M. Kachurin, A.M. Borshhevich, O.N. Kachurina, A.A. Buhtijarov // Bezopasnost' zhiznedejatel'no-sti, 2010. № 5. S. 24 - 27.

11. Kachurin N.M., Vorob'ev S.A., Kachurin A.N. Prognoz metanovydelenija s poverhnosti obnazhenija ugol'nogo plasta v podgotovitel'nuju vyrabotku pri vysokoj skorosti prohodki // Gornyj zhurnal, 2014. №4. S. 70 - 73.

12. Kachurin N.M. Vydelenie metana iz podrabotannyh i nadrabotannyh porod v vyrabotannoe prostranstvo ochistnogo uchastka // Izvestija vuzov. Gornyj zhurnal, 1987. № 2. S. 54 - 59.

13. Bezopasnost' geotehnologij dobychi uglja po gazovomu faktoru/ N.M. Kachu-rin, A.M. Borshhevich, O.N. Kachurina, A.A. Buhtijarov // Bezopasnost' zhiznedejatel'no-sti, 2010. № 5. S. 24 - 27.

14. N. Kachurin, N. Kaledina, A. Kachurin. Methane emanation from coal seam side face by the high advance rate of development face // Underground Mining Engineering. Belgrade University. 2013. June. P. 6 - 9.

15. Prognoz metanovydelenija v podgotovitel'nye i ochistnye zaboi ugol'nyh shaht / N.M. Kachurin, S.A. Vorob'ev, A.N. Kachurin, I.V. Sarycheva // Obogashhenie rud, 2014. №6. S. 16 - 19.

16. Kachurin A.N., Vasil'ev P.V. Prognoz metanoobil'nosti i obespechenie ajero-logicheskoj bezopasnosti podgotovitel'nyh vyrabotok metanoobil'nyh shaht // Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2016. Vyp. 2. S. 141 - 154.

17. Shhitok kontrolja gazovydelenija s poverhnosti obnazhenija ugol'nogo pla-sta: pat. RF №2526432; opubl. 20.08.2014. Bjul. №23.

18. Germetizator shpurov dlja kontrolja gazonosnosti ugol'nyh plastov: pat. RF №2526954; opubl. 27.08.2014. Bjul. №24.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.