Оценка газового потенциала массива и Региональный прогноз газодинамической активности пластов Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

- © A.A. Рябцев, E.B. Леонтьева,

2013

УДК 622.272.633:550.8

А.А. Рябцев, E.B. Леонтьева

ОЦЕНКА ГАЗОВОГО ПОТЕНЦИАЛА МАССИВА И РЕГИОНАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПЛАСТОВ*

Приведены результаты применения методов оценки газовых потенциалов массива и регионального прогноза газодинамической активности пластов.

Ключевые слова: газодинамическая опасность, газовый потенциал, углеме-тановый пласт, коэффициент дегазации.

Проектирование подземных горных работ затруднено пространственными изменениями свойств и состояний угдегазоносного массива. При размерах выемочных столбов в 1,5-2,0 км даже глубина залегания пласта по оси выемочного столба изменяется в полтора и более раз. Соответственно, изменяются газоносность рабочих пластов и пластов-спутников, их количество и суммарная мощность, и, в конечном итоге, объемы метана в зоне влияния горных работ и их мета-нообильность. Волнообразность техногенных газогеомеханиче-ских процессов при движении забоев [1] на фоне геологической неравномерности распределения свойств массива усугубляет влияние газового фактора на темпы горных работ, что дополнительно повышает требования к качеству горногеологической информации для обоснования адекватных проектных решений.

Основным источником сведений о свойствах углеметаново-го месторождения являются данные геологической разведки. Но малая плотность геологоразведочных скважин и особенно определений газоносности угольных пластов, примерно

*Работа выполнена при финансовой поддержке междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 99 и партнерского интеграционного проекта СО РАН № 100.

35 X, м!/т 30

25

20

15

10

5

0

0

Рис. 1. Изменение природной газоносности угольных пластов 1-12 с ростом глубины залегания (шахта «Алардинская»)

20 % от общего числа пластопересечений, в современных условиях заставляют применять методы и средства геоинформатики для получения модели достаточной информационной плотности.

Принимая, что основные газокинетические характеристики рабочих пластов на рассматриваемом участке месторождения изменяются с глубиной достаточно закономерно [2, 3], результаты геологоразведки по определению газоносности пластов отображаются обобщенной функцией (рис. 1). Как показала промышленная апробация, отклонения интерполяции данных составляют не более 20 %.

Действующие в отрасли нормативные документы в современных условиях недостаточно адаптированы к возросшей динамике газовыделения, в рассматриваемом нами аспекте связанной со значительным увеличением площадей выемочных столбов. В результате прогнозируемые значения метанообиль-ности имеют отклонения от фактических данных в 2-3 раза. Устранить эту погрешность возможно применением регионального метода расчетов рассматриваемых характеристик. Получаемые для этих целей электронные карты пространственного

распределения газового потенциала позволяют выявлять области массива, опасные по газовому фактору горных работ, но перспективные по извлечению газа, как до начала, так и в процессе ведения горных работ.

Расчеты газового потенциала (м3 газа на 1 м2 горизонтальной поверхности) для построения карт выполняются на основе геологоразведочной информации [4, 5] для каждого рабочего пласта и пласта-спутника по каждой скважине в вертикальной плоскости (от дневной поверхности до нижнего пласта в свите) с последующей интерполяцией полученных значений по площади рассматриваемого горного блока (рис. 2 и 3).

Рис. 2. Компьютерная карта геологического газового потенциала

массива (м3/\^)

1-700

газовый потенциал массива

Рис. 3. Компьютерная карта остаточного газового потенциала массива (м3/м2) после отработки пласта 3-3а

Из построенных карт следует, что принятый порядок отработки пластов в свите снижает, после отработки пласта 3-3а, газовый потенциал примерно на 30 %. С учетом мощности пород между пластами 6 и 7 можно считать, что метанообиль-ность очистных работ по верхнему слою пласта 6 будет определяться преимущественно газоносностью самого пласта. При его мощности это накладывает весьма высокие требования к качеству его предварительной дегазации, как на стадии планирования производительности выемочных участков, так и при оценки ее фактической эффективности.

Исследования газодинамических характеристик угольных пластов позволили установить, что энергию газа, реализующуюся в процессе распада углеметана, можно [6-8] характеризовать показателем газодинамической активности Е, определяемым по формуле

Х

Е = 0,25—р , кДж/кг, (1)

В

где Хр - расчетная газоносность пласта, м3/т; В - константа ме-таноносности, 1/МПа.

Структура и величина показателя позволяет выполнять количественную оценку зон пластов по уровню их газодинамической активности.

Энергетический показатель интегрирует совокупное влияние свойств пласта и позволяет выделить границы перехода от газовой опасности к газодинамической. Установлено, что значения показателя в 80 кДж/кг на особо выбросоопасных пластах при пересечении зон геологических нарушений соответствуют условиям возникновения слабых газодинамических явлений силой до 20 т угля (выдавливания, обрушения с повышенным притоком метана в выработку). При Е > 120 кДж/кг в этих условиях возможны уже собственно внезапные выбросы угля и газа значительной силы.

На рис. 4 приведена компьютерная карта значений показателя Е пласта 6 в рассматриваемой части шахтного поля. Сопоставляя данные о глубине залегания пласта и его газодинамической активности установлено, что в рассматриваемых условиях изолиния показателя Е=120 кДж/кг близка к принятой на шахте глубине потенциальной выбросоопасности 300 м.

Рис. 4. Компьютерная карта показателя газодинамической активности пласта 6 шахты «Алардинская» (кДж/кг)

Соответственно, изолиния Е=80 кДж/кг отражает тот уровень газодинамической активности, при котором проведение выработок связано с затруднениями поддержания нормальной газовой обстановки средствами вентиляции.

Из структуры энергетического показателя также видно, что он может быть основанием для расчета требуемого коэффициента дегазации пласта (рис. 4) для предотвращения опасного уровня реализации энергии газа Е

Кдег = 1 , (2)

Е

где Екр - критическое значение показателя газодинамической активности для рассматриваемого пласта [9].

Отметим, что к тектонически ненарушенным зонам отнесены участки пласта с коэффициентом крепости угля более 0,7, а к зонам тектонических нарушений - 0,3-0,7 (рис. 5). Эти особенности выявляются в процессе оконтуривания выемочного столба подготовительными выработками.

Рис. 5. Компьютерная карта значений коэффициента дегазации пласта 6 шахты «Алардинская» по условию газодинамической безопасности вне зон тектонических нарушений

Следует также учитывать, что дегазация пласта снижает давление газа, которое составляет до 40 % от общих напряжений в пласте. Тем самым, она благоприятно влияет и на снижение опасности динамических разрушений приконтурной части массива.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Полевщиков Г.Я. Газокинетический паттерн разрабатываемого массива горных пород / Г.Я. Полевщиков, E.H. Козырева // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М., 2002. - № 11. - С. 117-120.

2. Рябцев A.A. Подготовка данных о газоносности пластов для электронного картирования / A.A. Рябцев // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - Кемерово. - 2011. - С. 120124.

3. Полевщиков Г.Я. Оценка газодинамической активности пластов с учетом данных газового опробования / Г.Я. Полевщиков, Т.А. Киряева, A.A. Рябцев, М.С. Плаксин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - №3. - С. 115-120.

4. Козырева E.H. Компьютерные карты распределения газового потенциала массива для решения горных задач / E.H. Козырева, О.В Брюзгина // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - Кемерово. - 2009. - №2. - С. 118-121.

5. Полевщиков Г.Я. Основы эффективной разработки углеметановых месторождений Кузбасса / Г.Я. Полевщиков, E.H. Козырева, М.В. Шинке-вич, О.В. Брюзгина // Вестник КузГТУ. - Кемерово. - 2011. - № 3. - С. 811.

6. Рябцев A.A. Оценка газодинамической активности углеметановых пластов / A.A. Рябцев // Научное творчество молодежи: Материалы IX Всероссийской научно-практической конференции 4.1. - Томск. - 2005. - С. 83-85.

7. Полевщиков Г.Я. Снижение газодинамической опасности подземных горных работ / Г. Я. Полевщиков и др. // Уголь. - 2007. - С. 13-16.

8. Рябцев A.A. Региональный прогноз выбросоопасности угольного пласта / A.A. Рябцев // Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр земли: материалы международной научно-технической конференции. - Екатеринбург. - 2009. - С. 163-164.

9. Рябцев A.A. Региональный прогноз газодинамической активности углеметановых пластов и планирование объемов извлечения попутного метана / A.A. Рябцев // I Усовские чтения в Кузбассе: Сборник трудов научной молодежи. - Новосибирск. - 2010. - С. 39-44. ШИН

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Рябцев Андрей Александрович - ведущий инженер лаборатории газодинамики угольных месторождений, gas [email protected]

Леонтьева Елена Владимировна - ведущий инженер лаборатории газодинамики угольных месторождений, gas [email protected]

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук, 650065, г. Кемерово, Россия