CC BY
3НАУКИ О ЗЕМЛЕ
РАЗРАБОТКА ПРОГНОЗА ГРАНИЦ ЗОН РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНИ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ И ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ ГОРНОГО МАССИВА ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ
УГЛЯ (ПГУ)
Лис Сергей Николаевич
Старший научный сотрудник, ТОО «Институт проблем комплексного освоения недр», г. Караганда,
Казахстан
DEVELOPMENT OF PREDICTION ZONES OF VARYING DEGREES OF DISINTEGRATION AND GAS DYNAMICS MASSIF IN UNDERGROUND COAL GASIFICATION (UCG)
Lis Sergey, Senior scientist, LLP "Institut problem komplexnogo osvoeniay nedr", Karaganda, Kazakhstan АННОТАЦИЯ
В статье даётся прогноз размеров зон различной степени дезинтеграции и газовой динамики горного массива при подземной газификации угля на основе ранее выявленных автором закономерностей дезинтеграции горного массива при его подработке и надработке. ABSTRACT
The article gives a forecast of the size of the zones of varying degrees of disintegration and gas dyn amics Massif in underground coal gasification based on previously identified the author of patterns of disintegration of the mountain massif with his handling and dredging over layer.
Ключевые слова: зональная дезинтеграция; горные породы; газификация угля. Keywords: zonal disintegration; rocks; coal gasification.
Характер обрушения пород кровли по мере выгазо-вывания угольного пласта несколько отличен от характера их обрушения при выемке угольного пласта при шахтной разработке. При подземной газификации происходит постепенное выгазовыание угольного пласта по его мощности, а при шахтной разработке выемка пласта происходит по всей его мощности. В связи с этим при подземной газификации развитие процесса деформации пород кровли происходит постепенно, увеличиваясь по мере выгазовы-вания угольного пласта по мощности. Общие же закономерности проявления горного давления, определённые для шахтной выемки угольного пласта, могут быть использованы при ПГУ.
Основные положения схемы деформации пород над выгазованным пространством, полученные в результате проведения исследований в лабораторных и природных условиях, заключаются в следующем. При ПГУ по степени деформации выделяются следующие зоны над вы-газованным пространством: зона обрушения, переходящая в зону трещиноватых пород (упорядоченное движение), которая сменяется зоной плавного прогиба без видимого разрыва сплошности. В свою очередь, зона обрушения делится на две части, характеризующиеся беспорядочным (нижняя) и упрядоченным (верхняя) обрушением, а зона трещиноватости на зону интенсивной трещи-новатости (нижняя) и зону слаботрещиноватых пород (верхняя).
При залегании в кровле пород, которые под действием высоких температур изменяют свою структуру,
разрушаются, ошлаковываются, плавятся и увеличиваются в объёме, происходит частичное самозаполнение выгазованного пространства, вследствие чего снижается общая величина зоны деформации пород. Процесс шлакообразования и вспучивания пород служит своеобразным средством управления кровлей, близким по идее к закладке выработанного пространства.
Другим существенным фактором, оказывающим влияние на характер и величину деформаций породной толщи при ПГУ, является опережение выгазовывания пласта у кровли относительно почвы, происходящее за счёт раздавливания верхней части пласта опорным давлением. В результате такого опережения выгазовывания пласта у кровли происходит плавное опускание пород у огневого забоя. Плавный прогиб пород у забоя способствует распространению трещин на меньшую высоту, чем при шахтной разработке.
Основное отличие процесса деформирования пород кровли при ПГУ заключается в том, что зона прогиба с разрывом сплошности (зона трещин) значительно меньше, чем при шахтных разработках [1]. Высота зоны трещин (включая зоны обрушения и прогиба пород с разрывом сплошности) ориентировочно в 2-3 раза меньше, чем при шахтных разработках.
В работах Ш2;ЗН проанализированы некоторые предварительные результаты вскрытия выгазованного пространства газогенератора на Лисичанской станции «Подземгаз». Мощность сжигаемого угольного пласта ту
= 0,7 - 0,85м. Установлено, что высота беспорядочного обрушения кровли колебалась в пределах от 1,2 - 2,1 мощности сжигаемого пласта. В работе [4] с помощью глубинных реперов анализировались деформации горных пород при сжигании мощного (9м) пласта. Отмечено, что мощность зоны беспорядочного обрушения достигла всего лишь 1.0 - 1.5 мощности сжигаемого пласта. Таким образом, можно считать установленным, что средняя величина зоны беспорядочного обрушения при ПГУ составляет 1,5ту. Участки интенсивных деформаций пород равны по высоте (2-3)ту. Нарушения в покрывающих пласт породах распространяются на расстояние равное десятикратной мощности газифицируемого пласта. На основании проведенных исследований рекомендована разработка сближенных пластов в восходящем порядке, если мощность междупластья равна 12-16-кратной мощности подрабатывающего пласта.
_Корни ур
К настоящему времени проведено недостаточно исследований процесса деформирования пород кровли при ПГУ. На данный момент имеются только отдельные отрывочные сведения.
В наших работах [5- 8] выявлена закономерность зональной дезинтеграции горного массива при его подработке и надработке (выемка пласта), выявлена взаимозависимость размеров этих зон, которая определяется уравнением:
Xn+1 + X - 1 = 0; (1)
где: п - порядковый номер зоны, начиная от ближайшей к подрабатывающему пласту.
Точные значения (с точностью до четвёртого знака после запятой) корней (Х) уравнения (1) приведены в таблице 1 до значений ранга кратности п=0;1; 2; ...; 10.
Таблица 1
нения (1)_
n 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Х 0,50 0,6180 0,6823 0,7245 0,7549 0,7781 0,7965 0,8117 0,8243 0,8351
Используя эту зависимость можно определить границы всех зон. Расчёт производился из предположения, что отношение показателя кратности подработки К = M/m (M - расстояние от пласта до границы зоны; m - вынимаемая мощность пласта) первой зоны к показателю кратности второй зоны должно равняться первому члену последовательности приведенной в таблице 1, а отношение показателя кратности второй зоны к показателю кратности третьей зоны второму члену последовательности и т.д.:
К1 / К2 = 0,5; К2 / КЗ = 0,618 и т. д.
При таком подходе достаточно знать верхнюю границу одной из зон, чтобы определить границы остальных зон.
В таблице 2 показано сравнение результатов, полученных экспериментально и расчётным методом для подработанного массива. Как видно из таблицы 2, экспериментальные и расчётные значение К практически совпадают.
Зная зависимость (1) размеров зон деформирования пород друг от друга, можно найти размеры этих зон и при ПГУ. Результаты этих расчётов приведены в таблице 3.
Таблица 2
Сравнительная таблица результатов, полученных экспериментально и расчётным методом для подработанного
массива.
№ Характеристика зоны Верхняя граница зоны Верхняя граница зоны Отклоне-
зоны (К), определённая экспериментально (К), определённая расчётным методом ние^
I Зона беспорядочного обрушения 3 - 6 4,5 0
II Зона значительного расширения пород 8 - 11 9,0 0
III Зона упорядоченного обрушения 12 - 16 14,5 0
IV Зона интенсивного расслоения 20 21,3 6,5
V Зона деформаций с разрывом сплошности 30 - 32 29,4 2
VI Зона водопроводящих трещин 40 38,9 2,7
VII Зона единой газопроводящей системы 50 50,0 0
VIII Зона трещин, не создающих единой газопроводящей системы 60 - 64 62,8 0
IX Зона плавного прогиба пород 73 -80 77,4 0
X Зона предельного дегазирующего влияния подработки 100 93,9 6,1
Граница зоны естественной фильтрации газа соответствует границе зоны VII - верхняя граница зоны единой газопроводящей системы. В соответствии с расчётом, приведенным в таблице 3, границы этой зоны находятся от газифицируемого пласта на расстоянии h = 16,8ту.
Выше этой зоны в диапазоне (16,8 - 31,5)ту находятся зона трещин несоздающих единой газопроводящей
системы и зона плавного прогиба пород. Поэтому в диапазоне (15 - 30)ту необходимо проводить газосборные скважины.
Что касается пород находящихся под выгазован-ным пространством (надработка), то на настоящий момент нет экспериментальных данных о их геомеханическом состоянии в условиях ПГУ. Однако, учитывая то, что размеры зон подработанного массива в условиях ПГУ
уменьшаются ориентировочно в три раза, логично предположить, что и размеры зон надработанного массива уменьшаются на такую же величину. В таком случае, газосборные скважины необходимо проводить в диапазоне 5 - 15м ниже газифицируемого пласта.
Границы зон геомеханического состояния и газовой дин
Таким образом, выявленная закономерность позволяет прогнозировать границы зон различного геомеханического состояния и газовой динамики при ПГУ.
Таблица 3
¡ики горного массива над выгазованным пространством
№ Характеристика зоны Верхняя граница зоны (К), Верхняя граница зоны (К),
зоны определённая экспериментально определённая расчётным методом
I Беспорядочное обрушение 1,0 - 2,1 1,5
II Значительное расширение пород 2,0 - 3,0 3,0
III Упорядоченное обрушение н.д. 4,9
IV Интенсивное расслоение н.д. 7,2
V Деформации с разрывом сплошности 10,0 9,9
VI Водопроводящие трещины н.д. 13,1
VII Единая газопроводящая система н.д. 16,8
VIII Трещины не создающие единой газопроводя-щей системы н.д. 21,1
IX Плавный прогиб пород н.д. 26,0
X Дегазирующее влияние подработки н.д. 31,5
Литература
1. Крейнин Е.В. Нетрадиционные термические технологии добычи трудноизвлекаемых топлив: уголь, углеводородное сырьё. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004 - 302с.
2. Тютин Ф.Г. Образование, состояние и расположение дутьевого канала у огневого забоя и пустот в выгазованном пространстве // Бюллетень «Подземная газификация углей», №4, 1958. - С. 30 - 36.
3. Тютин Ф.Г. Распределение и состояние шлаков и закладочного материала в выгазованном пространстве // Бюллетень «Подземная газификация углей», №2, 1958 - С. 25 - 30.
4. Дмитриев А.П., Кузяев Л.С., Протасов Ю.И., Ямщиков В.С. Физические свойства пород при высоких температурах. - М: Недра, 1969. - 160с.
5. Лис С.Н. Определение границ зон геомеханического состояния и газовой динамики в подработанном горном массиве // Труды Международной научной конференции «Наука и образование - ведущий фактор стратегии «Казахстан - 2030» (Саги-новские чтения №3), 23 - 24 июня 2011 г., Ч.З.- Караганда: КарГТУ, 2011, С. 171 - 173.
6. Лис С.Н. Определение границ зон геомеханического состояния и газовой динамики в подработанном и надработанном горном массиве / Предупреждение техногенных аварий, обусловленных изменением геомеханического состояния массива в процессе разработки месторождений полезных ископаемых Республики Казахстан: Сб. докл. и вы-ступл. 11-ой науч.-практ. конф. - Караганда: КарГУ, 2011, С. 73 - 75.
7. Лис С.Н. Закономерности зональной дезинтеграции горного массива при его подработке (надра-ботке) / Геомеханика в горном деле: доклады Всероссийской научно-технической конференции с международным участием 4-5 июня 2014 г. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2014. - С. 128 - 135.
8. Вареха Ж.П., Лис С.Н. Границы зон геомеханического состояния и газовой динамики в подработанном и надработанном горном массиве / Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия: Материалы X международной научно-практической конференции, 17 - 18 апреля 2015 г. - Новосибирск: Международный Научный Институт <^исайо», 2015, Ч. 9, С. 125 - 128.
О ПРИРОДЕ ЦУНАМИ В ОДЕССЕ 27.06.2014 Г.
Морозова Лидия Ивановна
кандидат географических наук, с.н.с., Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН,
г. Новосибирск,
THE NATURE OF TSUNAMI IN ODESSA, JUNE, 26 2014.
Morozovo Lidya, Candidate of Geography, Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Novosibirsk АННОТАЦИЯ
Линейные облачные аномалии на спутниковых снимках, возникающие при нарастании тектонических напряжений земной коры, являются их геоиндикаторами. Спутниковый геодинамический мониторинг доказал тектоническую, а не метеорологическую природу данного цунами.
