RU2495251C1 - Method for development of series of contiguous coal beds - Google Patents

Method for development of series of contiguous coal beds Download PDF

Info

Publication number
RU2495251C1
RU2495251C1 RU2012106651/03A RU2012106651A RU2495251C1 RU 2495251 C1 RU2495251 C1 RU 2495251C1 RU 2012106651/03 A RU2012106651/03 A RU 2012106651/03A RU 2012106651 A RU2012106651 A RU 2012106651A RU 2495251 C1 RU2495251 C1 RU 2495251C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rock mass
mining
gas
zones
values
Prior art date
Application number
RU2012106651/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012106651A (en
Inventor
Олег Владимирович Ковалев
Сергей Петрович Мозер
Игорь Юрьевич Тхориков
Артем Валерьевич Лейсле
Геннадий Викторович Руденко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет"
Priority to RU2012106651/03A priority Critical patent/RU2495251C1/en
Publication of RU2012106651A publication Critical patent/RU2012106651A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2495251C1 publication Critical patent/RU2495251C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: method consists in identification of a length of active gas release zones, preparation of extraction pillars by tunnelling and strengthening mines in the rock massif, mining of extraction pillars and removal of methane in degassing wells. At the same time the length of active gas release zones is defined by variation of volume deformations of rock massif. At the same time the values of volume deformations of rock massif are produced by numerical methods on the basis of analysis of components of deformation and stress tensors with account of the time factor. The tensor characteristic is gas permeability of rocks under conditions of their natural occurrence. Medium values of rock massif gas permeability are assessed by the given mathematical expression. After determination of length of active gas release zones, with account of produced data, schemes of well drilling, their diameter and number are selected.
EFFECT: increased efficiency of methane removal, higher load at a working face and increased safety of clearing works by gas factor.
6 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу, в частности к системам разработки сближенных высокогазоносных угольных пластов, и может быть использовано для повышения нагрузки на очистной забой и повышения безопасности очистных работ по газовому фактору.The invention relates to mining, in particular to systems for the development of close-packed high-gas coal seams, and can be used to increase the load on the face and increase the safety of mining operations on the gas factor.

Известен способ дегазации угленосной толщи (патент РФ №2103516, E21F 7/00, опубл. 27.01.1998). Способ дегазации угленосной толщи включает проходку дренажной выработки в кровле и почве газоносного пласта до начала проведения подготовительных выработок на защищаемом пласте и установку временной крепи в выработке. Дренажную выработку проходят на удалении от защищаемого пласта, не превышающем 8,5 кратную ширину дренажной выработки. На ее почву укладывают перфорированный газопровод, затем обрушают выработку, а проходку подготовительных выработок на защищаемом пласте начинают после снижения газоносности дегазируемого участка до безопасного уровня.A known method of degassing coal-bearing strata (RF patent No. 2103516, E21F 7/00, publ. 01/27/1998). The method of degassing the coal-bearing stratum involves driving a drainage mine in the roof and soil of the gas-bearing formation before starting preparatory workings on the protected formation and installing temporary support in the mine. Drainage workings are carried out at a distance from the protected formation, not exceeding 8.5 times the width of the drainage workings. A perforated gas pipeline is laid on its soil, then the excavation is collapsed, and the excavation of the preparatory excavations on the protected formation begins after the gas content of the degassed section decreases to a safe level.

Недостатком данного способа является низкая эффективность удаления метана, снижающая возможные нагрузки на очистной забой и высокая опасность очистных работ из-за влияния газового фактора.The disadvantage of this method is the low efficiency of methane removal, which reduces the possible load on the face and the high risk of treatment due to the influence of the gas factor.

Известен способ дегазации угленосной толщи (патент РФ №2382882, E21F 7/00, опубл. 27.02.2010). Способ включает проходку дренажной выработки по газоносному пласту-спутнику на удалении от защищаемого пласта до начала проведения подготовительных выработок на защищаемом пласте. Проходят ее в плоскости, параллельной границам выемочного столба в зоне, ограниченной линиями фактических углов разломов и углов сдвижения, направленными со стороны почвы выработок защищаемого пласта. Используют ее в качестве дегазационного трубопровода, проветриваемого обособленно за счет общешахтной депрессии, причем максимальную высоту h между пластом-спутником и защищаемым пластом по вертикали принимают менее 40 m. Минимальную мощность пласта спутника принимают более 0,2 m, где m - мощность защищаемого пласта.A known method of degassing coal-bearing strata (RF patent No. 2382882, E21F 7/00, publ. 02.27.2010). The method includes driving a drainage mine through a gas-bearing formation-satellite at a distance from the protected formation before the start of preparatory workings on the protected formation. Pass it in a plane parallel to the boundaries of the excavation column in the area bounded by the lines of actual fault angles and displacement angles directed from the soil side of the workings of the protected formation. It is used as a degassing pipeline, aired separately due to shaft depression, and the maximum height h between the satellite formation and the protected formation is taken to be less than 40 m vertically. The minimum power of the satellite formation is taken more than 0.2 m, where m is the power of the protected formation.

Недостатком данного способа является низкая эффективность удаления метана, снижающая возможные нагрузки на очистной забой и высокая опасность очистных работ из-за влияния газового фактора.The disadvantage of this method is the low efficiency of methane removal, which reduces the possible load on the face and the high risk of treatment due to the influence of the gas factor.

Известен способ комплексного освоения участка угольного месторождения (патент РФ №2370649, E21C 41/18, E21B 43/295, опубл. 07.04.2008). Способ комплексного освоения участка угольного месторождения включает: предварительную дегазацию пластов, вскрытие и подготовку шахтного поля путем проведения сети вскрывающих и подготавливающих горных выработок с общим уклоном в сторону главных стволов для организации самотечного водоотведения, подачу необходимого количества воздуха для их принудительного проветривания в одном направлении, выемку угля и транспорт отбитого угля на поверхность по тем же горным выработкам. По мере развития работ по выемке угля часть горных выработок в отработанной части шахтного поля продолжают поддерживать до конца его отработки. После окончания выемки угля в шахтном поле осуществляют подземное сжигание охранных целиков, эксплуатационных потерь и некондиционных запасов угля. После выгорания угля в шахтном поле остатки газообразных продуктов подземного сжигания концентрируют на верхнем горизонте шахтного поля путем заполнения всего выработанного пространства водным раствором реагентов. Газообразные продукты подземного сжигания улавливают на верхнем горизонте шахтного поля и, после тушения очага подземного сжигания, осуществляют откачивание продуктивного раствора из зумпфа шахтного ствола. Продуктивный раствор направляют на извлечение ценных и (или) токсичных элементов, причем заполнение выработанного пространства водными растворами реагентов и их откачивание производят многократно при необходимости смены реагента.A known method of integrated development of a coal field (RF patent No. 2370649, E21C 41/18, E21B 43/295, publ. 07.04.2008). A method for the integrated development of a coal deposit section includes: preliminary degassing of the seams, opening and preparing the mine field by conducting a network of openings and preparing mine workings with a general bias towards the main shafts for organizing gravity drainage, supplying the necessary amount of air for their forced ventilation in one direction, excavation coal and transport of chipped coal to the surface along the same mine workings. As the development of coal mining develops, part of the mine workings in the worked out part of the mine field continues to be maintained until the end of its mining. After the extraction of coal in the mine field is carried out underground burning of security pillars, operational losses and substandard coal reserves. After coal burning in the mine field, the remains of the gaseous products of underground combustion are concentrated on the upper horizon of the mine field by filling the entire worked out space with an aqueous solution of reagents. Gaseous products of underground combustion are captured on the upper horizon of the mine field and, after extinguishing the source of underground burning, the productive solution is pumped out from the sump of the mine shaft. The productive solution is directed to the extraction of valuable and (or) toxic elements, moreover, filling the worked out space with aqueous solutions of reagents and pumping them out repeatedly if the reagent needs to be changed.

Недостатком данного способа является низкая эффективность удаления метана, снижающая возможные нагрузки на очистной забой, и высокая опасность очистных работ из-за влияния газового фактора.The disadvantage of this method is the low efficiency of methane removal, which reduces the possible load on the face, and the high risk of sewage treatment due to the influence of the gas factor.

Известен способ разработки свиты сближенных высокогазоносных угольных пластов, принятый за прототип (патент РФ №2282030, Е21С 41/18, E21F 7/00, опубл. 20.08.2006). Способ разработки свиты сближенных высокогазоносных угольных пластов предусматривает отработку одного из них первым и включающий подготовку выемочных столбов путем проведения и крепления конвейерных и вентиляционных выработок с оставлением угольного целика между конвейерной выработкой отрабатываемого выемочного столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке выемочного столба, проведение вентиляционных сбоек между конвейерной выработкой отрабатываемого выемочного столба и вентиляционной выработкой подлежащего отработке выемочного столба, отработку каждого выемочного столба с одновременной установкой охранной крепи в поддерживаемой за очистным забоем на границе с выработанным пространством части конвейерной выработки и возведением в вентиляционных сбойках со стороны выработанного пространства перемычек и удаление метана из выработанного пространства средствами вентиляции с помощью потока метановоздушной смеси, создаваемого утечками воздуха, выносимыми из очистного забоя через выработанное пространство за счет общешахтной депрессии в поддерживаемую часть конвейерной выработки и подсвежаемыми по ней, и разделяемого у ближайшей за очистным забоем вентиляционной сбойки на две части, одна из которых следует по этой сбойке и далее по вентиляционной выработке, как исходящая выемочного участка с подсвежением по ней, причем одновременно с удалением метана средствами вентиляции осуществляют его удаление из выработанного пространства средствами дегазации путем каптирования другой части потока метановоздушной смеси, протекающей по выработанному пространству вблизи не поддерживаемой части конвейерной выработки, по дегазационным скважинам, пробуренным в подрабатываемый массив из вентиляционной выработки в сторону выработанного пространства, причем согласно изобретению первоначально определяют протяженность зон активного газовыделения подрабатываемых и надрабатываемых сближенных угольных пластов, а затем по мере отработки выемочного столба за очистным забоем в конвейерной выработке в зонах активного газовыделения подрабатываемых и надрабатываемых сближенных угольных пластов сооружают газосборный коллектор путем поочередного возведения двух поперечных перемычек, торцы которых выходят за контур конвейерной выработки, причем каждую из поперечных перемычек возводят в конвейерной выработке со стороны выработанного пространства впереди очередной вентиляционной сбойки после опережения очистным забоем следующей вентиляционной сбойки с одновременным заперемычиванием вентиляционной сбойки, располагаемой между ранее возведенной и смежной с ней ближайшей от очистного забоя перемычками, при этом ближайшую от очистного забоя перемычку газосборного коллектора располагают от него на расстоянии, равном не более протяженности зоны активного газовыделения надрабатываемых сближенных угольных пластов, а другую более удаленную от очистного забоя перемычку - соответственно на расстоянии, равном не более протяженности максимальной зоны активного газовыделения надрабатываемых сближенных угольных пластов, причем по мере подвигания очистного забоя удаление метана из выработанного пространства средствами дегазации происходит в два этапа: вначале часть потока метановоздушной смеси, которая следует по выработанному пространству вблизи не поддерживаемой части конвейерной выработки, оттесняется в зоне влияния каждой из поперечных перемычек газосборного коллектора в направлении расположения верхних слоев разгружаемой зоны подрабатываемых сближенных угольных пластов, за счет чего происходит скачкообразное повышение концентрации и дебита метановоздушной смеси указанной части потока, которую затем каптируют по дегазационным скважинам, причем при бурении этих скважин в подрабатываемый массив из вентиляционной выработки в сторону выработанного пространства их ориентируют таким образом, чтобы каждый куст дегазационных скважин находился в зоне влияния поперечной перемычки газосборного коллектора, в дальнейшем вслед за подвиганием очистного забоя в ходе отработки выемочного столба повторяют цикл работ по сооружению следующего газосборного коллектора при использовании очередной возведенной перемычки, ближайшей от очистного забоя, с тем, чтобы вновь образовался скачок концентрации и дебита метановоздушной смеси с последующим ее каптажем из выработанного пространства с помощью упомянутых дегазационных скважин, при этом после подготовки очередного выемочного столба по одному из свиты сближенных высокогазоносных угольных пластов и отработки его в свите первым в зоне подработки или надработки отрабатывают смежные сближенные угольные пласты с помощью традиционных способов разработки, применяемых в условиях незначительной остаточной природной газоносности угольных пластов.A known method of developing suites of close-packed high-gas coal seams, adopted as a prototype (RF patent No. 2282030, Е21С 41/18, E21F 7/00, publ. 08/20/2006). A method of developing a retinue of converging high-gas-bearing coal seams involves mining one of them first and including preparing excavation columns by holding and securing conveyor and ventilation openings with leaving a coal pillar between the conveyor mine of the excavated mining column and the ventilation mine of the excavation column to be mined, conducting ventilation failures between the conveyor mine mined excavation column and ventilation development of the subject the excavation of the excavation column, the development of each excavation column with the simultaneous installation of the guard lining in the part of the conveyor excavation supported by the mining face at the boundary with the worked out space and erection of lintels in the ventilation faults from the worked out space and ventilation of methane from the worked out space using a methane-air mixture flow, created by air leaks carried out from the face through the mined-out space due to the mine depression in the sub the liveable part of the conveyor mine and refreshed along it, and divided into two parts at the ventilation fault closest to the bottom of the mine, one of which follows this fault and then along the ventilation output, as an outgoing excavation site with refreshment along it, and at the same time with methane removal by means ventilation remove it from the worked-out space by means of degassing by capturing another part of the methane-air mixture flowing through the worked-out space near the support part of the conveyor mine, through the degassing wells drilled into the mined mass from the ventilation mine towards the mined space, and according to the invention, the length of the active gas emission zones of the mined and mined adjacent coal seams is initially determined, and then, as the mining column is mined behind the treatment face in the conveyor mine in the zones of active gas evolution of undermining and undermining adjacent coal seams, a gas collecting stake is being built the lecturer by alternately erecting two transverse jumpers, the ends of which extend beyond the conveyor output circuit, each of the transverse jumpers being erected from the mined space in front of the next ventilation fault after being ahead of the treatment face of the next ventilation fault while zapping the ventilation fault located between the previously constructed and jumpers adjacent to it, closest to the face, while the jumper closest to the face the azo-collecting collector is placed from it at a distance equal to no more than the length of the active gas evolution zone of the worked-out adjacent coal seams, and another jumper, more remote from the working bottom, respectively, at a distance equal to no more than the maximum active gas-emission zone of the worked-out close coal seams, and as you move face, the removal of methane from the worked out space by means of degassing takes place in two stages: first, part of the methane-air stream the mixture, which follows the worked out space near the unsupported part of the conveyor output, is pushed out in the zone of influence of each of the transverse bridges of the gas collecting manifold in the direction of the arrangement of the upper layers of the unloaded zone of the worked-out adjoining coal seams, due to which there is an abrupt increase in the concentration and flow rate of the methane-air mixture of this part of the stream which is then bottled through degassing wells, and when drilling these wells into the undermined array from ventilation they are oriented in such a way that each bush of degassing wells is in the zone of influence of the transverse jumper of the gas collector, then, after moving the working face during mining of the extraction column, the cycle of work on constructing the next gas collector is repeated using the next erected jumper closest to the working face so that a jump in the concentration and flow rate of the methane-air mixture again forms with its subsequent trapping from the mined-out space with the help of the mentioned degassing wells, and after the preparation of the next excavation column in one of the suites of the adjacent high-gas-bearing coal seams and mining it in the suite, the first in the mining or underworking zone is to work out the adjacent adjacent coal seams using traditional development methods used in conditions of negligible residual natural gas content of coal seams.

Недостатком данного способа является низкая эффективность удаления метана, снижающая возможные нагрузки на очистной забой, и высокая опасность очистных работ из-за влияния газового фактора.The disadvantage of this method is the low efficiency of methane removal, which reduces the possible load on the face, and the high risk of sewage treatment due to the influence of the gas factor.

Техническим результатом способа является повышение эффективности удаления метана, повышение нагрузок на очистной забой и повышение безопасности очистных работ по газовому фактору.The technical result of the method is to increase the efficiency of methane removal, increase the load on the working face and increase the safety of treatment work on the gas factor.

Технический результат достигается тем, что в способе разработки свиты сближенных высокогазоносных угольных пластов, включающий определение протяженности зон активного газовыделения, подготовку выемочных столбов путем проведения и крепления конвейерных и вентиляционных выработок по массиву горных пород, отработку выемочных столбов, удаление метана по дегазационным скважинам согласно изобретению протяженность зон активного газовыделения определяют по изменению объемных деформаций ΔΘ массива горных пород с помощью зависимости:The technical result is achieved by the fact that in the method for developing suites of closely-spaced high-gas-bearing coal seams, including determining the extent of zones of active gas evolution, preparing extraction columns by conducting and securing conveyor and ventilation openings over a rock mass, mining mining columns, methane removal from degassing wells according to the invention, the length zones of active gas evolution is determined by the change in volumetric deformations ΔΘ of the rock mass using the dependence:

ΔΘ=Θ0i,ΔΘ = Θ 0i ,

где: Θ0 - объемные деформации массива горных пород до начала отработки выемочных столбов; Θi -объемные деформации массива горных пород на i-й стадии отработки выемочных столбов, значения деформаций Θ0 и Θi массива горных пород получают численными методами на основе анализа компонентов тензоров деформаций и напряжений с учетом временного фактора, причем тензорной характеристикой является газопроницаемость горных пород в условиях естественного их залегания, причем для оценки средних значений величин газопроницаемости kcp массива горных пород используют выражение:where: Θ 0 - volumetric deformations of the rock mass before mining excavation columns; Θ i -volume deformations of the rock mass at the i-th stage of mining mining columns, strain values Θ 0 and Θ i of the rock mass are obtained by numerical methods based on the analysis of the components of the strain tensors and stresses taking into account the time factor, and the gas permeability of rocks is a tensor characteristic in the conditions of their natural occurrence, and to assess the average values of gas permeability values k cp rock mass using the expression:

k с р = k 0 с р + a σ с р

Figure 00000001
; k from R = k 0 from R + a σ from R
Figure 00000001
;

где: k 0 с р

Figure 00000002
- средние значения величин газопроницаемости массива горных пород при наличии массиве горных пород условия σср→0, σср - средние действующие напряжения в отрабатываемом массиве горных пород, кгс/см2; a - эмпирический коэффициент, при этом после определения протяженности зон активного газовыделения с учетом полученных данных выбирают схемы бурения скважин, их диаметр и число.Where: k 0 from R
Figure 00000002
- the average values of the gas permeability of the rock mass in the presence of a rock mass conditions σ sr → 0, σ sr - average current stresses in the worked out rock mass, kgf / cm 2 ; a is an empirical coefficient, and after determining the extent of the zones of active gas evolution, taking into account the data obtained, well drilling patterns, their diameter and number are selected.

Способ предназначен преимущественно для отработки свит высокогазоносных угольных пластов современными механизированными комплексами. Отработка угленосных толщ, как правило, сопровождается большими выделениями взрывчатого и горючего газа метана, которые при добыче угля ставят ограничения по нагрузке на очистной забой, так называемый газовый вентиляционный барьер. В настоящее время из-за значительной глубины горных работ выделяется все большее количество метана (например, средняя газоносность шахт Донецкого и Карагандинского бассейнов равна соответственно 30 и 90 м3/мин). Бороться с такими количествами метана традиционным способом (разбавлением метана воздухом и выносом из шахты вентиляционной струей) во многих случаях оказывается невозможным из-за необходимости подачи в шахту чрезвычайно большого количества воздуха и превышения допустимых скоростей его движения по выработкам согласно требований действующих Правил безопасности при разработке угольных месторождений. Увеличение скорости подвигания лав на пластах с высокой газообильностью и расширение области применения комплексов с гидравлическими крепями требуют принятия более эффективных мер по снижению газообильности. Существующие способы предварительной дегазации разрабатываемых пластов скважинами и повышение дегазации выработанного пространства зачастую уже не обеспечивают снижение газообильности до допустимого уровня, так как наибольшее количество газа выделяется в выработанное пространство из пластов-спутников.The method is intended primarily for mining suites of high-gas-bearing coal seams with modern mechanized complexes. The development of coal-bearing strata, as a rule, is accompanied by large emissions of explosive and combustible methane gas, which during coal mining place restrictions on the load on the working face, the so-called gas ventilation barrier. Currently, due to the significant depth of mining operations, an increasing amount of methane is emitted (for example, the average gas content of the mines of the Donetsk and Karaganda basins is 30 and 90 m 3 / min, respectively). In many cases, it is impossible to deal with such amounts of methane in the traditional way (diluting methane with air and removing it from the mine with a ventilation stream) due to the need to supply an extremely large amount of air to the mine and exceeding the permissible speeds of its development according to the requirements of the current Safety Rules for the development of coal deposits. Increasing the speed of moving lavas on formations with high gas mobility and expanding the scope of applications of complexes with hydraulic supports require more effective measures to reduce gas mobility. Existing methods for preliminary degassing of developed formations by wells and increasing the degassing of worked out space often no longer provide a reduction in gas mobility to an acceptable level, since the largest amount of gas is released into the worked-out space from satellite layers.

Исследования показали, что протяженность зон активного газовыделения можно осуществлять с использованием расчетных методов, учитывающих изменение фильтрующей способности массива горных пород (включая свиту высокогазоносных угольных пластов) в процессе изменения его напряженного состояния (перераспределения напряжений в массиве горных пород). Такой величиной является параметр, характеризующий изменение объемной деформации ΔΘ в точке массива горных пород, а именно:Studies have shown that the extent of zones of active gas evolution can be carried out using calculation methods that take into account the change in the filtering ability of a rock mass (including a suite of high-gas-bearing coal seams) in the process of changing its stress state (redistribution of stresses in the rock mass). Such a value is a parameter characterizing the change in volumetric strain ΔΘ at a point in the rock massif, namely:

ΔΘ=Θ0i,ΔΘ = Θ 0i ,

где: Θ0 - объемные деформации массива горных пород до начала отработки выемочных столбов; Θi -объемные деформации массива горных пород на i-й стадии отработай выемочных столбов.where: Θ 0 - volumetric deformations of the rock mass before mining excavation columns; Θ i -volume deformations of the rock mass at the i-th stage, work out the mining columns.

Значения объемных деформаций массива горных пород можно получать численными методами на основе анализа компонентов тензоров деформаций и напряжений с учетом временного фактора. Для оценки газопроницаемости массива горных пород в зависимости от его механического состояния используют выражение:The values of volumetric deformations of a rock mass can be obtained by numerical methods based on an analysis of the components of the strain tensors and stresses taking into account the time factor. To assess the gas permeability of the rock mass, depending on its mechanical condition, use the expression:

k с р = k 0 с р + a σ с р

Figure 00000001
; k from R = k 0 from R + a σ from R
Figure 00000001
;

где: k 0 с р

Figure 00000002
- средние значения величин газопроницаемости массива горных пород при наличии массиве горных пород условия σср→0, σср - средние действующие напряжения в отрабатываемом массиве горных пород, кгс/см2; a - эмпирический коэффициент. С учетом полученных данных выбирают схему и место бурения дегазационных скважин для эффективного удаления метана из свиты высокогазоносных угольных пластов.Where: k 0 from R
Figure 00000002
- the average values of the gas permeability of the rock mass in the presence of a rock mass conditions σ sr → 0, σ sr - average current stresses in the worked out rock mass, kgf / cm 2 ; a is the empirical coefficient. Based on the data obtained, a scheme and place for drilling degassing wells are selected for the effective removal of methane from the formation of high-gas coal seams.

Общая пористость углей в среднем может достигать ~ 12%, но поскольку она обычно состоит из сорбционного и фильтрующего объемов, то ее последняя составляющая (эффективная пористость) достигает ~ 3%. Данные объемы обычно представлены порами (трещинами) с размерами от 10-6 до 10-1 см, образующими сложную систему сообщающихся между собой транспортных каналов (пустот). Указанные величины отвечают условию, когда массив горных пород, вмещающий свиту высокогазоносных угольных пластов находится в разгруженном от механических напряжений состоянии (σср→0). Предварительные оценки показали, что наличие внешних нагрузок, отвечающих геостатическому полю ("γ·H") до глубин ~ 1500 м, несущественно сказывается на изменении сорбционного объема угля, представленного, в основном, ультрапорами, а изменяет лишь их фильтрующую пористость.The total porosity of coals on average can reach ~ 12%, but since it usually consists of sorption and filtering volumes, its last component (effective porosity) reaches ~ 3%. These volumes are usually represented by pores (cracks) with sizes from 10 -6 to 10 -1 cm, forming a complex system of interconnected transport channels (voids). The indicated values correspond to the condition when the rock mass containing the suite of high-gas-bearing coal seams is in a state unloaded from mechanical stresses (σ cf → 0). Preliminary estimates showed that the presence of external loads corresponding to the geostatic field ("γ · H") to depths of ~ 1500 m does not significantly affect the change in the sorption volume of coal, which is mainly represented by ultrapores, and only changes their filtering porosity.

Исследование изменчивости собственно горно-геомеханических параметров какого-либо оцениваемого объекта может быть выполнена с помощью аппарата метода граничных элементов, метода конечных элементов и других.The study of the variability of the actual mining and geomechanical parameters of any evaluated object can be performed using the apparatus of the boundary element method, the finite element method, and others.

Разработанная для численного экспериментирования методика оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород (МГП) позволяет получать данные о параметре ΔΘ в функции координат (пространства). Задавая некоторые фиксированные (для определенных моментов времени) положения фронта очистных работ, возможно получить и функциональную зависимость искомых параметров от времени для частных случаев рассмотрения процессов деформирования толщи горных пород в условиях конкретной задачи.The technique for evaluating the stress-strain state (SSS) of a rock massif (MHP) developed for numerical experimentation allows one to obtain data on the parameter ΔΘ in the coordinate function (space). By setting some fixed (for certain time points) positions of the front of the treatment works, it is possible to obtain the functional dependence of the desired parameters on time for particular cases of considering the processes of deformation of the rock mass in a specific task.

Выполненные исследования показали, что существует взаимосвязь параметра эффективной пористости "n" и средних значений напряжений σср, действующих в массиве горных пород. Следовательно, в квази-упруго-деформируемых средах очевидна и взаимозависимость параметров n и Θi.The performed studies showed that there is a relationship between the effective porosity parameter "n" and the average values of stresses σ cf acting in the rock mass. Therefore, in quasi-elastically deformable media, the interdependence of the parameters n and Θ i is also obvious.

Θi=к·σср,Θ i = a · σ cf.,

где: к - параметр (к=3/E·(1-2·Θ·iµ)); E - модуль упругости структурных литотипов массива горных пород; µ - коэффициент Пуассона тех же элементов массива горных пород.where: k - parameter (k = 3 / E · (1-2 · Θ · i µ)); E is the modulus of elasticity of structural lithotypes of a rock mass; µ - Poisson's ratio of the same elements of the rock mass.

Это позволяет определить роль НДС пород в изменении показателя их эффективной (фильтрующей) пористости, то есть газопроницаемость среды можно выразить следующим образом:This allows you to determine the role of VAT rocks in changing the indicator of their effective (filtering) porosity, that is, the gas permeability of the medium can be expressed as follows:

k с р = k 0 с р + a σ с р

Figure 00000001
; k from R = k 0 from R + a σ from R
Figure 00000001
;

где: k 0 с р

Figure 00000002
- средние значения величин газопроницаемости массива горных пород при наличии массиве горных пород условия σср→0, σср - средние действующие напряжения в отрабатываемом массиве горных пород, кгс/см2; a - эмпирический коэффициент.Where: k 0 from R
Figure 00000002
- the average values of the gas permeability of the rock mass in the presence of a rock mass conditions σ sr → 0, σ sr - average current stresses in the worked out rock mass, kgf / cm 2 ; a is the empirical coefficient.

Способ разработки свиты сближенных высокогазоносных угольных пластов осуществляют следующим образом. Подготавливают выемочные столбы путем проведения и крепления конвейерных и вентиляционных выработок по массиву горных пород. Отрабатывают выемочные столбы. Удаляют метан средствами вентиляции за счет общешахтной депрессии и по дегазационным скважинам. Перед началом подготовительных работ определяют протяженность зон активного газовыделения угольных пластов расчетным путем по изменению объемных деформаций ΔΘ массива горных пород на основе взаимосвязи коллекторских и фильтрационных характеристик массива горных пород с его механическим состоянием с помощью зависимости:The method of developing suites of closely related high-gas coal seams is as follows. Excavation columns are prepared by holding and securing conveyor and ventilation openings over a rock mass. Work out mining columns. Methane is removed by ventilation due to mine depression and through degassing wells. Before starting the preparatory work, the extent of the zones of active gas emission of coal seams is determined by calculation by changing the volumetric deformations ΔΘ of the rock mass based on the relationship of the reservoir and filtration characteristics of the rock mass with its mechanical state using the dependence:

ΔΘ=Θ0i,ΔΘ = Θ 0i ,

где: Θ0 - объемные деформации массива горных пород до начала отработки выемочных столбов; Θi - объемные деформации массива горных пород на i-й стадии отработки выемочных столбов.where: Θ 0 - volumetric deformations of the rock mass before mining excavation columns; Θ i - volumetric deformations of the rock mass at the i-th stage of mining mining columns.

Значения объемных деформаций Θ0 и Θ массива горных пород получают численными методами на основе анализа компонентов тензоров деформаций и напряжений с учетом временного фактора, а для оценки газопроницаемости фильтрующей среды в зависимости от ее механического состояния используют выражение:The values of volumetric deformations Θ 0 and Θ of the rock mass are obtained by numerical methods based on the analysis of the components of the strain and stress tensors taking into account the time factor, and to evaluate the gas permeability of the filter medium depending on its mechanical state, use the expression:

k с р = k 0 с р + a σ с р

Figure 00000001
; k from R = k 0 from R + a σ from R
Figure 00000001
;

где: k 0 с р

Figure 00000002
- средние значения величин газопроницаемости массива горных пород при наличии массиве горных пород условия σср→0, σср - средние действующие напряжения в отрабатываемом массиве горных пород, кгс/см2; a - эмпирический коэффициент. С учетом полученных данных выбирают схемы бурения скважин, их диаметр и число для эффективного удаления метана из свиты высокогазоносных угольных пластов.Where: k 0 from R
Figure 00000002
- the average values of the gas permeability of the rock mass in the presence of a rock mass conditions σ sr → 0, σ sr - average current stresses in the worked out rock mass, kgf / cm 2 ; a is the empirical coefficient. Based on the obtained data, well drilling patterns, their diameter and number are selected for the effective removal of methane from the formation of high-gas-bearing coal seams.

Следует отметить, что данная методика может быть использована для расчета фильтрационных характеристик зон массива горных пород, испытывающих только упругие деформации, т.е. для зон обрушения и трещинообразования необходимо использовать иные подходы.It should be noted that this technique can be used to calculate the filtration characteristics of the zones of the rock mass, experiencing only elastic deformations, i.e. for the zones of collapse and crack formation, other approaches must be used.

Реализация способа разработки свиты сближенных высокогазоносных угольных пластов поясняется примером для условий пласта "Четвертый" Печорского угольного бассейна. На фиг.1 показана горно-геомеханическая модель массива горных пород для оценки напряженно-деформированного состояния пород в надрабатываемом пластом "Четвертым" массиве горных пород, фиг.2 приведен график функции kcp=φ(σср) для оценки изменений газопроницаемости массива горных пород, на фиг.3 приведен фрагмент схемы области оценки параметра "ΔΘ" в надработанном массиве "n11-n7", на фиг.4 показана зональность изменчивости геомехано-газодинамических свойств надрабатываемого междупластья "n11-n7", "А", "Б", "В", "Г", "Д", "Е", "Ж", "3", "Б" и "А" - зоны активного газовыделения в массиве горных пород, на фиг.5 показан график функции ΔΘ=f(Θi) при значениях: ΘAo=-62·10-5 (отвечает условиям надработки междупластья "n11-n7"); ΘАо=-30·10-5 - как вариант семейства ΔΘ=f(Θi), на фиг.6 приведен вариант дегазационной схемы для надрабатываемого междупластья (n11-n7) (пологое залегание пласта "n11", нисходящий порядок отработки столбов).The implementation of the method for developing a suite of close-packed high-gas coal seams is illustrated by an example for the conditions of the Fourth seam of the Pechora coal basin. Fig. 1 shows a geomechanical model of a rock mass for assessing the stress-strain state of rocks in the "Fourth" rock mass produced by the formation; Fig. 2 shows a graph of the function k cp = φ (σ cf ) for evaluating changes in the gas permeability of the rock mass , Fig. 3 shows a fragment of the diagram of the domain of estimation of the parameter "ΔΘ" in the worked-out array "n 11 -n 7 ", Fig. 4 shows the zonality of the variability of the geomechanical and gas-dynamic properties of the worked-over interdomain "n 11 -n 7 ", "A", “B”, “C”, “G”, “D”, “E”, “F”, “3”, “B” and “A” - active zones of gassing in the rock mass, Figure 5 shows a graph of the function ΔΘ = f (Θ i) for values of: Θ Ao = -62 · 10 -5 (meets the conditions nadrabotki mezhduplastya "n 11 -n 7"); Θ Ao = -30 · 10 -5 - as a variant of the family ΔΘ = f (Θ i ), Fig. 6 shows a variant of a degassing circuit for a workable inter-layer (n 11 -n 7 ) (gently laying bed "n 11 ", descending order mining pillars).

На фиг.1 зона надработки отвечает пределам площади So (площади обнажения до 1-й посадки основной кровли), SII (площади обнажения до следующих посадок основной кровли), а временной фактор характеризуется как t→t1, ti≥tн (t - временной фактор, характеризующий время, прошедшее с начала отработки лавы, t1 - временной фактор, характеризующий время, в течение которого пригруженное выработанное пространство набирает максимальную площадь перед обрушением, ti - временной фактор, характеризующий время, прошедшее с начала отработки лавы до достижения расчетной зоны А, Б, В…, tн - временной фактор, характеризующий время, прошедшее с начала отработки лавы до посадки основной кровли). На границе исследуемой невесомой области приложено давление P≈γН=25 МПа. Зона исследования параметров напряженно-деформированного состояния массива: 0≤x≤160 (м), -1,6≤y≤-83 (м), что полностью "охватывает" надрабатываемую толщу (включая пласт n7). "1-1" - ось симметрии.In Fig. 1, the overwork zone corresponds to the limits of the area S o (exposure area before the 1st landing of the main roof), S II (exposure area until the next landing of the main roof), and the time factor is characterized as t → t 1 , t i ≥t n (t is the time factor characterizing the time elapsed since the beginning of lava mining, t 1 is the time factor characterizing the time during which the loaded mined space gains the maximum area before collapse, t i is the time factor characterizing the time elapsed since the beginning of lava mining before reaching races etnoy zones A, B, ..., t n - time factor characterizing the time elapsed from the beginning of lava before planting main roof). At the boundary of the studied weightless region, a pressure of P≈γH = 25 MPa was applied. The study zone of the parameters of the stress-strain state of the array: 0≤x≤160 (m), -1.6≤y≤-83 (m), which completely "covers" the workable thickness (including reservoir n 7 ). "1-1" is the axis of symmetry.

Для практических (приближенных) оценок изменения эффективной пористости в массиве может быть использована простая апроксимация функции n=f(σcp) в виде:For practical (approximate) estimates of the change in effective porosity in the array, a simple approximation of the function n = f (σ cp ) can be used in the form:

k с р = k 0 с р + a σ с р

Figure 00000001
; k from R = k 0 from R + a σ from R
Figure 00000001
;

где: k 0 с р

Figure 00000003
- средние значения величин газопроницаемости массива горных пород при наличии массиве горных пород условия σср→0, σср - средние действующие напряжения в отрабатываемом массиве горных пород, кгс/см2; a - эмпирический коэффициент (~ 52·10-4).Where: k 0 from R
Figure 00000003
- the average values of the gas permeability of the rock mass in the presence of a rock mass conditions σ sr → 0, σ sr - average current stresses in the worked out rock mass, kgf / cm 2 ; a is the empirical coefficient (~ 52 · 10 -4 ).

Следует иметь в виду, что величины напряжений для условий σср>0 в надработанном массиве горных пород ограниченны.It should be borne in mind that stress values for the conditions σ cf > 0 in the developed rock mass are limited.

Газопроницаемость горных пород в условиях естественного их залегания является тензорной характеристикой. Общее представление об изменчивости этого параметра в функции от механических напряжений в массиве можно составить, анализируя средние (для данной точки массива горных пород) значения параметра, т.е. в виде kcp=φ(σср).The gas permeability of rocks in their natural occurrence is a tensor characteristic. A general idea of the variability of this parameter as a function of mechanical stresses in the massif can be made by analyzing the average (for a given point in the rock mass) parameter values, i.e. in the form k cp = φ (σ cf ).

Результаты изучения газопроницаемости угольных пластов (ИГД, МакНИИ) показали, что для углей марок "К" - "Ж" параметр k 0 с р

Figure 00000002
(при σ→0) составляет около 60 µD при коэффициенте вариации V≤30% (≈0,06·10-8 см2), а характер функции kcp=φ(σср) для всех исследованных типов углей может быть представлен в экспоненциальной форме.The results of studying the gas permeability of coal seams (IGD, MakNII) have shown that for coals of grades "K" - "G" parameter k 0 from R
Figure 00000002
(as σ → 0) is about 60 μD with a coefficient of variation V≤30% (≈0.06 · 10 -8 cm 2 ), and the character of the function k cp = φ (σ cf ) for all types of coals studied can be represented in exponential form.

Для оценок изменчивости газопроницаемости массива "n11-n7", надрабатываемого пластом "Четвертым", в первом приближении, может быть использовано апроксимационное уравнения вида:To assess the variability of gas permeability of the array "n 11 -n 7 ", produced by the reservoir "Fourth", in a first approximation, can be used approximation equations of the form:

k с р = k 0 с р + a σ с р

Figure 00000001
; k from R = k 0 from R + a σ from R
Figure 00000001
;

где: ±σср - кгс/см2; k 0 с р

Figure 00000002
- µD (для ориентировочных расчетов может быть принято 60 µD); 30≤ k 0 с р
Figure 00000002
≤65, a=104·10-3.where: ± σ cf - kgf / cm 2 ; k 0 from R
Figure 00000002
- µD (for approximate calculations, 60 µD can be taken); 30≤ k 0 from R
Figure 00000002
≤65, a = 104 · 10 -3 .

Разброс значений kcp=φ(σср) при использовании приведенной выше зависимости не превышает 30%. График функции kcp=φ(σср) для оценки изменений газопроницаемости надрабатываемого пластом "Четвертым" междупластья "n11-n7" приведен на фиг.2.The spread in the values of k cp = φ (σ cf ) when using the above dependence does not exceed 30%. The graph of the function k cp = φ (σ avg ) for assessing changes in the gas permeability produced by the “Fourth” inter-layer “n 11 -n 7 ” is shown in FIG.

Используя методические подходы, приведенные выше, получим поля приращений (изменений) объемных деформаций в виде:Using the methodological approaches given above, we obtain the fields of increments (changes) in volumetric deformations in the form:

ΔΘ=Θ0i,ΔΘ = Θ 0i ,

где: ΔΘ - изменение объемных деформаций массива горных пород; Θ0 - объемные деформации массива горных пород до начала отработки выемочных столбов; Θi - объемные деформации массива горных пород на i-й стадии отработки выемочных столбов (эти состояния отвечают схемам: А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, Б, А, фиг.4).where: ΔΘ is the change in volumetric deformations of the rock mass; Θ 0 - volumetric deformations of the rock mass prior to the development of excavation columns; Θ i - volumetric deformations of the rock mass at the i-th stage of mining mining columns (these states correspond to the schemes: A, B, C, G, D, E, F, Z, B, A, Fig. 4).

Информация о полях ΔΘ дает возможность однозначно (сравнительно с полями Θ) оценить геомеханическое и газодинамическое состояние надработанной толщи пород. Предварительно был установлен порядок такой оценки, характеризующий "направленность" изменения коллекторских свойств массива горных пород в зависимости от изменения параметра ΔΘ. В частности, рост величин ΔΘ по модулю в условиях сжатой (но при Θi) или растянутой зон массива горных пород определяет "состояние" разгрузки массива при выполнении условия ΔΘ<0. Имеется в виду, что "невозмущенный" массив (не надработанный) изначально находится в сжатой зоне, т.е. имеют место значения: ΘАо=-62·10-5, ΔΘ=0. При иных начальных величинах ΘАо, отвечающих новому нулевому значению ΔΘ, будут иметь место соответствующие зависимости ΔΘ=f(Θi). Для рассматриваемых условий, в частности при ΘАо=-62·10-5, указанная зависимость приведена на фиг.5.Information on the fields ΔΘ makes it possible to unambiguously (compared with the fields Θ) evaluate the geomechanical and gasdynamic state of the worked out rock stratum. Previously, the procedure for such an assessment was established, characterizing the “directivity” of changes in the reservoir properties of a rock mass depending on a change in ΔΘ. In particular, the growth of ΔΘ values modulo under conditions of compressed (but for Θ i ) or extended zones of the rock mass determines the "state" of the mass unloading when the condition ΔΘ <0 is fulfilled. This means that the "unperturbed" array (not worked out) is initially located in the compressed zone, i.e. the values are: Θ Ao = -62 · 10 -5 , ΔΘ = 0. For other initial quantities Θ Ao corresponding to the new zero value ΔΘ, the corresponding dependences ΔΘ = f (Θ i ) will take place. For the conditions under consideration, in particular when Θ Ao = -62 · 10 -5 , this dependence is shown in Fig.5.

Как очевидно, росту положительных значений ΔΘ (ΔΘ>0) отвечают условия пригрузки массива от состояния А0.As is obvious, the growth of positive values of ΔΘ (ΔΘ> 0) corresponds to the conditions of loading the array from state A 0 .

Анализ полей ΔΘ показал следующее. При отходе забоя лавы от монтажной выработки на расстояние до 40 м в породах почвы лавы на глубинах от первых метров до двадцати и более метров происходит рост модуля параметра ΔΘ (при условии ΔΘ<0), что отвечает условиям разгрузки массива горных пород, последняя на указанной площади распространяется на глубины от нескольких метров до двадцати (и более) метров, т.е. может достигать пласта "n8" (разгружается значительная часть междупластья "n11-n8"). При заданных технологических параметрах добычи данная разгрузка будет иметь место на расстоянии до ~30 м от монтажной камеры, т.е. через ~10 суток от начала первичного подвигания очистного забоя.An analysis of the fields ΔΘ showed the following. When the lava face moves away from the assembly hole to a distance of 40 m in lava soil rocks at depths from the first meters to twenty or more meters, the modulus of the Δ рост parameter grows (provided ΔΘ <0), which meets the conditions for unloading the rock mass, the latter at the indicated the area extends to depths from several meters to twenty (or more) meters, i.e. can reach the reservoir "n 8 " (a significant part of the inter-reservoir "n 11 -n 8 " is unloaded). Given the technological parameters of production, this unloading will take place at a distance of up to ~ 30 m from the mounting chamber, i.e. ~ 10 days after the start of the primary movement of the face.

При дальнейшем отходе лавы от разрезной печи на расстояние до 50÷60 м зона разгрузки достигает глубины тридцати метров ("n11-n8"), распространяясь практически по всей площади выработанного пространства, образованного на момент времени до ~20-25 суток. На временном отрезке (10-25 суток) модуль параметра ΔΘ продолжает расти, причем в наибольшей мере в пределах междупластья "n11-n10".As the lava further moves away from the split furnace to a distance of 50–60 m, the discharge zone reaches a depth of thirty meters (“n 11 -n 8 ”), spreading over almost the entire area of the worked out space formed at the time point up to ~ 20-25 days. In the time interval (10–25 days), the modulus of the parameter ΔΘ continues to grow, and to the greatest extent within the interdimension "n 11 -n 10 ".

Далее, до расстояния около 300 м от монтажной камеры (временной диапазон до ~90 суток) прослеживается рост /ΔΘ/ по ширине выработанного пространства при наибольшей его интенсивности вдоль участков выработанного пространства, прилегающих к выемочным штрекам (до 30 м, в плане). Принимая во внимание широко применяемый способ отработки столбов (по простиранию) в нисходящем порядке, следует отметить, что в рассматриваемом случае наибольшие значения изменений порового объема в надработанной толще пород будут иметь место (помимо околоштрековой области) в пределах нижней части выработанного пространства, считая от конвейерного штрека (на расстояниях ~(0,5÷0,7)Lл). По глубине разгрузка охватывает междупластье "n11-n7" - вдоль штрека, изменяясь до глубин "n11-n8(n9)" в направлении к центру выработанного.Further, up to a distance of about 300 m from the mounting chamber (time range up to ~ 90 days), an increase in / ΔΘ / is observed along the width of the worked out space at its greatest intensity along the sections of the worked out area adjacent to the excavation drifts (up to 30 m in plan). Taking into account the widely used method of working the pillars (along strike) in a descending order, it should be noted that in the case under consideration, the largest values of changes in the pore volume in the worked out rock stratum will take place (in addition to the near-track region) within the lower part of the worked out space, counting from the conveyor belt drift (at distances ~ (0.5 ÷ 0.7) L l ). In depth, the unloading encompasses the inter-layer "n 11 -n 7 " - along the drift, changing to depths "n 11 -n 8 (n 9 )" in the direction toward the center of the worked out one.

На расстояниях от монтажной камеры свыше ~300 м (до ~400 м) в надработанной толще сохраняется эффект упругого восстановления объемной пористости пород в пределах междупластья "n11-n8" (до ~30-35 м по глубине). По времени это отвечает диапазону (85÷90)-(110÷120) суток.At distances from the installation chamber of more than ~ 300 m (up to ~ 400 m), the effect of elastic restoration of the bulk porosity of the rocks within the inter-layer "n 11 -n 8 " (up to ~ 30-35 m in depth) is retained in the developed layer. In time, this corresponds to the range (85 ÷ 90) - (110 ÷ 120) days.

Далее (>400 м) в надработанном междупластье под выработанным пространством начинает и, к моменту отхода лавы на 600÷700 м от монтажной камеры, практически заканчивается восстановление исходного порового пространства пород междупластья "n11-n7" (/ΔΘ/→0). Исключение составляет околоштрековая зона (до ~20 м), в которой имеет место частичная разгрузка пород в междупластье "n11-n9" (/ΔΘ/≠0). С этого же расстояния (~600÷700 м) на основной площади выработанного пространства восстанавливается давление по почве пласта "n11" (~γ·Н), а соответственно и приближенно-исходное (до "возмущения" массива горных пород лавой) состояние пород междупластья "n11-n7", т.е. /ΔΘ/→0. Однако вдоль движущейся лавы в ее почве имеет место разгрузка пород: почти "полная" на глубине до 10÷15 м ("n11-n10") и частичная (до ~50%) на глубинах до ~55 м ("n11-n7"), что характеризуется достаточно большим, а в первом случае ("n11-n10") весьма резким увеличением значений модуля /ΔΘ/ приблизительно в двадцати метровой зоне ВП, считая от плоскости забоя лавы. Начало рассматриваемого периода во временном диапазоне отвечает ~130÷140 суткам.Then (> 400 m), in the worked-out interdomain under the mined-out space, it begins and, by the time the lava leaves 600–700 m from the assembly chamber, the restoration of the initial pore space of the inter-reservoir rocks "n 11 -n 7 " (/ ΔΘ / → 0) almost ends . An exception is the near-track zone (up to ~ 20 m), in which there is a partial unloading of rocks in the inter-layer "n 11 -n 9 " (/ ΔΘ / ≠ 0). From the same distance (~ 600 ÷ 700 m) on the main area of the mined-out space, pressure is restored over the soil of the formation "n 11 " (~ γ · Н), and, accordingly, the initial state (to the "disturbance" of the rock mass by the lava) is restored interdomain "n 11 -n 7 ", i.e. / ΔΘ / → 0. However, along the moving lava, rock unloading takes place in its soil: it is almost “full” at a depth of up to 10–15 m (“n 11 -n 10 ”) and partial (up to ~ 50%) at depths up to ~ 55 m (“n 11 -n 7 "), which is characterized by a rather large, and in the first case (" n 11 -n 10 "), a very sharp increase in the values of the modulus / ΔΘ / in approximately twenty meters of the VP zone, counting from the face of the lava. The beginning of the period under consideration in the time range corresponds to ~ 130 ÷ 140 days.

Установленная зональность разгрузки надрабатываемой пластом "n11" толщи пород обусловливает и изменение их эффективной пористости. Изменяется газопроницаемость пород, что необходимо учитывать при выборе параметров дегазации рассматриваемого междупластья.The established zoning of discharge of the rock stratum produced by the “n 11 ” formation also determines a change in their effective porosity. The gas permeability of the rocks changes, which must be taken into account when choosing the degassing parameters of the inter-layer under consideration.

Схема распределения упомянутых зон в пределах выработанного пространства выемочного столба, отрабатываемого по простиранию (в нисходящем порядке), приведена на фиг.4.The distribution scheme of the said zones within the worked-out space of the excavation column, worked out along strike (in descending order), is shown in Fig. 4.

Изменения показателей (Δn - изменение эффективной пористости пород, %; средних значений величин газопроницаемости kcp массива горных пород, %) даны относительно характеристик "невозмущенного" очистной выемкой массива, индексируемых "0ым" знаком: n0≈1,7%; k 0 с р

Figure 00000002
≈34 µD при соответствующем значении ΘАо=f(σср), равном ~ (-62·10-5).Changes indices (Δn - change in the effective porosity of the rocks,%; mean values of permeability k cp rock mass%) are relative characteristics "unperturbed" cleaning groove array indexed "0 th" mark: n 0 ≈1,7%; k 0 from R
Figure 00000002
≈34 μD with the corresponding value Θ Ao = f (σ avg ) equal to ~ (-62 · 10 -5 ).

Для практических (приближенных) оценок изменения эффективной пористости в массиве может быть использована простая апроксимация функции n=f(σcp) в виде:For practical (approximate) estimates of the change in effective porosity in the array, a simple approximation of the function n = f (σ cp ) can be used in the form:

n=n0+52·10-4·σср,n = n 0 + 52 · 10 -4 · σ cf ,

где: ±σср - кгс/см2; n0 - % (~3%); 1,5≤n≤3,5(%).where: ± σ cf - kgf / cm 2 ; n 0 -% (~ 3%); 1.5≤n≤3.5 (%).

Следует иметь в виду, что величины напряжений в надработанном МГП ограничены.It should be borne in mind that the magnitudes of the stresses in the developed MHP are limited.

По мере подвигания лавы от монтажной камеры на расстоянии до 70÷80 м (т.е. через ~20÷25 суток от начала очистной выемки) начинается разгрузка междупластья "n11-n7", сопровождаемая ростом Δn и Δkcp: от ~1÷2% до ~5÷30% в области глубин междупластья "n11-n9(n8)" (зона "А", "Б" фиг.4).As the lava moves from the assembly chamber at a distance of up to 70 ÷ 80 m (i.e., after ~ 20 ÷ 25 days from the beginning of the treatment excavation), the unloading of the inter-layer "n 11 -n 7 " begins, accompanied by an increase in Δn and Δk cp : from ~ 1 ÷ 2% to ~ 5 ÷ 30% in the depth region of the interdomain "n 11 -n 9 (n 8 )" (zone "A", "B" of figure 4).

Далее на расстояниях от 70÷80 м до 120÷150 м от монтажной камеры (зоны "Б", "В" фиг.4) в породах почвы в области центральной части выработанного пространства (и выше по восстанию пласта) начинается снижение величин Δn и Δkcp: до ~30% в породах междупластья "n11-n9" и до ~10% в междупластье "n9-n7". Время ведения очистных работ к данному моменту составляет около 50 суток.Further, at distances from 70 ÷ 80 m to 120 ÷ 150 m from the mounting chamber (zones "B", "C" of Fig. 4) in the soil in the region of the central part of the worked out space (and higher in the formation uprising), the Δn and Δk cp : up to ~ 30% in inter-layer rocks "n 11 -n 9 " and up to ~ 10% in inter-layer "n 9 -n 7 ". The time for cleaning work at this moment is about 50 days.

В зоне от 120÷150 м до ~180 м под центральной частью ВП происходит процесс дальнейшего снижения значений Δn и Δkcp до близких к величинам фонового (невозмущенного) состояния массива. В зоне "Г" (на схеме фиг.4) в области, прилегающей к конвейерному штреку в диапазоне междупластья "n11-n8", параметр значений Δn и Δkcp характеризуется величинами (5÷15%), а в междупластье "n8-n7" - (2÷8%). В направлении продольной оси симметрии ВП вплоть до расстояний от штрека, составляющих ~0,33 Lл, соответственно в выше указанных пачках, параметры Δn и Δkcp изменяются в пределах: (15÷30%) и (2÷10%).In the zone from 120 ÷ 150 m to ~ 180 m under the central part of the airspace, a process of further decrease in Δn and Δk cp values to values close to the background (unperturbed) state of the array occurs. In the zone "G" (in the diagram of Fig. 4), in the region adjacent to the conveyor drift in the inter-zone range "n 11 -n 8 ", the parameter values Δn and Δk cp are characterized by values (5 ÷ 15%), and in the inter-region "n 8 -n 7 "- (2 ÷ 8%). In the direction of the longitudinal axis of symmetry of the airspace up to distances from the drift of ~ 0.33 L l , respectively, in the above-mentioned packs, the parameters Δn and Δk cp vary in the range: (15 ÷ 30%) and (2 ÷ 10%).

В зоне "Д" (фиг.4) на расстоянии около 200 м от монтажной камеры (180÷200 м - около 60÷65 суток ведения очистных работ) вдоль штрека в породах междупластья "n9-n7" рассматриваемые величины изменяются от ~1% до ~(7÷8%) (по направлению снизу вверх), а в междупластье "n11-n9»" - до (10÷15%). На расстояниях <0,33 Lл от штрека (в направлении центра ВП) изменения Δn и кср, соответственно для тех же междупластий, составят: (2÷10%) и (15÷25%).In the zone "D" (figure 4) at a distance of about 200 m from the mounting chamber (180 ÷ 200 m - about 60 ÷ 65 days of cleaning work) along the drift in the inter-layer rocks "n 9 -n 7 " the considered values vary from ~ 1% to ~ (7 ÷ 8%) (in the direction from the bottom up), and in the inter-layer "n 11 -n 9 ""to (10 ÷ 15%). At distances <0.33 L L from the drift (in the direction of the center of the airspace), the changes in Δn and cf , respectively, for the same interplasts, will be: (2 ÷ 10%) and (15 ÷ 25%).

Последующее изменение коллекторских свойств горных пород в зонах "Е", "Ж" и "3" имеет выраженный характер снижения значений Δn и Δkcp как в направлении подвигания лавы от монтажной камеры, так и в нормальном направлении. В первом случае, рассматривая междупластье "n11-n7", указанные изменения составляют от (2÷5%) (на расстоянии ~200÷250 м от монтажной выработки на момент ~70 суток от начала работ по выемке пласта) до (1÷2%) (на расстоянии ~550÷600 м от монтажной выработки на момент около 180 суток от начала работ по выемке пласта). При этом "нижние" значения (1÷2%) изменений эффективной пористости и газопроницаемости отвечают пачке пород междупластья "n9-n7", а "верхние" (2÷5%) - междупластью "n11-n9(n10)". Нормально к штреку на расстоянии ~0,2 Lл от него, под выработанным пространством восстанавливаются приближенно "фоновые" характеристики ранее надработанного междупластья. Рассмотренное состояние в "околоштрековой" зоне остается стабильным и далее (свыше 350÷400 м) вдоль выработанного пространства вплоть до области "Б"-"А" (фиг.4) вблизи призабойного пространства действующей в "данный момент" времени лавы.The subsequent change in the reservoir properties of rocks in zones "E", "Zh" and "3" has a pronounced decrease in Δn and Δk cp values both in the direction of lava movement from the assembly chamber and in the normal direction. In the first case, considering the inter-reservoir "n 11 -n 7 ", the indicated changes are from (2 ÷ 5%) (at a distance of ~ 200 ÷ 250 m from the installation workout at the time of ~ 70 days from the beginning of the excavation of the formation) to (1 ÷ 2%) (at a distance of ~ 550 ÷ 600 m from the installation workout at the time of about 180 days from the beginning of work on the extraction of the formation). In this case, the "lower" values (1 ÷ 2%) of the changes in effective porosity and gas permeability correspond to the pack of inter-layer rocks "n 9 -n 7 ", and the "upper" (2 ÷ 5%) - to the inter-layer "n 11 -n 9 (n 10 ) ". Normally to the drift at a distance of ~ 0.2 L l from it, under the worked-out space, approximately “background” characteristics of the previously developed inter-layer are restored. The considered state in the "near-track" zone remains stable and further (over 350 ÷ 400 m) along the worked out space up to the area "B" - "A" (Fig. 4) near the bottomhole space of the lava operating at the "current" time.

На указанном расстоянии (>550÷600 м, т.е. на момент времени ~180÷200 суток) в зоне "Б"-"А" (фиг.4) изменения параметров Δn и Δkcp остаются далее стабильными и обратны рассмотренным при отходе лавы от монтажной камеры (зона "А"-"Б" на фиг.4). С расстояния 60÷70 м от плоскости лавы и далее в направлении ее забоя имеют место следующие изменения:At the indicated distance (> 550 ÷ 600 m, i.e., at a time point of ~ 180 ÷ 200 days) in zone "B" - "A" (Fig. 4), the changes in the parameters Δn and Δk cp remain further stable and are reversed when considered the departure of lava from the mounting chamber (zone "A" - "B" in figure 4). From a distance of 60 ÷ 70 m from the lava plane and further in the direction of its face, the following changes take place:

- в междупластье "n9-n7" - снижение параметров от ~30÷5% до ~2÷1%;- in the interdomain "n 9 -n 7 " - a decrease in parameters from ~ 30 ÷ 5% to ~ 2 ÷ 1%;

- в междупластье "n11-n9" - снижение параметров от ~60÷15% до ~5÷2%.- in the interdomain "n 11 -n 9 " - a decrease in parameters from ~ 60 ÷ 15% to ~ 5 ÷ 2%.

Указанные изменения не распространяются на околоштрековые, приблизительно двадцатиметровые зоны, в которых условия состояния массива горных пород междупластья близки к таковым в зоне "З", рассмотренным выше.These changes do not apply to near-track, approximately twenty-meter zones, in which the conditions of the state of the massif of rocks of the interdomain are close to those in zone "Z", discussed above.

Выполненный по "ΔΘ-фактору" анализ состояния и изменчивости массива горных пород в процессе его надработки позволяет оценить состояние массива горных пород надработанной толщи, полученные на базе, в основном, анализа полей "εx" и "εy" в тех же зонах междупластья. Используя приведенные зависимости, можно использовать в виде программного продукта для получения исходных данных и разработки методических аспектов построения дегазационных схем для надработанного пластом "Четвертым" массива горных пород с учетом пространственно-временного фактора изменчивости его коллекторских свойств. Возможная схема бурения дегазационных скважин (для условий рассмотренного примера) приведена на фиг.6.An analysis of the state and variability of the rock mass during its completion, performed by the ΔΘ factor, allows us to assess the state of the rock mass of the worked stratum, obtained on the basis of mainly the analysis of the fields ε x and ε y in the same zones . Using the above dependences, it can be used as a software product for obtaining initial data and developing methodological aspects of constructing degassing schemes for the rock massif worked out by the Fourth formation, taking into account the spatio-temporal variability factor of its reservoir properties. A possible scheme for drilling degassing wells (for the conditions of the considered example) is shown in Fig.6.

Применение данного способа разработки свиты сближенных высокогазоносных угольных пластов обеспечивает следующие преимущества:The use of this method of developing suites of closely related high-gas coal seams provides the following advantages:

- повышение эффективности удаления метана;- improving the efficiency of methane removal;

- повышение нагрузки на очистной забой по газовому фактору;- increase the load on the face by the gas factor;

- повышение безопасности ведения очистных работ газовому фактору;- improving the safety of treatment operations to the gas factor;

- снижение себестоимости добываемого угля.- reduction in the cost of coal mined.

Claims (1)

Способ разработки свиты сближенных высокогазоносных угольных пластов, включающий определение протяженности зон активного газовыделения, подготовку выемочных столбов путем проведения и крепления конвейерных и вентиляционных выработок по массиву горных пород, отработку выемочных столбов, удаление метана по дегазационным скважинам, отличающийся тем, что протяженность зон активного газовыделения определяют по изменению объемных деформаций ΔΘ массива горных пород с помощью зависимости:
ΔΘ=Θ0i,
где Θ0 - объемные деформации массива горных пород до начала отработки выемочных столбов; Θi - объемные деформации массива горных пород на i-й стадии отработки выемочных столбов,
значения деформаций Θ0 и Θi массива горных пород получают численными методами на основе анализа компонентов тензоров деформаций и напряжений с учетом временного фактора, причем тензорной характеристикой является газопроницаемость горных пород в условиях естественного их залегания, причем для оценки средних значений величин газопроницаемости kср массива горных пород используют выражение:
k с р = k 0 с р + a σ с р
Figure 00000004
;
где k 0 с р
Figure 00000005
- средние значения величин газопроницаемости массива горных пород при наличии в массиве горных пород условия σср→0; σср - средние действующие напряжения в отрабатываемом массиве горных пород, кгс/см2; a - эмпирический коэффициент,
при этом после определения протяженности зон активного газовыделения с учетом полученных данных выбирают схемы бурения скважин, их диаметр и число.
A method for developing a suite of closely-connected high-gas-bearing coal seams, including determining the extent of zones of active gas evolution, preparing extraction columns by conducting and securing conveyor and ventilation openings over a rock mass, mining mining columns, removing methane from degassing wells, characterized in that the extent of the zones of active gas evolution is determined the change in volumetric deformations ΔΘ of the rock mass using the dependence:
ΔΘ = Θ 0i ,
where Θ 0 - volumetric deformations of the rock mass before mining excavation columns; Θ i - volumetric deformations of the rock mass at the i-th stage of mining mining columns,
the strain values Θ 0 and Θ i of the rock mass are obtained by numerical methods based on the analysis of the components of the strain and stress tensors taking into account the time factor, the tensor characteristic being the gas permeability of the rocks under their natural occurrence, and to estimate the average values of gas permeability k cf of the rock mass rocks use the expression:
k from R = k 0 from R + a σ from R
Figure 00000004
;
Where k 0 from R
Figure 00000005
- the average values of the gas permeability of the rock mass in the presence in the rock mass of the condition σ sr → 0; σ cf - average effective stresses in the worked out rock mass, kgf / cm 2 ; a is the empirical coefficient,
in this case, after determining the extent of the zones of active gas evolution, taking into account the obtained data, select well drilling patterns, their diameter and number.
RU2012106651/03A 2012-02-22 2012-02-22 Method for development of series of contiguous coal beds RU2495251C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012106651/03A RU2495251C1 (en) 2012-02-22 2012-02-22 Method for development of series of contiguous coal beds

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012106651/03A RU2495251C1 (en) 2012-02-22 2012-02-22 Method for development of series of contiguous coal beds

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012106651A RU2012106651A (en) 2013-08-27
RU2495251C1 true RU2495251C1 (en) 2013-10-10

Family

ID=49163579

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012106651/03A RU2495251C1 (en) 2012-02-22 2012-02-22 Method for development of series of contiguous coal beds

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2495251C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113653491A (en) * 2021-10-21 2021-11-16 煤炭科学研究总院 Underground rock burst prevention and control method for coal seam group
RU2796283C1 (en) * 2022-07-13 2023-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Method for degassing areas of coal seam in structurally heterogeneous rock mass of seismic active regions of coal basins

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103821553A (en) * 2014-03-07 2014-05-28 重庆大学 Method of determining Y-shaped ventilation goaf gas enrichment region

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU941621A1 (en) * 1980-06-12 1982-07-07 Производственное Объединение "Стахановуголь" Министерства Угольной Промышленности Усср Method of degassing adjoining coal beds
SU1101558A1 (en) * 1983-03-31 1984-07-07 Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Горного Дела Им.А.А.Скочинского Method of degassing an adjoining coal seam
SU1267007A1 (en) * 1984-08-01 1986-10-30 Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Горного Дела Им.А.А.Скочинского Method of degassing coal seam mined in pillars with driving a split drift
RU2100611C1 (en) * 1995-05-12 1997-12-27 Шахта "Воркутинская" с обогатительной фабрикой Воркутинского производственного объединения по добыче угля "Воркутауголь" Method of control of gas emission from worked-out space
EP1440220B1 (en) * 2001-10-30 2006-02-01 CDX Gas, LLC An entry well with slanted well bores and method
RU2282030C1 (en) * 2005-03-28 2006-08-20 Владимир Александрович Зуев Superimposed highly gas-bearing coal bed series development method
RU2395690C1 (en) * 2009-03-05 2010-07-27 Владимир Александрович Зуев Method for control of gas release from stripped area

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU941621A1 (en) * 1980-06-12 1982-07-07 Производственное Объединение "Стахановуголь" Министерства Угольной Промышленности Усср Method of degassing adjoining coal beds
SU1101558A1 (en) * 1983-03-31 1984-07-07 Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Горного Дела Им.А.А.Скочинского Method of degassing an adjoining coal seam
SU1267007A1 (en) * 1984-08-01 1986-10-30 Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Горного Дела Им.А.А.Скочинского Method of degassing coal seam mined in pillars with driving a split drift
RU2100611C1 (en) * 1995-05-12 1997-12-27 Шахта "Воркутинская" с обогатительной фабрикой Воркутинского производственного объединения по добыче угля "Воркутауголь" Method of control of gas emission from worked-out space
EP1440220B1 (en) * 2001-10-30 2006-02-01 CDX Gas, LLC An entry well with slanted well bores and method
RU2282030C1 (en) * 2005-03-28 2006-08-20 Владимир Александрович Зуев Superimposed highly gas-bearing coal bed series development method
RU2395690C1 (en) * 2009-03-05 2010-07-27 Владимир Александрович Зуев Method for control of gas release from stripped area

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113653491A (en) * 2021-10-21 2021-11-16 煤炭科学研究总院 Underground rock burst prevention and control method for coal seam group
CN113653491B (en) * 2021-10-21 2022-01-14 煤炭科学研究总院 Underground rock burst prevention and control method for coal seam group
RU2796283C1 (en) * 2022-07-13 2023-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Method for degassing areas of coal seam in structurally heterogeneous rock mass of seismic active regions of coal basins

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012106651A (en) 2013-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105026684B (en) The improvement hydraulic fracturing method of inclined shaft cylinder
AU2013252230B2 (en) Method for distributed storage and use of underground water in mine
RU2373398C1 (en) Method of degasification and softening of rocks
EA030263B1 (en) Mining method for gassy and low permeability coal seams
CN111305891B (en) Three-dimensional comprehensive efficient and accurate treatment technical method for coal-oil-gas coexisting mine
CN106437823B (en) Method for eliminating outburst and standard exceeding of coal mine gas explosion
Saeedi et al. Effect of residual natural gas saturation on multiphase flow behaviour during CO2 geo-sequestration in depleted natural gas reservoirs
RU2293819C1 (en) Method to recover hydrological regime of mining facility
RU2495251C1 (en) Method for development of series of contiguous coal beds
RU2117764C1 (en) Method for degassing of coal seams
RU2487246C1 (en) Method to degas coal-bearing series
US9784090B2 (en) Method for selecting the location of a stimulating geothermal well
RU2498078C1 (en) Method of hydraulic fill
RU2442899C1 (en) Method for removing gas from unfanned coal seams
RU2554971C1 (en) Method of oil field development
RU2388911C2 (en) Complex method for development of beds that are dangerous by gas and dust, disposed to mountain bumps and spontaneous emissions
RU2490461C1 (en) Method to mine thick steep deposits of unstable ores
Kawata et al. The relationship between TBM data and rockburst in long-distance tunnel, Pahang-Selangor raw water transfer tunnel, Malaysia
CN114837608A (en) Method for reconstructing mining overburden rock water barrier by multi-section graded grouting
RU2487997C1 (en) Method to prepare water-logged gas saturated massif of rocks to mining by underground method
RU2445461C1 (en) Method to mine thick steep deposits of unstable ores
RU2672296C1 (en) Method of developing adjacent of coal seams
RU2630318C1 (en) Development method of tight oil reservoirs by cyclic pumping of carbon dioxide
RU2814374C1 (en) Method of coal bed degassing
RU2507378C1 (en) Method of sealing degassing holes

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140223