Разработка метода оценки газодинамической активности углеметановых пластов по геологоразведочным данным

Киряева, Татьяна Анатольевна

Автореферат диссертации по теме "Разработка метода оценки газодинамической активности углеметановых пластов по геологоразведочным данным"

На правах рукописи

КИРЯЕВА ТАТЬЯНА АНАТОЛЬЕВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

УГЛЕМЕТАНОВЫХ ПЛАСТОВ ПО ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫМ ДАННЫМ

(на примере Кузбасса)

Специальность: 25.00.20 - Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово - 2005

Работа выполнена в Институте угля и углехимии СО РАН.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Полевщиков Геннадий Яковлевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Казаков Сергей Павлович доктор технических наук, профессор Зыков Виктор Семенович

Ведущая организация ФГУП научный центр по безопасности работ в угольной промышленности ВостНИИ (НЦВостНИИ)

Защита диссертации состоится " 4 " октября 2005 г. в 11.30 часов на заседании диссертационного совета Д 003.036.01 при Институте угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук (650610, г. Кемерово, ГСП, ул. Рукавишникова, 21). Факс: (384-2)28-13-78 .E-mail: Gas_coal @ kemsc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института угля и углехимии СО РАН.

Автореферат разослан " 3 "сентября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук Преслер В.Т.

^ЪЪЪ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Уровень решения научно-технических задач, связанных с оценкой состояния массива горных пород, в значительной мере определяет себестоимость добычи угля, производительность и безопасность труда. Сложность постановки и решения этих задач существенно возрастают при наличии газа в количествах и состояниях, достаточных для интенсификации геомеханических процессов.

Резко возросшие в последние годы скорости подвигания очистных забоев и значительный рост размеров выемочных столбов:

- резко интенсифицировали динамику газопритоков из пласта и отбиваемого угля;

- значительно усилили влияние изменения свойств пласта на площади выемочного столба, а, тем более, выемочного поля;

- ранее приемлемые погрешности в оценках метанообильности комплексно-механизированных участков вышли за пределы резервов системы управления газовыделением даже на пластах, газоносностью которых ранее практически пренебрегали;

- наиболее привлекательны запасы коксующихся углей, но разработка таких пластов в Кузбассе уже с глубины 150 м от поверхности сопряжена с наиболее грозными природно-технологическими явлениями - внезапными выбросами угля и газа.

Технический прогресс в угледобыче требует решений качественно нового уровня - количественной оценки потенциальной газодинамической активности углеметановых пластов с выделением зон различных видов и уровней опасности газопроявлений и пространственным представлением результата. Существующие методы оценки свойств и состояний углемета-нового пласта не обеспечивают решения столь широкого круга задач рудничной аэрогазодинамики с единых позиций, а как свидетельствует мировой опыт, горно-экспериментальный путь инженерных решений сопровождается авариями.

Изложенное указывает на высокую актуальность разработки метода оценки газодинамической активности углеметановых пластов по геологоразведочным данным, имеющего важное научное и практическое значение.

Решению этой задачи соответствуют условия Кузнецкого бассейна, горнотехнологические особенности которого достаточно многообразны.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИР Института угля и углехимии СО РАН по программе 25.2. по проекту 25.2.4. Гос. per. № 0120. 0 405555 и хозяйственным договорам № 110-262002; №230-Г-НИИ-03 гос. контракт № 36.6656.11.0293 0293/2-ИУУ; №110-38-2003; №04001/05; №3/03-04.

Цель работы - разработать метод оценки газодинамической активности углеметановых пластов по геологоразведочным данным для совершенствования управления газопроявлениями при ведении горных работ.

Идея работы - газодинамическая активность пласта в зонах технологического влияния связана с неустойчивостью состояний системы «уголь-метан», изменяющей свои свойства под влиянием метаморфизма.

Задачи исследований. Исходя из анализа состояния вопроса и поставленной цели, при выполнении работы решались следующие задачи- уточнить особенности сорбционной метаноемкости каменных углей различных стадий метаморфизма и их связь с выбросоопасностью углеметановых пластов Кузбасса;

- установить зависимость максимальной газоносности каменноугольных пластов от глубины их залегания и выхода летучих веществ;

- установить, с использованием критериев устойчивости систем, особенности изменений энергетических показателей метастабильных состояний газонасыщенного угля и газоносного пласта;

- разработать метод количественной оценки склонности каменноугольных пластов к саморазрушению за счет энергии содержащегося в них метана.

Методы исследований. В качестве методической основы настоящей работы использован аппарат условных вероятностей и метод рандомизации, позволившие выделить основные признаки и установить эмпирические зависимости, характеризующие свойства и состояния системы уголь-метан. При анализе показателей их устойчивости использовались методические положения теории устойчивости систем. Обобщение результатов выполнено с привлечением методов геоинформатики, в части пространст-

венного представления свойств и газодинамических характеристик угле-метановых пластов.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Интервал метаморфизма наиболее выбросоопасных углемета-новых пластов характеризуется постоянством величины предельной сорб-ционной метаноемкости углей при изменяющемся коэффициенте сорбции.

2. Градиент роста и предел изменения максимальной метанонос-ности каменноугольных пластов с увеличением глубины залегания зависят от выхода летучих веществ.

3. Уровень газодинамической активности углеметановых пластов имеет связь с энергией релаксации метаноносности и метаноемкости при смене метастабильных состояний.

4. Склонность каменноугольных пластов к саморазрушению за счет энергии содержащегося в них метана характеризуется отношением энергии релаксации метаноносности к показателю прочности угля.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается:

- использованием представительного объема статистических и горнотехнологических данных (установление особенностей сорбционной метаноемкости по 728 пробам углей, установление особенностей метаноносности пластов по 15233 пластопересечениям 323 пластов 10 свит на 11 месторождениях Кузбасса, разрабатываемых 17 шахтами);

- согласованностью результатов анализа и обобщения с известными представлениями о свойствах и состояниях массивов газоносных горных пород;

- применением современных методов обработки больших информационных массивов;

- сходимостью количественных оценок газодинамической активности углеметановых пластов с фактическими данными.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые установлено, что градиент устойчивых изменений начальной интенсивности сорбции метана углем по мере роста предельной сорбционной метаноемкости углей 5 при избыточном давлении газа скачкооб-

разно меняет свое значение с 1,5 1/МПа на 2,0 1/МПа в точке « = 12 см3/г, что согласуется с критическими глубинами выбросоопасности пластов;

- впервые установлены значения предельной метаноносности угольных пластов и коэффициента метаноносности, а также их связь с выходом летучих веществ, причем, предельная метаноносность много больше соответствующей предельной сорбционной метаноемкости, а коэффициент метаноносности значительно меньше коэффициента сорбции;

- впервые для всего ряда каменных углей установлено, что значения энергии релаксации при смене метастабильных состояний метаноносности и метаноемкости угля с ростом выхода летучих веществ изменяются по параболическим зависимостям с вершиной, соответствующей углям средней стадии метаморфизма;

- впервые получен основанный на отношении энергии релаксации метаноносности пласта к прочности угля интегральный показатель газодинамической активности, позволяющий на основании геологоразведочных данных оценивать склонность различных зон пласта к саморазрушению и выполнять картирование уровней и видов газодинамической опасности.

Личный вклад автора состоит:

- в уточнении зависимости сорбционной метаноемкости каменных углей от выхода летучих веществ;

- в установлении эффекта бифуркации параметров сорбционной метаноемкости углей Кузбасса и их связи с выбросоопасностью пластов;

- в установлении эмпирической зависимости максимальной метаноносности каменноугольных пластов от глубины залегания и количественной оценке отличий показателей физико-химических связей в природных углеметановых геоматериалах и искусственно насыщенных метаном углях;

- в разработке основанного на значениях релаксации энергии системы уголь-метан метода и оценке склонности двухкомпонентной среды к разрушению твердой составляющей.

Практическое значение работы. Результаты исследования позволяют:

- количественно оценивать уровень газодинамической активности пласта или его участка с выделением вида газодинамической опасности;

- выполнять картирование углеметановых пластов по их природной газодинамической активности;

- рассчитывать предельную метаноносность каменных углей и с учетом ее значений аппроксимировать данные газового опробования при построении карт газоносности и геолого-газовых разрезов.

Реализация работы. Основные положения работы реализованы при разработке рекомендаций по повышению эффективности по газовому фактору очистных работ на выемочных участках № 567 ОАО" Шахты "Чер-тинская" (хоз. дог. № 3/03-04 от 26 июля 2004 г) и № 2587 ОАО "Шахта им. С.М. Кирова" (хоз. дог. № 3/03-04 от 1 ноября 2004 г).

Апробация работы. Основные результаты исследований:

- включены в качестве важнейших научных результатов в отчеты "Важнейшие итоги деятельности РАН в 2003 году" и "Основные научные результаты СО РАН в 2003 г";

- докладывались и обсуждались: на научных конференциях: "Молодые ученые Кузбассу. Взгляд в XXI век" (Кемерово, 2001, 2002); Международной научно-практической конференции "Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов" (Новокузнецк, 2003); научной конференции "Молодые ученые Кузбассу" (Кемерово, 2003); Ш региональной научно-практической конференции (Кемерово, 2004); VIII Всероссийской научно-практической конференции "Научное творчество молодежи (Томск, 2004); Международной конференции к 60-летию Горногеологического института ЗСФ АН СССР - Института горного дела СО РАН " Проблемы и перспективы развития горных наук" (Новосибирск, 2004); Научно-технической конференции к 75-летию со дня рождения профессора И.И. Медведева "Проблемы рудничной аэрологии и безопасной разработки месторождений полезных ископаемых" (Пермь, 2004); VI международной научно-практической конференции "Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности" (Кемерово, 2004).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 12 статьях и докладах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 97 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение, заключение, 1 таблицу и 51 рисунок, список использованной литературы из 101 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Основой разрабатываемого метода оценки газодинамической активности углеметановых пластов по горно-геологическим данным являются результаты исследований в области рудничной аэрогазодинамики и, в частности, свойств и условий залегания угольных пластов. Значительный вклад в развитие знаний о физической природе изучаемых явлений, формирование моделей и разработку средств исследования процессов внесли российские ученые: Айруни А.Т., Алексеев А.Д., Бобин В.А., Дубинин М.М., Жупахина Е.С., Забурдяев B.C., Зверев И.В., Зорин А.Н., Ефремов К.А., Ермеков М.А., Казаков С.П., Кузнецов С.В., Лидин Г.Д., Мурашев В.И., Петухов И.М., Полевщиков Г.Я., Премыслер Ю.С., Пузырев В.Н., Скочинский A.A., Чернов О.И., Ходот В.В., Фейт Г.Н., Эттингер И.Л., Ярунин С.А. и др. На созданной ими научной базе формировались основные положения данной работы.

1. Интервал метаморфизма наиболее выбросоопасных углеметановых пластов характеризуется постоянством величины предельной сорбциояной метаноемкости углей при изменяющемся коэффициенте сорбции.

Росту газодинамической активности пластов сопутствует повышение скорости газовыделения из насыщенного метаном угля. В начале второй половины прошлого века И.Л. Эттингером был разработан и широко применялся в горной практике способ прогноза выбросоопасности, основанный на измерении скорости десорбции метана. Но его низкая оперативность на фоне значительной изменчивости свойств выбросоопасных пластов потребовала поиска более совершенных методов. В результате, исследователями накоплен значительный экспериментальный материал о процессах сорбции углем метана и получены эмпирические зависимости, слу-

жагцие и в настоящее время значимым показателем при ощапример, кинетики газоистощения углеметановых пластов и отбитопр процессе ведения горных работ, региональном прогнозе выбросооги.

За прошедшие десятилетия разработаны более соверЕ методы анализа экспериментальных данных и резко возросли твкие возможности их применения. Представляет научный интерес рческую значимость использование этих возможностей для уточисобенно-стей сорбционных свойств каменных углей по отношению ву.

Информационной базой указанных исследований созданный ВостНИИ в 1968 г. каталог, который содержит данные по 7рам угля, отобранным на основных месторождениях Кузбасса. Его ддополня-лись опубликованными сведениями о содержании инертинс показателя петрографического состава. При анализе изотерм сор|ппрокси-мация результатов измерения выполнялась уравнениЬнгмюра: в = авР/(1+вР), где: а - предельная сорбционная метанвъ, см3/г; в - коэффициент сорбции, 1/МПа; Р - давление газа, МПа.

В качестве характеристик свойств угля, определяюшдения показателей сорбционной метаноемкости, анализировалась юсть выхода летучих веществ, содержания инертинита, глубины зия пласта в точке отбора пробы угля, аналитической и рабочей влажцстинного и кажущегося удельных весов и общей пористости.

Методом рандомизации подтверждено, что наиболеимой характеристикой является выход летучих веществ. Влияние вкчих факторов признано мало значимым, а установленная анализисимость показателей сорбции от глубины залегания пласта в точфа пробы угля обусловлена особенностями стратиграфии бассейна.

Из представленных на рисунках 1 и 2 результатов ито математические положения графиков показателей сорбции метаем от выхода летучих существенно отличаются от общепринятых (НИ).

Явно выделяется интервал (17 - 33%), в котором прея сорбционная метаноемкость каменных углей остается постоянной|>фициент сорбции изменяется. Согласно теории устойчивости системное по-

ведение свидетельствует о существовании некой переходной области, в которой система меняет характеристики устойчивости.

40

20

О 10 7(1

—~ установленная

-поВосгНИИ

* кльчупшсгая серия балахонская серия

30

V , %

10 20 - установленная -поВосгНИИ ко [путинская серия балахонская серия

30

50

Рисунок 1 - Зависимость предельной сорбционной метаноемкости углей Кузбасса от выхода летучих веществ

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента сорбции углей Кузбасса от выхода летучих веществ

Точку смены градиентов устойчивых изменений называют точкой бифуркации. Это качество связи отражается (в соответствии с рисунком 3) графиком изменения начальной интенсивности сорбционной метаноемкости (первая производная уравнения Ленгмюра при Р=0) с ростом предельной сорбционной метаноемкости каменных углей. Из рисунка видно, что смена градиентов устойчивых изменений с \|/1 на \|/2 происходит в точке а,ф=12 см3/г. Полученный результат позволяет заключить, что установлена бифуркация параметров сорбционной метаноемкости углей. Эффект заключается в смене, по мере роста предельной сорбционной метаноемкости углей (7 см3/г < а < 17 см3/г), градиента устойчивых изменений начальной

интенсивности

сорбционной

метаноемкости

(8 см /г-МПа < в < 28 см3/г-МПа). Смена с у1=1,5 1/МПа на у2=2,0 1/МПа происходит в интервале 10 см3/г < а < 12 см3/г. В точке бифуркации а,<р=12

см3/г

начальная

интенсивность

имеет

значения

от

01=17 см3/г-МПа до 02=21 см3/г-МПа. Установленные особенности поведения эмпирических зависимостей согласуются с выбросоопасностью основных стратиграфических структур Кузбасса. В правой части рисунка 3 представлены сведения о минимальных значениях выбросоопасных глу-

бин, полученные на основании опыта разработки 15 месторождений бассейна.

Выбросоопасная глубина, Н, м

25а 150-

Подсерии

Нижнвбапахонсквя Верхнебалвхонская

Ильинская

Ерунаковская

серии

Рисунок 3 - Изменения показателей сорбционной метаноемкости углей Кузбасса и выбро(»опасность пластов при подземной разработке месторождений: ад - предельная сорбционная метаноемкость при атмосферном давлении; а«р - критическое значение предельной сорбционной метаноемкости; а„ - выбросоопасное значение предельной сорбционной метаноемкости; Gi - нижняя граница бифуркации параметров сорбционной способности угля; G2 - верхняя граница бифуркации параметров сорбционной способности угля; У2 - градиенты устойчивого изменения сорбционной

способности

Интервалу бифуркации соответствуют свойства углей геологических структур, включающих пласты, опасные по внезапным выбросам угля и газа. Наибольшая газодинамическая активность пластов наблюдается при смене градиентов в точке бифуркации. В этих условиях горной практикой установлено снижение выбросоопасной глубины подземных горных работ до 150 м. Вне интервала смены градиентов устойчивых изменений параметров сорбционной метаноемкости выбросоопасная глубина в 2 и более раз больше. Следовательно, углеметановый пласт можно рассматривать как систему элементов с существенно отличающимися характеристиками физико-химической устойчивости.

При ведении горных работ в зонах бифуркации параметров связей уголь-метан пласт как совокупность элементов генетически способен сформировать возмущающий импульс, достаточный для развития саморазрушения. Эти качества объясняют внезапность, лавинообразность и очаговый характер грозных природно-техн о логических явлений в угольных

<

шахтах.

2. Градиент роста и предел изменения максимальной метанонос-ности каменноугольных пластов с увеличением глубины залегания зависят от выхода летучих веществ.

Установленный эффект бифуркации параметров сорбционной мета-ноемкости дополнительно подтверждает известные заключения о связи газодинамической активности пластов с их физико-химическими свойствами. Однако не менее известен и факт существенного несоответствия сорб-ционного потенциала угля и метаноносности пласта. По этой причине все методы оценки газодинамической активности пластов и параметров динамических газопроявлений опираются на значения метаноносности пласта. На рисунке 4 приведены данные о метаноносности пластов Кузбасса, из которых видно, что их совокупность может быть ограничена двумя границами. Верхняя граница носит экспоненциальный характер. Нижняя имеет вид логисты с асимптотой, возможно, равной значениям предела для верхней границы. Согласно общепринятым представлениям, переход значений метаноносности от верхней границы к нижней обусловлен газоистощением пластов под влиянием тектонических процессов. Следовательно, верхняя граница отражает состояние участков углеметановых пластов, не затронутых этим влиянием. Идентифицировать характер и степень влияния не представляется возможным. В тоже время, поскольку установлено, что наибольшая газодинамическая активность пласта связана с максимальным градиентом роста метаноносности с глубиной залегания, то для решения поставленной задачи достаточно выявить особенности свойств и состояний углеметановых геоматериалов у верхней границы. В качестве основы дан- <

ного этапа исследования приняты полученные в ИПКОН РАН под руководством А.Т. Айруни результаты, устанавливающие, что состояние "уголь-газ" имеет не две формы (свободная и сорбированная), а три формы: сво-

бодная, сорбированная и твердый углегазовый раствор (ТУГР). При этом газосодержание раствора определяется его напряженным состоянием. Снижение напряжений обуславливает распад раствора и газоистощение пласта практически независимо от значений газопроницаемости массива, т.к. она всегда больше нуля, а геологические периоды, безусловно, достаточны для стока метана на поверхность.

Развитие этих результатов выполнялось путем создания, прежде всего, электронной базы геологоразведочных данных 15233 пластопересече-ний по 11 месторождениям Кузбасса, охватывающей все стратиграфические структуры бассейна.

С целью исключения влияния на результаты анализа особенностей региональных изменений свойств и состояний пластов вся выборка по Кузбассу была разделена на подсерии и свиты. Для каждой из них определялись границы только максимальных для соответствующей глубины значений (в соответствии с рисунком 5). Установлено, что, согласно М.А. Ер-мекову, наиболее удобно графики этих границ аппроксимировать уравнением типа Ленгмюра (X = АВ$1/(1+в£), где: X - максимальная метанонос-ность пласта, м3/т; А - предельная метаноносность, при данном выходе летучих веществ, м3/т; В - коэффициент метаноносности, при данном выходе летучих веществ, 1/М37'*, Н - глубина залегания пласта, м*

Н.и

1000

Рисунок 4 - Изменение метаноносности углеметановых пластов Кузбасса с глубиной залегания

О 200 400 600 Н,... » ильиноия подсерия о ерунзшвская подсерия Рисунок 5 - Изменение метаноносности углеметановых пластов кольчугинской серии Кузбасса с глубиной залегания пластов

Методом рандомизации для всех угленосных свит Кузбасса были получены значения эмпирических коэффициентов А и В и найдена их связь с выходом летучих веществ (в соответствии с рисунками 6 и 7).

Сопоставление расчетных значений максимальной метаноносности пластов и сорбционной метаноемкости углей при соответствующем выходе летучих веществ показало, что при распаде ТУГР формируется сорбци-онный потенциал угля, составляющий 22-40 % от максимальной метаноносности. В связи с этим можно заключить, что снижение эффективности дегазации углеметановых пластов с ростом глубины залегания обусловлено увеличением доли растворенного в угле метана, не реагирующей на изменение давления свободного газа.

Рисунок 6 - Зависимость предельной Рисунок 7 - Зависимость коэффициента

метаноносности от выхода метаноносности от выхода

летучих веществ летучих веществ

Без заблаговременного разрушения ТУГР, например, посредством разгрузки пласта от горного давления при его под- или надработке соседним в свите, повышение этого эффекта невозможно.

3. Уровень газодинамической активности углеметановых пластов имеет связь с энергией релаксации метаноносности и метаноемкости при смене метастабильных состояний.

Реализации потенциальной энергии пласта в форме динамических газопроявлений предшествует развитие трещин при сохранении значительных объемов метана в единице массы угля. Именно на контроле этих

подготовительных процессов и основаны наиболее распространенные способы текущего прогноза выбросоопасности при проведении выработок: по начальной скорости газовыделения и выходу бурового штыба при бурении шпуров, по акустической шумности пласта.

Приведенные выше результаты исследования позволяют оценить участие газовой составляющей в газодинамическом процессе на стадии развития микро, а затем и макротрещин. Наиболее вероятным источником их зарождения являются дислокации в ТУГР. Но время распада ТУГР измеряется часами, что исключает непосредственное участие значимой части растворенного метана в динамическом процессе. Следовательно, обязателен заблаговременный переход части газа из твердого раствора в сорбированное и свободное состояния. Этот переход сопровождается выделением энергии, удельные значения которой могут служить показателем потенциальной способности геоматериала определенной прочности к образованию дополнительной поверхности (деструкция).

В качестве возможного подхода к количественной оценке энергетических потенциалов метаноемкости и метаноносности можно, согласно И.Л. Эттингеру, использовать соответствующие положения теории устойчивости систем, определяющие правила анализа на основе величины энергии релаксации системы при смене метастабильных состояний. Если расчет опирается на установленные выше эмпирические коэффициенты уравнения Ленгмюра, то получаемую величину следует рассматривать как предельное значение энергий релаксации метаноемкости (в соответствии с рисунком 8) и метаноносности (в соответствии с рисунком 9) для углей с определенным выходом летучих.

Знакопеременный характер изменения величины энергии релаксации метаноемкости и ее минимум на интервале средней стадии метаморфизма согласуются (в соответствии с рисунком 3) с данными кривой бифуркации и газодинамической опасности пластов Кузбасса. Минимизация энергии указывает на возможность роста, при прочих равных условиях, скорости десорбции метана, что также согласуется с ранее отмеченными особенностями способа прогноза выбросоопасности по начальной скорости десорбции.

Д кольчугинская серия • балахонская серия

О

10

Выбрасоопаа глубина, м

Л

&

20 30 у"8! %

150-250 250-500 500-700

Рисунок 8 - Зависимость предельных значений энергии релаксации метаноемкости от выхода летучих веществ

В части природной системы "уголь-метан" (ТУГР) установлена существенно иная связь (в соответствии с рисунком 9). Координаты представленных на этом рисунке точек рассчитывались по формуле

Епр = 0,25—, кДж/кг В

(1)

х ильниская подсерия ■ верхиеба-мхонекая подсерня нюкнебалахонекая подссрия а еруиаш&скал иодсерия

Выбросоопасная

Рисунок 9 - Изменение предельных значений энергии релаксации метаноносности от выхода летучих веществ

Результат четко разделяет стратиграфические структуры Кузбасса согласно их газодинамической активности. Отдельные участки месторождений кольчугинской серии также способны создать затруднения при ведении горных работ в результате дезинтеграции пласта при распаде ТУГР.

4. Склонность каменноугольных пластов к саморазрушению за счет энергии содержащегося в них метана характеризуется отношением энергии релаксации метаноносности к показателю прочности угля.

Сопоставляя результаты исследования, представленные на рисунках 3, 8 и 9, видим, что угольные пласты средней стадии метаморфизма, обладая наибольшей изменчивостью свойств, характеризуются относительно небольшими потерями энергии при десорбции метана и повышенным природным энергетическим потенциалом. Приближение выработки к зоне с резкой изменчивостью свойств углеметанового пласта, изменяя его напряженное состояние, провоцирует распад ТУГР с выделением энергии, расходующуюся на деструкцию угля и интенсификацию газоотдачи. Естественно, что при равных энергетических потенциалах их газодинамические следствия тем выше, чем ниже прочность угля. Эти качества и обусловливают как приуроченность газодинамической опасности при ведении горных работ к зонам геологических нарушений, так и работоспособность наиболее известных способов текущего прогноза выбросоопасности по начальной скорости газовыделения через поверхность шпура и акустической активности массива.

Согласно установленным особенностям в качестве показателя газодинамической активности пласта можно принять отношение значений энергии релаксации метаноносности и коэффициента крепости угля, определяемого методом толчения, т.е. по затратам энергии на разрушение.

В этой части работы были использованы полученные Г.Я. Полевщи-ковым экспериментальные данные об образовании удельной поверхности при дроблении образцов угля за счет энергии содержащегося в них газа. На их основе получено выражение, согласующееся с известными данными об энергоемкости разрушения углей и позволяющее выполнять зонирование пласта по газодинамической активности (в соответствии с рисунком 10):

где/- коэффициент крепости угля по М.М. Протодьяконову, усл.ед.

Приведенная на рисунке критическая граница выбросоопасности по ВостНИИ в целом отражает основную тенденцию изменения газодинамической активности пласта, но на фоне полученного результата ее можно рассматривать как первое приближение. При этом, показатель К позволяет выделить не только наиболее энергонасыщенные зоны, но и, что не менее важно, области повышенной изменчивости энергетического потенциала. В этих зонах вероятность динамических газопроявлений максимальна, что и подтверждается координатами зарегистрированных внезапных выбросов. Изложенный подход проявил работоспособность и на пласте с выходом летучих веществ 42%, т.е. на интервале минимизации сорбционной способности угля и релаксации энергии углеметанового пласта (пласт Поле-новский, Ленинское месторождение Кузбасса). Путем построения зон повышенного горного давления (ПГД) от целиков на вышележащем пласте Болдыревском установлена резкая изменчивость показателя деструкции в окрестности этих зон.

Ф - места внезапных выбросов угля и газа

Рисунок 10 - Карта показателя газодинамической деструкции пласта ХХУП Березово-Бирюлинского месторождения Кузбасса

Полное картирование показателя (в соответствии с рисунком 11) и анализ оперативной информации о газовой обстановке в горных выработках пласта Поленовского позволило выделить зоны резкой интенсификации газовыделения при отбойке угля.

Поленовского Ленинского месторождения Кузбасса: а-отработанные выемочные столбы по пласту Болдыревскому;

Ь-выемочный столб по нижележащему пласту Поленовскому

Разработанные рекомендации по уточнению схемы дегазации разрабатываемого пласта обеспечили рост производительности выемочного участка с 3500 т/сут до 8000 т/сут.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основе изучения свойств углегазоносных массивов горных пород, особенностей взаимосвязей угля и метана решена задача разработки метода количественной оценки по геологоразведочным данным газодинамической активности углеметановых пластов для совершенствования управления газопроявлениями при ведении горных работ.

Основные научные выводы и практические результаты заключаются в следующем:

1. Экспериментально установлена бифуркация параметров сорбци-онной метаноемкости углей, заключающаяся в смене, по мере роста предельной сорбционной метаноемкости углей (7 см3/г < s < 17 см3/г), градиента устойчивых изменений начальной интенсивности сорбционной метаноемкости с \j/i=l,5 1/МПа на у2=2,0 1/МПа. В точке бифуркации s ,ф=12 см3/г сосредоточены свойства пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа с глубины 150 м. На участках устойчивых изменений начальной интенсивности глубина критической границы выбросоопасно-сти возрастает в несколько раз.

2. Эмпирические зависимости предельной метаноносности и коэффициента метаноносности от выхода летучих веществ имеют вид парабол с вершинами при V^ = 25 %. Для значений предельной метаноносности здесь расположен максимум, а коэффициента газоносности минимум. В диапазоне Vdaf = 10-42 % предельная метаноносность изменяется от 31 м3/т до 86 м а коэффициент метаноносности от 0,03 1/МПа до 0,12 1/МПа. При равном выходе летучих веществ предельная метаноносность превышает предельную сорбционную метаноемкость в 2,5- 5,0 раз, а коэффициент метаноносности меньше коэффициента сорбционной метаноемкости в 20-35 раз.

3. Значения энергии релаксации метаноносности и метаноемкости угля с ростом выхода летучих веществ изменяются по параболической зависимости, соответственно, от 50 кДж/кг до 180 кДж/кг (Vdaf=22 %) и от 2 кДж/кг до 3 кДж/кг. В долевой форме, энергия релаксации метаноемкости для каменных углей составляет менее 4 %. Это позволяет при горнотехнологических оценках пренебречь потерями энергии при распаде ТУГР на сорбцию части выделяющегося метана.

4. Величина энергии релаксации метаноносности при смене метаста-бильных состояний углеметанового геоматериала, отнесенная к значению коэффициента крепости угля по М.М. Протодьяконову, может характеризовать склонность материала к саморазрушению (деструкции). Предельный энергетический потенциал релаксации ТУГР эквивалентен работе по дроблению угля с коэффициентом крепости 1 до средневзвешенных диаметров частиц 1,9 мм.

5. Показатель газодинамической деструкции, обобщающий влияние глубины залегания, газоносности, выхода летучих веществ и прочности, обеспечивает количественное зонирование углеметанового пласта по потенциальной склонности к саморазрушению. Изменения его величины в плоскости пласта соответствуют реальной газодинамической опасности и могут служить основой для уточнения мероприятий по ее управлению.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Киряева Т.А. Оценка эмиссии метана при открытой разработке угольных месторождений. Г .Я. Полевщиков, E.H. Козырева, Т.А. Киряева. // Горный информационно-аналитический бюллетень.-.2003.-.№ 8 -С. 103 -105.

2. Киряева Т.А. Особенности распределения газового потенциала участка углеметанового месторождения, разрабатываемого открытым способом. Г.Я. Полевщиков, E.H. Козырева, Т.А. Киряева. // Горный информационно-аналитический бюллетень.-.2003.-.№ 9 - С. 82 - 84.

3. Киряева Т.А. Попутная добыча метана на угольных разрезах. / E.H. Козырева, Т.А. Киряева, О.В. Брюзгина // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Международная научно-практическая конференция. Новокузнецк, 2003. - С. 17 - 23.

4. Киряева Т.А. Распределение газового потенциала горного блока и метанообильность выемочных участков / В.Г. Пестриков, Т.А. Киряева// II Областная научная конференция "Молодые ученые Кузбассу": Сборник трудов. - Кемерово: Полиграф, 2003. - С. 262 - 264.

5. Киряева Т.А. К вопросу об установлении критических значений природной газоносности участков угольных пластов, склонных к газодинамическим проявлениям / В.А. Рудаков, Т.А.Киряева // Вопросы безопасности труда на горных предприятиях. - Кемерово: КузГТУ, 2003. выпуск №2. -С. 99- 123.

6. Киряева Т.А. Оценка газодинамической активности основных стратиграфических структур Кузбасса / Т.А Киряева // Информационные

недра Кузбасса: Труды Ш региональной научно-практической конференции. - Кемерово: ИНТ, 2004. - С. 228 - 229.

7. Киряева Т.А. Определение начального газовыделения из разрушаемого угля / Т.А. Киряева, М.С. Плаксин // Материалы VÜI Всероссийской научно-практической конференции "Научное творчество молодежи. -Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. - С. 41 - 42.

8. Киряева Т.А. Особенности распределения газового потенциала участка углеметанового месторождения, разрабатываемого открытым способом. Г.Я. Полевщиков, E.H. Козырева, Т.А. Киряева. // Горный информационно-аналитический бюллетень.-.2004.-.№ 2 - С. 146 - 148.

9. Киряева Т.А. Генетические признаки устойчивости углеметановых геоматериалов / А.Б. Логов, Т.А. Киряева // Проблемы и перспективы развития горных наук: Международная конференция к 60-летию Горногеологического института ЗСФ АН СССР - Института горного дела СО РАН. Новосибирск, 2004. - С. 19 - 23.

10. Киряева Т.А. Влияние параметров устойчивости системы газоносных геоматериалов на газодинамическую активность разрабатываемых пластов / Г.Я. Полевщиков, Т.А. Киряева // Проблемы рудничной аэрологии и безопасной разработки месторождений полезных ископаемых: Научно-техническая конференция к 75-летию со дня рождения профессора И.И. Медведева. Пермь, 2004. - С. 62 - 67.

11. Киряева Т.А. Управление газодинамическими следствиями повышенных темпов подвигания подготовительных забоев / Г.Я. Полевщиков, Т.А. Киряева // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Материалы VI международной научно-практической конференции. Кемерово, 2004. - С. 25 - 27.

12. Киряева Т.А. Физико-химическая основа внезапности динамических газопроявлений в угольных шахтах / Г.Я. Полевщиков, Т.А. Киряева, E.H. Козырева // Горный информационно-аналитический бюллетень,-2004.-.№ 8 - С. 81-87.

№1 5 8 3 7

РНБ Русский фонд

2006-4 14333

Подписано к печати 24.08.2005. Формат 60х84'/16. Объем 1,0 усл. печ. л. Тираж 100 экз. РИО ИУУ СО РАН 650610, Кемерово, ГСП-610, ул. Рукавишникова, 21. Тел 210-500

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Киряева, Татьяна Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ.

1 • УТОЧНЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СОРБЦИОННОЙ МЕТАНОЕМ-КОСТИ КАМЕННЫХ УГЛЕЙ И ИХ СВЯЗИ С ВЫБРОСООПАС-НОСТЬЮ ПЛАСТОВ.

1.1. Основные представления о физико-химических причинах содержания метана в угольных пластах.

1 -2. Уточнение зависимости сорбционной метаноемкости углей от выхода летучих веществ. 1.3. Анализ влияния основных свойств углей на их сорбционную метаноемкость.

1-4. Изучение влияния глубины залегания пластов в точке отбора проб угля на сорбционную метаноемкость угля.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МЕТАНОНОСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ОТ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ И ВЫХОДА ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ.

2.1. Исходные положения.

2.2. Установление зависимости метаноносности угольных пластов Кузбас

• са от глубины залегания и выхода летучих веществ.

2.3. Оценка взаимной обусловленности содержания растворенного и сорбированного метана в пластах угля.

2.4. Проверка установленной зависимости для оценки максимальной метаноносности пластов для условий других бассейнов.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИЗМЕНЕНИЙ МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ГАЗОНАСЫЩЕННОГО УГЛЯ И ГАЗОНОСНОГО ПЛАСТА.\.

3.1. Обоснование показателей устойчивости систем уголь-метан.

3.2. Анализ релаксационной способности метаноемкости угля.

3.3. Анализ релаксационной способности метаноносности угольного пласта.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ СКЛОННОСТИ КАМЕННОУГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ К САМОРАЗРУШЕНИЮ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ СОДЕРЖАЩЕГОСЯ В НИХ МЕТАНА.

4.1. Общие положения.

4.2. Обоснование метода.

4.3. Анализ газокинетических следствий частичной надработки углемета-новых пластов.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка метода оценки газодинамической активности углеметановых пластов по геологоразведочным данным"

Актуальность работы. Уровень решения научно-технических задач, связанных с оценкой состояния массива горных пород, в значительной мере определяет себестоимость добычи угля, производительность и безопасность труда. Сложность постановки и решения этих задач существенно возрастают при наличии газа в количествах и состояниях, достаточных для интенсификации геомеханических процессов.

Резко возросшие в последние годы скорости подвигания очистных забоев и значительный рост размеров выемочных столбов:

- резко интенсифицировали динамику газопритоков из пласта и отбиваемого угля;

- значительно усилили влияние изменения свойств пласта на площади выемочного столба, а, тем более, выемочного поля;

- ранее приемлемые погрешности в оценках метанообильности комплексно-механизированных участков вышли за пределы резервов системы управления газовыделением даже на пластах, газоносностью которых ранее практически пренебрегали;

- наиболее привлекательны запасы коксующихся углей, но разработка таких пластов в Кузбассе уже с глубины 150 м от поверхности сопряжена с наиболее грозными природно-технологическими явлениями - внезапными выбросами угля и газа.

Технический прогресс в угледобыче требует решений качественно нового уровня - количественной оценки потенциальной газодинамической активности углеметановых пластов с выделением зон различных видов и уровней опасности газопроявлений и пространственным представлением результата. Существующие методы оценки свойств и состояний углеметанового пласта не обеспечивают решения столь широкого круга задач рудничной аэрогазодинамики с единых позиций, а как свидетельствует мировой опыт, горноэкспериментальный путь инженерных решений сопровождается авариями.

Изложенное указывает на высокую актуальность разработки метода оценки газодинамической активности углеметановых пластов по геологоразведочным данным, имеющего важное научное и практическое значение. Решению этой задачи соответствуют условия Кузнецкого бассейна, горнотехнологические особенности которого достаточно многообразны.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИР Института угля и углехимии СО РАН по программе 25.2. по проекту 25.2.4. Гос. per. № 0120. 0 405555 и хозяйственным договорам № 110-26-2002; №230-Г-НИИ-03 гос. контракт № 36.6656.11.0293 0293/2-ИУУ; №110-38-2003; №04001/05; №3/03-04.

Цель работы - разработать метод оценки газодинамической активности углеметановых пластов по геологоразведочным данным для совершенствования управления газопроявлениями при ведении горных работ.

Идея работы - газодинамическая активность пласта в зонах технологического влияния связана с неустойчивостью состояний системы «уголь-метан», изменяющей свои свойства под влиянием метаморфизма.

Задачи исследований. Исходя из анализа состояния вопроса и поставленной цели, при выполнении работы решались следующие задачи:

- уточнить особенности сорбционной метаноемкости каменных углей различных стадий метаморфизма и их связь с выбросоопасностью углеметановых пластов Кузбасса;

- установить зависимость максимальной газоносности каменноугольных пластов от глубины их залегания и выхода летучих веществ;

- установить, с использованием критериев устойчивости систем, особенности изменений энергетических показателей метастабильных состояний газонасыщенного угля и газоносного пласта;

- разработать метод количественной оценки склонности каменноугольных пластов к саморазрушению за счет энергии содержащегося в них метана.

Методы исследований. В качестве методической основы настоящей работы использован аппарат условных вероятностей и метод рандомизации, позволившие выделить основные признаки и установить эмпирические зависимости, характеризующие свойства и состояния системы уголь-метан. При анализе показателей их устойчивости использовались методические положения теории устойчивости систем. Обобщение результатов выполнено с привлечением методов геоинформатики, в части пространственного представления свойств и газодинамических характеристик углеметановых пластов.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Интервал метаморфизма наиболее выбросоопасных углеметановых пластов характеризуется постоянством величины предельной сорбционной ме-таноемкости углей при изменяющемся коэффициенте сорбции.

2. Градиент роста и предел изменения максимальной метаноносности каменноугольных пластов с увеличением глубины залегания зависят от выхода летучих веществ.

3. Уровень газодинамической активности углеметановых пластов имеет связь с энергией релаксации метаноносности и метаноемкости при смене метастабильных состояний.

4. Склонность каменноугольных пластов к саморазрушению за счет энергии содержащегося в них метана характеризуется отношением энергии релаксации метаноносности к показателю прочности угля.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается:

- использованием представительного объема статистических и горнотехнологических данных (установление особенностей сорбционной метаноемкости по 728 пробам углей, установление особенностей метаноносности пластов по 15233 пластопересечениям 323 пластов 10 свит на 11 месторождениях Кузбасса, разрабатываемых 17 шахтами);

- согласованностью результатов анализа и обобщения с известными представлениями о свойствах и состояниях массивов газоносных горных пород;

- применением современных методов обработки больших информационных массивов;

- сходимостью количественных оценок газодинамической активности уг-леметановых пластов с фактическими данными.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые установлено, что градиент устойчивых изменений начальной интенсивности сорбции метана углем по мере роста предельной сорбционной метаноемкости углей 5 при избыточном давлении газа скачкообразно меняет свое значение с 1,5 1/МПа на 2,0 1/МПа в точке ж = 12 см3/г, что согласуется с критическими глубинами выбросоопасности пластов;

- впервые установлены значения предельной метаноносности угольных пластов и коэффициента метаноносности, а также их связь с выходом летучих веществ, причем, предельная метаноносность много больше соответствующей предельной сорбционной метаноемкости, а коэффициент метаноносности значительно меньше коэффициента сорбции;

- впервые для всего ряда каменных углей установлено, что значения энергии релаксации при смене метастабильных состояний метаноносности и метаноемкости угля с ростом выхода летучих веществ изменяются по параболическим зависимостям с вершиной, соответствующей углям средней стадии метаморфизма;

- впервые получен основанный на отношении энергии релаксации мета-ноносности пласта к прочности угля интегральный показатель газодинамической активности, позволяющий на основании геологоразведочных данных оценивать склонность различных зон пласта к саморазрушению и выполнять картирование уровней и видов газодинамической опасности.

Личный вклад автора состоит:

- в уточнении зависимости сорбционной метаноемкости каменных углей от выхода летучих веществ;

- в установлении эффекта бифуркации параметров сорбционной метаноемкости углей Кузбасса и их связи с выбросоопасностью пластов;

- в установлении эмпирической зависимости максимальной метанонос-ности каменноугольных пластов от глубины залегания и количественной оценке отличий показателей физико-химических связей в природных углеметано-вых геоматериалах и искусственно насыщенных метаном углях;

- в разработке основанного на значениях релаксации энергии системы уголь-метан метода и оценке склонности двухкомпонентной среды к разрушению твердой составляющей.

Практическое значение работы. Результаты исследования позволяют:

- количественно оценивать уровень газодинамической активности пласта или его участка с выделением вида газодинамической опасности;

- выполнять картирование углеметановых пластов по их природной газодинамической активности;

- рассчитывать предельную метаноносность каменных углей и с учетом ее значений аппроксимировать данные газового опробования при построении карт газоносности и геолого-газовых разрезов.

Реализация работы. Основные положения работы реализованы при разработке рекомендаций по повышению эффективности по газовому фактору очистных работ на выемочных участках № 567 ОАО" Шахты "Чертинская" (хоз. дог. № 3/03-04 от 26 июля 2004 г) и № 2587 ОАО "Шахта им. С.М. Кирова" (хоз. дог. № 3/03-04 от 1 ноября 2004 г).

Апробация работы. Основные результаты исследований:

- включены в качестве важнейших научных результатов в отчеты "Важнейшие итоги деятельности РАН в 2003 году" и "Основные научные результаты СО РАН в 2003 г";

- докладывались и обсуждались: на научных конференциях: "Молодые ученые Кузбассу. Взгляд в XXI век" (Кемерово, 2001, 2002); Международной научно-практической конференции "Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов" (Новокузнецк, 2003); научной конференции "Молодые ученые Кузбассу" (Кемерово, 2003); III региональной научно-практической конференции (Кемерово, 2004); VIII Всероссийской научно-практической конференции "Научное творчество молодежи (Томск, 2004); Международной конференции к 60-летию Горно-геологического института ЗСФ АН СССР - Института горного дела СО РАН " Проблемы и перспективы развития горных наук" (Новосибирск, 2004); Научно-технической конференции к 75-летию со дня рождения профессора И.И. Медведева "Проблемы рудничной аэрологии и безопасной разработки месторождений полезных ископаемых" (Пермь, 2004); VI международной научно-практической конференции "Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности" (Кемерово, 2004).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 12 статьях и докладах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 97 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение, заключение, 1 таблицу и 54 рисунка, список использованной литературы из 101 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Киряева, Татьяна Анатольевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основе изучения свойств углегазоносных массивов горных пород, особенностей взаимосвязей угля и метана решена задача разработки метода количественной оценки по геологоразведочным данным газодинамической активности углеметановых пластов для совершенствования управления газопроявлениями при ведении горных работ.

Основные научные выводы и практические результаты заключаются в следующем:

1. Экспериментально установлена бифуркация параметров сорбционной метаноемкости углей, заключающаяся в смене, по мере роста предельной сорб

3 3 ционной метаноемкости углей (7 см /г < а < 17 см /г), градиента устойчивых изменений начальной интенсивности сорбционной метаноемкости с ij/i=l,5 1/МПа на \|/г-2,0 1/МПа. В точке бифуркации акр=12 см3/г сосредоточены свойства пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа с глубины 150 м. На участках устойчивых изменений начальной интенсивности глубина критической границы выбросоопасности возрастает в несколько раз.

2. Эмпирические зависимости предельной метаноносности и коэффициента метаноносности от выхода летучих веществ имеют вид парабол с вершинами при Vdaf = 25 %. Для значений предельной метаноносности здесь расположен максимум, а коэффициента газоносности минимум. В диапазоне Vdaf = 10-42 % предельная метаноносность изменяется от 31 м3/т до 86 м3/т, а коэффициент метаноносности от 0,03 1/МПа до 0,12 1/МПа. При равном выходе летучих веществ предельная метаноносность превышает предельную сорбционную метаноемкость в 2,5- 5,0 раз, а коэффициент метаноносности меньше коэффициента сорбционной метаноемкости в 20-35 раз.

3. Значения энергии релаксации метаноносности и метаноемкости угля с ростом выхода летучих веществ изменяются по параболической зависимости, соответственно, от 50 кДж/кг до 180 кДж/кг (Vda-22 %) и от 2 кДж/кг до 3 кДж/кг. В долевой форме, энергия релаксации метаноемкости для каменных углей составляет менее 4 %. Это позволяет при горнотехнологических оценках пренебречь потерями энергии при распаде ТУГР на сорбцию части выделяющегося метана.

4. Величина энергии релаксации метаноносности при смене метастабиль-ных состояний углеметанового геоматериала, отнесенная к значению коэффициента крепости угля по М.М. Протодьяконову, может характеризовать склонность материала к саморазрушению (деструкции). Предельный энергетический потенциал релаксации ТУГР эквивалентен работе по дроблению угля с коэффициентом крепости 1 до средневзвешенных диаметров частиц 1,9 мм.

5. Показатель газодинамической деструкции, обобщающий влияние глубины залегания, газоносности, выхода летучих веществ и прочности, обеспечивает количественное зонирование углеметанового пласта по потенциальной склонности к саморазрушению. Изменения его величины в плоскости пласта соответствуют реальной газодинамической опасности и могут служить основой для уточнения мероприятий по ее управлению.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Киряева, Татьяна Анатольевна, Кемерово

1. Айруни А.Т. Основы предварительной дегазации угольных пластов на больших глубинах./ А.Т Айруни // М.: Наука, 1970.

2. Айруни А.Т. Прогнозирование и предотвращение газодинамических явлений в угольных шахтах. М.: Наука, 1987. - 310 с.

3. Айруни А.Т. Способы борьбы с выделениями метана на угольных шахтах. М.: Изд. ЦНИЭИугля, 1991. - 64 с.

4. Айруни А.Т. Теория и практика борьбы с рудничными газами на больших глубинах. -М.: Недра, 1981, -335 с.

5. Айруни А.Т., Бессонов Ю.Н. Передовая дегазация разрабатываемого пласта скважинами // Сб. Управление газовыделением и пылеподавлением в шахтах. М.: Наука, 1972. - С. 27-37.

6. Арцер A.C. Угли Кузбасса: происхождение, качество, использование./ А.С Арцер, С.И Протасов // кн. 1. Кемерово: Кузбассгостехуниверситет, 1999.- 177 с.

7. Багдасаров Р.Г. Научные сообщения. М., Изд-во ИГД им. А.А.Скочинского, № 94, 1972, С. 86.

8. Бакалдина А.П. Влияние петрографического состава углей на их сорбционную метаноемкость // Изв. вузов. Горный журнал. 1964. № 4.

9. Бакалдина А.П. Сорбционная метаноемкость углей различного петрографического состава (на примере углей Прокопьевско-Киселевского района Кузнецкого бассейна) // Изв. вузов. Геология и разведка. 1964. № 9.

10. Бархатова В.И. Исследование метаноемкости мощных угольных пластов Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса // Вопросы безопасности в угольных шахтах. М.: ГНТИ, 1962, С. 81-92.

11. Батраков Н.Ф. Физическая модель системы уголь-газ. Ростов-на-Дону.:Изд-во СКРЦНВШ, 1992.-271 с.

12. Белоконь В.Г. Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР, М.: Недра, 1979, т.1, - 626 с.

13. Белоконь В.Г. Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР, М: Недра, 1979, т.2, - 455 с.

14. Бобин В.А. Сорбционные процессы в природном угле и его структура. М.: Изд. ИПКОН АН СССР, 1987. - 135 с.

15. Временная инструкция по прогнозу метанообильности шахт СССР. М. Недра, 1965.

16. Газообильность каменноугольных шахт СССР / А.Т. Айруни, P.A. Галазов, И.В. Сергеев и др. Эффективные способы искусственной дегазации угольных пластов на больших глубинах. М.: Наука, 1987. - 200 с.

17. Дмитриев A.M. Научные сообщения / А.М Дмитриев, H.H. Куликова. М.,Изд-во ИГД им. A.A. Скочинского, № 89, 1970, С. 93.

18. Дмитриев A.M. Сорбционная метаноемкость углей в зависимости от их природной влажности / A.M. Дмитриев, Г.И. Минаева // Науч. сообщ. Инт горн дела им. А. А. Скочинского. М., 1977. Вып. 157.

19. Дубинин М.М. Изв.АН БССР, серия хим. наук, 6, 1966, 6.

20. Дубинин М.М., Астахов В.А. // Изв. АН СССР, серия химическая, 1971, №5.

21. Дубинин М.М., Онусайтис Б.А. Параметры пористой структуры рационального ассортимента промышленных активных углей // Углеродные адсорбенты и их применение в промышлености. Пермь, 1969.

22. Ермеков М.А. О применимости теории Лэнгмюра к изучению мета-ноемкости ископаемых углей / М.А. Ермеков, О.Ш. Ортенберг // Изв. вузов. Горный журнал. 1976. № 1.

23. Ермеков М.А. Пути совершенствования прогнозов газоносности угольных пластов и газообильности выработок шахт в Карагандинском бассейне. // Проблемы современной рудничной аэрологии. М.:Наука, 1974. - 262 с.

24. Йосс Ж. Элементарная теория устойчивости и бифуркаций / Ж.Йосс, Д. Джозеф. М.: Мир, 1983. - 301 с.

25. Каталог метаноемкости углей Кузбасса. Кемерово, ВостНИИ. 1969.-32 с.

26. Киряева Т.А. Особенности связи метаморфизма угля с его сорбци-онной способностью// Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Международная научно-практическая конференция. Новокузнецк, 2005. С. 103-107.

27. Коган Г.Л. Коллекторские свойства угля и расчет снижения давления газа при дегазации выбросоопасных угольных пластов / Г.Л. Коган, В.Г Крупеня, Ю.С. Премыслер // Киев, 1973.

28. Комплексная разработка метаноносных угольных месторожде-ний/В.Е. Зайденварг, А.Т. Айруни, P.A. Галазов и др. М.: Изд. ЦНИЭИугля, 1993.-143 с.

29. Кривицкая P.M. Методические указания по определению сорбци-онной газоемкости углей Донецкого бассейна до давления 100 ат с учетом содержания высших углеродов и природной влажности / Т.В. Струковская, Т.Г. Латышева. Макеевка, 1972.

30. Ксенофонтова А.И. Влияние предварительного увлажнения пласта через длинные скважины на метановыделение в очистном забое / А.И. Ксенофонтова, A.C. Бурчаков, К.З. Ушаков // Технология и экономика угледобычи. -1966. -№1.-С. 58-62.

31. Лидин Г. Д., Газообильность каменноугольных шахт СССР. / Г. Д. Лидин, А.Т. Айруни // Газообильность каменноугольных шахт центрального региона Донецкого бассейна. М., 1963. - т. 3.

32. Лидин Г.Д. Газообильность каменноугольных шахт СССР / Г.Д. Лидин // М.-Л. Изд-во АН СССР, 1949. т. I

33. Лидин Г.Д. К вопросу о закономерности выделения метана из угля, отторгнутого из массива // Управление газовыделением и пылеподавлением в шахтах. М.: Наука, 1972. - С. 32-36.

34. Лидин Г.Д. О возможности теоретического расчета потенциальной метаноемкости угольных пластов на больших глубинах / Г.Д. Лидин, И.Л. Эт-тингер., Н.В. Шульман. // Уголь, 1973. № 5,

35. Лидин Г.Д. Сорбция метана ископаемыми углями при высоких давлениях // Изв. АН СССР. Отд. техн. наук. 1941. № 3.

36. Логов А.Б. Математические модели диагностики уникальных объектов / А.Б. Логов, Р.Ю. Замараев. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. -228с.

37. Малышев Ю.Н., Айруни А.Т., Худин Ю.Л., Болышшский М.И. Методы прогноза и способы предотвращения выбросов газа, угля и пород. М.: Недра, 1995.-352 с.

38. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Айруни А.Т. Фундаментально-прикладные методы решения проблемы угольных пластов. М.: ИАГН, 2000 -519 с.

39. Методика исследования упругих свойств углей//Сб. Актуальные проблемы рудничной аэрогазодинамики/ИПКОН АН СССР. М.:1986. - С. 4245.

40. Методические указания по определению содержания сорбированного и свободного метана в ископаемых углях. Макеевка, 1977.

41. Мостеллер Ф. Анализ данных и регрессия / Ф. Мостеллер, Дж.Тьюки; М.: Финансы и статистика, 1982. - 319 с.

42. Номограммы для расчета газовыделения при разрушении угля. -Люберцы, 1967.- 171 с.

43. Ольховиченко А.Е. Динамика газовыделения при мгновенном разрушении насыщенного метаном угля с естественной влагой // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. 1968, №8, С. 19-20.

44. Пальвелев В.Т. О содержании метана в угольных пластах. Изв. АН СССР, ОТН №5-6,1942.

45. Пальвелев В.Т. Сорбция метана ископаемыми углями Донбасса при высоких давлениях. Изв. АН СССР, ОТН № 6,1945.

46. Пальвельев В.Т. Определение истинного веса ископаемых углей // Изв АН СССР. Отд. техн. наук. 1942. № 5-6.

47. Полевщиков Г.Я. Динамические газопроявления при проведении подготовительных и вскрывающих выработок в угольных шахтах. Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2003. - 317 с.

48. Полевщиков Г.Я. Особенности распределения газового потенциала участка углеметанового месторождения, разрабатываемого открытым способом / Г.Я. Полевщиков, E.H. Козырева, Т.А. Киряева. // Горный информационно-аналитический бюллетень.-.2003.-.№ 9 С.82-84.

49. Полевщиков.Г.Я. Особенности углеметановых месторождений Кузбасса./ Г.Я. Полевщиков, Т.А. Киряева // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Международная научно-практическая конференция. Новокузнецк, 2005. С. 110-111.

50. Полевщиков Г.Я. Разработка методов расчета безопасных параметров локализации внезапных выбросов угля и газа. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Кемерово, 1982. - 23 с.

51. Потапов П.В., Применение методов шахтной геофизики при установлении опасных по газодинамическим явлениям участков шахтопластов для шахт Кузбасса / П.В.Потапов, В.А. Рудаков // Безопасность угольных предприятий: ФГУП НЦ ВостНИИ. Кемерово, 2004. - 273 с.

52. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. М., Недра, 1973.-511 с.

53. Премыслер Ю.С. Прибор для точного определения истинного удельного веса горных пород // Заводская лаборатория. 1952. №4.

54. Прохоров A.M. Физический энциклопедический словарь.-Москва: Сов.энциклопедия, 1984. 943 с.

55. Распад газоугольных твердых растворов / А.Д. Алексеев, А.Т. Ай-руни, И.В. Зверев и др.//Сб. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Новосибирск, 1994. - №3. - С. 65-70.

56. Рудаков В.А. Особенности сорбционной метаноемкости углей Кузбасса./ В.А. Рудаков, Т.А.Киряева // Вопросы безопасности труда на горных предприятиях. Кемерово: КузГТУ, 2003. выпуск №2. С. 123-127.

57. Руководство по дегазации угольных шахт. М., Недра, 1990. 186 с.

58. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка-Донбасс: Ротапринт МакНИИ, 1989. - 319 с.

59. Свойства органического вещества угля образовывать с газами мета-стабильные однофазные системы по типу твердых растворов/А.Д.Алексеев,

60. A.Т. Айруни, И.В. Зверев и др.//Диплом №9 на научное открытие. АЕН, 1994.

61. Скочинский A.A. Метан в угольных пластах / A.A. Скочинский,

62. B.В. Ходот, Ю.С. Премыслер; М.: Углетехиздат, 1958.

63. Скочинский A.A. Рудничная атмосфера. Изд. 2-е. М.: 1933. - 164 с.

64. Скочинский A.A., Комаров В.Б. Рудничная вентиляция. М., Углетехиздат, 1959.

65. Славолюбов В.В. Прогноз выбросоопасности газоэлектромагнитным методом.// Безопасность угольных предприятий: ФГУП НЦ ВостНИИ. Кемерово, 2004. - 273 с.

66. Смолякова С.И. О метаноемкости ископаемых углей Донбасса // Вопросы безопасности в горном деле. М., 1952. - т. 4.

67. Ходот В.В. Внезапные выбросы угля и газа. -М., Госгортехиздат, -1961.-362 с.

68. Ходот В.В. Определение метаноемкости угольных пластов. "Уголь", 1950. №12.

69. Ходот В.В. Потенциальная метаноемкость некоторых битуминозных углей. Изв. АН СССР, ОТН №11,1948.

70. Ходот B.B. Скорость газовыделения из угля при его разрушении / В.В. Ходот, М.Ф. Яновская // Рудничная аэрология. М.: Изд-во АН СССР, 1962.-С. 112-118.

71. Ходот В.В. Физико-химия газодинамических явлений в шахтах / В.В. Ходот, М.Ф. Яновская, Ю.С. Премыслер и др. М., 1973.

72. Черницын H.H. Рудничный газ, условия его выделения, его свойства и меры борьбы. Петроград.: 1917. - 186 с.

73. Чернов О.И. Прогноз внезапных выбросов угля и газа / О.И. Чернов, В.Н. Пузырев. М.: Недра, 1979. - 295 с.

74. Шульман Н. В. Применение теории объемного заполнения микро-пор для изучения сорбционных свойств углей. М., 1973.

75. Эттингер И. JI. Применение метода молекулярных щупов для выявления потенциально опасных зон в угольных пластах / И. JI Эттингер., P.M. Кривицкая, JI.A. Абрамян. // Уголь. 1978. № 7.

76. Эттингер И.Л. Газоемкость ископаемых углей. М., 1966.

77. Эттингер И.Л. Метанонасыщенный угольный пласт как твердый метаноугольный раствор / Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. №2. 1990. С.66-72.

78. Эттингер И.Л. Необъятные запасы и непредсказуемые катастрофы. (Твердые растворы газов в недрах Земли). М.:Наука, 1988. 175 с.

79. Эттингер И.Л. Распределение метана в порах ископаемых углей / И.Л Эттингер, Н.В.Шульман. М.: Наука, 1975. - 111 с.

80. Эттингер И.Л. Растворы метана в угольных пластах. // Химия твердого топлива 1984.-№4 - С. 28-35.

81. Эттингер И.Л. Способ приближенного подсчета сорбционной емкости каменных углей по отношению к метану при атмосферном давлении. Доклады АН СССР, 1952. т. 82, № 3.

82. Эттингер И.Л. Сравнение расчетного и экспериментального методов определения метаноносности угольных пластов глубокого залегания / И.Л.

83. Эттингер, Б.М. Косенко, Н.В. Шульман и др. // Охрана и оздоровление воздушной среды в шахтах. М., 1978.

84. Эттингер И.Л. Физико-химические свойства каменных углей как сырья для получения активных углей / И.Л. Эттингер, М.Ф. Яновская, Ю.С. Премыслер и др. // Углеродные адсорбенты и их применение в промышленности. Ч. 1. Пермь, 1969.

85. Яновская М.Ф. О применимости уравнения M. М. Дубинина к расчету изотерм сорбции метана сухими природными углями / М.Ф. Яновская, Г.Л. Коган, О.Н. Калинникова и др. // Науч. сообщ. Ин-т горн, дела им. А. А. Скочинского. 1974. Вып. 121.

86. Яновская М.Ф. Приближенный метод расчета десорбции метана при разрушении угля в процессе внезапного выброса / Борьба с внезапными выбросами угля и газа в угольных шахтах. М.: Госгортехиздат, 1962.

87. Airuni А.Т., Zverev I., Dolgova M. Gas-and-dynamic and microstructural peculiarities of ontburst -prone coal seams//Proceedings of the 19 International Conference of Safety in mines Research Institutes. Poland, Kotowice, 1981.

88. Audibert E. Sur le gisement et le dégagement des gaz de houille. "Annales des Mines", 2 livr., 1942.

89. Audibert E. Sur le mode de gisement du méthane dans la houille. "Revue de l'Industrie Minérale", No. 372, 1936.

90. Coppens L. Etudes sur la nature du gisement des grisous. "Annales des mines de Belgique", t. 38, 1937.

91. Coppens L. L'adsorption du méthane par les houilles sous pression élevée. "Annales des Mines de Belgique", t. 37, livr. 1, 1936.

92. Graham I. J. The adsorption of methane and other gases in coal and other materials, "Transactions ofthe Inst. of Mining Eng-s", vol. 12, 1922.

93. Hoffman E. Abhängigkeit ver Ausgasung von petrographil scher gefugezusammensetzung und Inkohlungsgrad bei Ruhrkohlen. —Glükauf, 1935, № 42, 9971005.

94. Kozlowski B., Polak Z. Zabezpleczenle zalôg dolowych w kopalniach zagrozonych wirzutami gazow iskal/ "Wiad/ gorn"., 1978, 29, №4, p. 111-116.

95. Leprince-Ringuet F .Experiences sur l'adsorption des gaz par la houille. "Revue de l'Industrie Minérale", No. 158, 1914.

96. M.P.Anisimov, S.D.Shandakov, I.I.Shvets, V.A.Pinaev and T.A.Kiryaeva.n-Pentanol-Helium homogeneous nucleation rates at nucleation temperature 260 K./Journal of Aerosol Sience.-Vol 30.Suppl.l, pp. S643-S644, 1999.

97. Ruff O. Die Ursachen von Gasausbrüchen in Steinkohlengriben. "Zeitschrift für Anorganische Chemie", 1930. "Zeitschrift für Angewandte Chemie ", No. 48, Nov. 29, 1930.

98. Ruff O. und Geselle P. Das Verhalten von Steinkohlen bei der Aufnahme und Abgabe von Methane. "Zeitschrift für das Berg-Hütten- und Salinenwesen", No. 7, 1940.

99. Ruff O., Geselle P. Das Verhalten von Steinkohlen bei der Aufnahme und Abgabe von Kohlensäure. "Zeitschrift fur das Berg-Hutten- und Salinenwesen", B. 84, No. 10, 1937.

100. The measurement of the quantity and pressure of methane in coal. "Transactions of the Inst, of Mining Eng-s", vol. 94, No. 1, 1937.

101. Toda Y., Hatami M., Toyada S., Yoshida Y. and Honda Y. Micropore Structure of Coal. Fuel Science of Tuel and Energy. V. 50. № 2, 1971.