Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и разработка способов предварительного и оперативного прогноза газообильности горных выработок в условиях интенсивной отработки угольных пластов

Номер контракта: 14.575.21.0025

Руководитель: Сластунов Сергей Викторович

Должность: профессор

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Организация докладчика: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
угольная шахта, метан, шахта, очистной забой, теоретические и экспериментальные исследования, прогноз газообильности, дегазация, производительность добычи

Цель проекта:
1.Разработка способов предварительного и оперативного прогноза газообильности горных выработок в условиях интенсивной отработки угольных пластов 2.Повышение безопасности и эффективности технологии подземной отработки метаноносных угольных пластов за счет предварительного и оперативного прогноза газообильности горных выработок на базе использования фундаментальных законов массопереноса метана и мониторинга свойств и состояния углепородного массива.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Разработана теоретическая модель массопереноса метана из углепородного массива в горные выработки. Сформулирована компьютерная математическая модель в среде COMSOL Multyphisics дегазации угольных пластов в течение времени с учетом геологической структуры породного массива. Разработана методика определения коллекторских свойств и характеристик угольного пласта на основе измерений параметров истечения газа из дегазационных скважин. Разработана методика определения объема и длины дегазационных скважин в шахтных условиях. Разработана методика определения газопроницаемости угля в очистном забое по результатам шахтных измерений концентрации метана в исходящей струе и компьютерного моделирования процесса массопереноса метана. Разработаны технологические решения, обеспечивающие безопасную и интенсивную отработку газоносных угольных пластов методами текущей дегазации. Разработан предварительный лабораторный технологический регламент дегазации угольных пластов в условиях интенсивной отработки угольных пластов. Разработана методика предварительного и оперативного прогноза газообильности горных выработок для шахт в условиях интенсивной отработки угольных пластов.
Разработана методика и компьютерная программа для расчета безопасной предельно допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору. Разработан лабораторный технологический регламент текущей и заблаговременной дегазации в условиях интенсивной отработки угольных пластов. Подготовлены предложения по использованию результатов ПНИ. Подготовлен проект технического задания на выполнение опытно-технологической работы по теме: «Разработка технологии управления газообильностью горных выработок при интенсивной отработке угольных пластов".
2.Разработанные в ходе выполнения ПНИ научно-технические решения обеспечивают прогноз газообильности горных выработок в условиях высокопроизводительной отработки угольных пластов и обеспечивают прогноз максимально допустимой по газовому фактору нагрузки на очистной забой. Разработанные методики по определению коллекторских свойств и характеристик углепородного массива ориентированы на угольные шахты, разрабатывающие пласты с газоносностью более 5 м3/т с нагрузкой на очистной забой более 5 тыс. т/сут. Разработанная математическая и компьютерная модель газовыделения углепородного массива обеспечивает предварительный и оперативный прогноз газообильности горных выработок при интенсивных нагрузках на очистной забой . Разработанная методика определения коллекторских свойств и характеристик углегазоносного массива предусматривает определение пластового давление метана, параметров сорбции Ленгмюра и газопроницаемость угольного пласта в зоне опорного давления. Разработанные технические решения обеспечивают эффективную пластовую дегазацию выемочного столба по критерию метаноотдачи в течение времени функционирования дегазационных скважин.
Разработанная методика прогноза газообильности горных выработок учитывает технологические параметры системы разработки, физико-механические и фильтрационные свойства угля и адаптирована к условиям шахт при нагрузках более 5 тыс. т/сут. Разработанная методика прогноза газообильности горных выработок в условиях интенсивной отработки угольных пластов функционирует с достоверностью 90-95%. Разработанная методика определения объема и длины дегазационных скважин в шахтных условиях реализуется в скважинах выемочного столба длиной 80 м и более. Разработанные технологические решения обеспечивают безопасную и интенсивную отработку газоносных угольных пластов и обеспечивают снижение газоносности пластов не менее 2 м3/т в течение года при текущей дегазации. Для получения численных результатов использованы средства компьютерного моделирования в среде Mathcad и COMSOL Multiphysics.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным продуктом проекта являются способы предварительного и оперативного прогноза газообильности очистного забоя в условиях интенсивной отработки угольных пластов. Основу разработки составили фундаментальные достижения в области массопереноса метана в угольных пластах и вмещающих породах, описанные в дифференциальных уравнениях в частных производных. Разработан алгоритм и программа расчета на ЭВМ предельно допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору, учитывающий физические свойства угольного пласта, технологические параметры системы разработки и технические возможности очистного комбайна. Кроме того, разработаны и апробированы технические решения по интенсификации пластовой дегазации угольного пласта методом пневматического воздействия. Разработан и апробирован способ опреления длины пластовых дегазационных скважин. Выполнение разработки вносят вклад в решение проблемы интенсивной и безопасной и отработки газоносных угольных пластов с нагрузками на очистной забой более 5 тыс.т/сут.
2. Разработанная в проекте "Программа расчета предельно допустимой нагрузки на очистной забой угольной шахты по газовому фактору", внесена в реестр программ для ЭВМ, регистрационный номер № 2015617827 от 23.07.2015 г.
Апробированные технические решения имеют патентную защиту:
1. Патент РФ на изобретение №2539074 на "Способ предотвращения геодинамических явлений при подземной разработке газоносного угольного пласта". Авторы: Сластунов С.В., Каркашадзе Г. Г.,Коликов К. С.;
2. Патент на изобретение № 2558563 га «Способ определения объема скважины». Авторы: Сластунов С.В., Каркашадзе Г.Г., Коликов К.С., Хаутиев А.М.-Б.
3. Уровень полученных результатов сопоставим с мировым.
4. Потребителями "Программы расчета предельно допустимой нагрузки на очистной забой угольной шахты по газовому фактору", методик расчётов свойств угольного пласта и технических решений, направленных интенсификацию дегазации угольных пластов являются угледобывающие предприятия, в том числе шахты ОАО "СУЭК-Кузбасс", ОАО «ОУК «Южкузбассуголь», УК «Прокопьевскуголь», ОАО «Распадская», ОАО «Воркутауголь». Продажа осуществляется в форме заключения хозяйственных договоров на выполнение прикладных научных работ.
Основные статьи расходов на стадии внедренческих работ включают:
- научно-исследовательскую работу на предмет изучения горно-геологических условий при внедрении технологии;
- предварительные шахтные эксперименты и обучение персонала шахты особенностям технологий;
- шахтные испытания в течение времени отработки выемочного столба (1- 2 года).
- разработка нормативно-технической документации для каждого производственного объекта;
- оформление разрешительной документации.
Отраслевые риски связаны с рентабельностью угольных шахт в условиях глобальной экономики. Производственные риски обусловлены широкой вариацией горно-геологических условий разработки угольных пластов. Финансовые риски обусловлены длительностью процедуры заключения договорных отношений между исполнителем и заказчиком. Правовые риски обусловлены процедурой согласования технологии и подготовки разрешительной документации в региональных инспекциях Гостехнадзора. Финансовые ресурсы и инвестиции базируются на собственных средствах разработчика.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1.Полученные результаты предназначены для применения в области подземной добычи угля на месторождениях Кузнецкого и Печорского угольных бассейнов. Инновационная продукция в виде "Программы расчета предельно допустимой нагрузки на очистной забой угольной шахты по газовому фактору", а также способы интенсификации дегазации угольных пластов, измерения объема и длины дегазационных скважин отличаются новизной и обеспечивают положительный эффект.
2.Внедрение результатов предварительного прогноза газообильности горных выработок и допустимых нагрузок на очистной забой осуществляется на стадии планирования очистных работв специализированных проектных организациях и технических отделах шахт. Внедрение результатов оперативного прогноза осуществляется на стадии текущих очистных работ, включая планирование нагрузок в очередные рабочие смены. Внедрение технологий дегазации угольных пластов осуществляется на угольных шахтах, разрабатывающих угольные пласты с газоносностью более 12 м3/т с нагрузками на очистной забой более 5 тыс.т/сут. Новые разработки совершенствуют базовую технологию дегазации угольного пласта через скважины, пробуренные из подземных выработок.
Перспективы использования результатов обусловлены стремлением угледобывающих предприятий к снижению себестоимости добываемого угля за счет интенсификации очистных работ в 2 и более раз.
3.Планируемые результаты оптимизации технологий прогноза газообильности горных выработок и разработки угольных пластов с высокими нагрузками на очистной забой создают экономическую выгоду, которая может быть использована на развитие фундаментальных и прикладных научно-исследовательских работ в области дегазации угольных пластов с применением более эффективных технических решений. Внедрение в производство интеллектуальных технологий в области горного дела на основе достижений компьютерного моделирования сокращает долю тяжелого ручного труда и улучшает социальную сферу предприятия.
4.Результаты разработок планируются к демонстрации на российских и международных выставках с перспективой международного сотрудничества в области обеспечения безопасности при подземной разработке газоносных угольных пластов.

Текущие результаты проекта:
Проект выполнен в полном объеме в соответствии с техническим заданием.
В настоящее время - стадия подготовки отчетной документации.