Динамика метановыделения при ведении горных работ в зонах геологических нарушений

Вследствие увеличения газового и горного давления с углублением горных работ на газообильных угольных пластах шахт Карагандинского бассейна происходит резкое повышение опасности возникновения внезапных выбросов угля и газа метана. С увеличением глубины горизонтов нарастает частота и сила энергии внезапного выброса. Внезапные выбросы в Карагандинском бассейне в основном происходят в зонах геологических нарушений. Приведены результаты исследований динамики газовыделения при приближении проходческих забоев к зонам нарушений и при их пересечении на шахтах УД АО «АрселорМиттал Темиртау». Собраны показатели газовыделения в подготовительных выработках при пересечении геологических нарушений. Обследовались подготовительные горные выработки 5 шахт бассейна. Результаты анализа на выбросоопасных пластах в исходящей струе выработок показали, что на пластах Карагандинской свиты концентрация метана при подходе к нарушению была ниже, чем при его пересечении в 47% случаях, выше – в 13%, равна – в 40%. Результаты исследований по установлению динамики газовыделения при ведении горных работ на нарушенных участках угольного массива и результаты экспериментальных работ применительно к горно-геологическим условиям шахт Карагандинского бассейна является актуальной научно-технической задачей, которая позволяет распознавать опасность приближения забоя к тектоническому нарушению и тем самым способствовать принятию эффективных решений по снижению опасности внезапных выбросов.

Усенбеков М. С., Исабек Т. К., Полчин А. И., Жумабекова А. Е. Динамика метановыделения при ведении горных работ в зонах геологических нарушений // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 12. – С. 141–151. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_12_0_141.

Работа выполнена при финансовой поддержке Комитета по науке Министерства образования и науки Республики Казахстан, грант № AP13268841.

Усенбеков Мейрамбек Сабденович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: meirambek1946@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-3270-0207,
Исабек Туяк Копейулы¹ — д-р техн. наук, профессор, академик КазНАЕН и НАГН РК, e-mail: tyiak@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-7718-933X,  
Полчин Александр Иванович — начальник отдела вентиляции и дегазации, Угольный департамент, АО «Арселор Миттал Темиртау», Казахстан, e-mail: a.polchin@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-6902-0470,
Жумабекова Айла Ермековна¹ — доктор PhD, старший преподаватель, e-mail: aila1980@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-1501-5382,
¹ НАО «Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова», Республика Казахстан.

Жумабекова А.Е., e-mail: aila1980@mail.ru.

1. Айтпаева А. Р., Исабек Т. К., Ходжаев Р. Р., Филатов И. А. К вопросу связи внезапных выбросов с геологическими нарушениями угольных пластов // Горный журнал Казахстана. — 2018. — № 6. — С. 15—17.

2. Байкенжина А. Ж. Выявление и картирование тектонических нарушений как индикаторов выбросоопасных зон методом МОГТ-3D в условиях Карагандинского угольного бассейна // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2018. — Т. 329. — № 8. С. 145—155.

3. Петросян А. Э., Иванов Б. М., Крупеня В. Г. Теория внезапных выбросов: Монография. — М.: Наука, 1983. — 151 с.

4. Ульянова Е. В., Малинникова О. Н., Пашичев Б. Н., Малинникова Е. В. Микроструктура ископаемых углей до и после газодинамических явлений // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 5. — С. 10—17. DOI: 10.15372/ FTPRPI20190502.

5. Tang Z., Yang S., Zhai C., Xu Q. Coal pores and fracture development during CBM drainage: Their promoting effects on the propensity for coal and gas outbursts // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2018, vol. 51, pp. 9—17. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_12_0_88.

6. Малинникова О. Н., Ульянова Е. В., Харченко А. В., Пашичев Б. Н. Влияние микроструктуры угля на газонасыщенность призабойной зоны // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020. — № 3. — С. 25—33. DOI: 10.15372/ FTPRPI20200303.

7. Фельдман Э. П., Василенко Т. А., Калугина Н. А. Физическая кинетика системы угольный пласт — метан: массоперенос, предвыбросные явления // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2014. — № 3. — С. 46—65. DOI: 10.25018/ 0236-1493-2020-1-0-108-120.

8. Zhao Y., Song H., Liu S., Zhang C., Dou L., Cao A. Mechanical anisotropy of coal with considerations of realistic microstructures and external loading directions // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019, vol. 116, pp. 111—121. DOI: 10.1016/ j.ijrmms.2019.03.005.

9. Минеев С. П., Кочерга В. Н., Янжула А. С. Оценка импульсного метановыделения в зонах геологических нарушений при обрушении пород кровли // Уголь Украины. — 2016. — № 1. — С. 11—18. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-101-111.

10. Liu G., Liu J., Liu L., Ye D., Gao F. A fractal approach to fully-couple coal deformation and gas flow // Fuel. 2019, vol. 240, pp. 219—236. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.11.140.

11. Алексеев А. Д., Фельдман Э. П., Василенко Т. А. Массоперенос метана в угле, обусловленный совместной фильтрацией и диффузией // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14. — № 3. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/168089.

12. Gent Jiabao, Xu Jiang, Nie Wen, Peng Zhou jian, Zhang Shaolin, Luo Xiaohong Regression analysis of major parameters affecting the intensity of coal and gas outbursts in laboratory // International Journal of Mining Science and Technology. 2017, vol. 27, pp. 327—332. DOI: 10.1016/j.ijmst.2017.01.004.

13. Meng Tang, Xiangtao Kang, Jiachi Ren, Lin Gao, Zhenqian Ma, Dezhong Kong Mining stress distribution and gas drainage application of coal seam group under fault influence // Disaster Mechanisms Linked to the Role of Fluids in Geotechnical Engineering. 2022, vol. 2022, article 8432024. DOI: 10.1155/2022/8432024.

14. Исабек Т. К., Айтпаева А. Р., Хуанган Н., Шаймерденова Р. Т. Моделирование выбросоопасного состояния массива с дизъюнктивным нарушением и горной выработкой методом конечных элементов // Уголь. — 2020. — № 6. — С. 55—60. DOI: 10.18796/00415790-2020-6-55-61.

15. Chaojun Fan, Sihui Li, Mingkun Luo, Du Wenzhang, Zhenhua Yang Coal and gas outburst dynamic system // International Journal of Mining Science and Technology. 2017, vol. 27, no. 1. DOI: 10.1016/j.ijmst.2016.11.003.

16. Айтпаева А. Р., Исабек Т. К., Воробьев А. Е. Механизм возникновения внезапного воспламенения угля и газа в зоне геологических нарушений / Материалы V Международной научно-практической конференции «Наука и образование в современном мире: вызовы ХХI века» . — Нур-Султан, 2019. — С. 113.

17. Li Zhang, Hui Zhang, Hao Guo A case study of gas drainage to low permeability coal seam // International Journal of Mining Science and Technology. 2017, vol. 27, no. 4, pp. 687— 692. DOI: 10.1016/j.ijmst.2017.05.014.

18. Минеев С. П., Прусова А. А., Потапенко А. А., Кочерга В. Н. Оценка возможности импульсного выделения сорбированного метана из угольного пласта // Уголь Украины. — 2014. — № 10. — С. 31—36.

19. Радченко С. А., Матвиенко Н. Г. Методы быстрой оценки в забоях интенсивности метановыделения из угля и пород для повышения безопасности // Безопасность труда в промышленности. — 2014. — № 4. — С. 34—39.

20. Алиев С. Б., Ходжаев Р. Р., Исабек Т. К., Демин В. Ф., Шонтаев А. Ж. Оценка эффективности бурения опережающих скважин в области повышенных напряжений массива на газопроявление из угольного пласта // Уголь. — 2020. — № 11. — С. 10—12. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-11-10-12.

21. Айтпаева А. Р., Исабек Т. К., Хуанган Н. Мероприятия по предотвращению выбросоопасности угольных пластов в зонах геологических нарушений // Вестник ВКГТУ им. Д. Серикбаева. — 2019. — № 1. — С. 68—75.

22. Минеев С. П., Янжула А. С., Кочерга В. Н., Прусова А. А. Внезапные выделения метана импульсного характера в зонах геологических нарушений / Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. № 123. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2015. — С. 48—66. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135896.

23. Каталог внезапных выбросов угля и газа, происшедших на шахтах Карагандинского бассейна. — Караганда: УД АО «АрселорМиттал Темиртау», 2018. — 177 c.