автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Прогноз газовыделений при освоении угольных месторождений территории трассы БАМ (на примере Апсагского месторождения Чарского территориально-промышленного комплекса)

Р Г Б ОД

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОКШШКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР Специализированный совет ^ <;<?3 • ^ •?

На Правах рукописи

Дергунов Иван Александрович

УДК 553. 93:552. 378: 662. 364. 2

Прогноз газовыделений при освоении угольных месторождений

территории трассы БАМ (на примере Алсагского месторождения Чарского территориально- промшдоиного комплекса)

Специальность 05.15.11 - "Физические процессы горного производства"

Автореферат диссертации на соискянис ученой степени кандидата технических нл,ук

' Работа выполнена освоения недр РАН

в Институте проблем комплексного

Научные руководители: доктор технических наук Н Г. Матвиенко,

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

А. В. Стариков,

кандидат технических наук Н. И. Устинов

Ведущая организация - Московский государственный горный

университет

Защита состоится СЬс-'Ц-.'/с?» 1994 г. в часов

минут^ на заседании специализированного совета^ри'3 Институте 'проблем комплексного освоения недр РДН по адресу: 111020, г. Москва, Е-20, • Крюкрвский тупик, 4. •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПКОН РАЙ Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета.

Автореферат разослан " " СГН-тЯ^иУ 1994 года.

кандидат геолого-минералогических наук Б. М. Знмакав

специализированного совет кандидат технических на?

С..-

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Астуальность работы. Развитие горнодобывающей промышленности связано с внедрением и использованием безопасных ресурсосберегающих экологически чистых технологий. На газоносных угольных месторождениях на первое место выдвигается требование обеспечения комплексной, технологически и экологически безопасной их разработки с извлечением метана из угленосных толщ для использования его в качестве топлива или химического сырья.

Перечисленные проблемы В последнее время стали актуальными для Чарского (Чаро-Удоканского) территориально-промышленного комплекса (ТПК) зоны БАМ. Энергетической базой будудего Удоканского горнопромышленного комбината послутт Апеатское и Каларское мега-но-угольные месторождения, которые характеризуются значительными запасами угля и ресурсами' мотана.

В связи с этим с 1982 года в тематические .планы ИВДОН РАН вошли и выполнялись исследования, связанные с изучением углегазо-носности, прогнозированием метанообильности будущих .тахт и оценкой перспектив комплексного освоения Апсатекого и Каларского месторождений с добычей метана из угольных пластов, основные результаты которых обобщены в настоящей диссертационной работе. Отдельные этапы исследований проводились в рамках государственных научно-технических программ Но 0.05.07 (1081-1985 гг.) и Мо 0.50.05 (1986-1990 гг.).

Целью диссертационной работы является прогнозная оценки! газоносности угольных пластов и газообильнооти будущих шахт для обеспечения газобезопасной'разработки угольных пластов, а также геологическое обоснование сырьевой-базы и целесообразности попутной и промысловой добычи метана на Алсатском и Канарском месторождениях для решения энергетических й.экологических проблем Чаро-Удоканского ТШ.

Идея работы состоит в выяснении закономерностей и особенностей распределения природных газов:в пределах Апсатекого и Каларского месторождений и прогнозирования на их основе газообиль-пости.'будущих шахт.и перспектив добычи метана из угольных пластов.

Достижение поставленной дели осуществлялось путем решения задач:

1. Определение природной газоносности угольных пластов при угле-гаяовом оиробогпиий и потенциальной их штаяокосиостп 'на основе сорбцншных харакгерикт.кк углей; прогноз метапопоснооти пластов

на глубоких горизонтах Апсатского месторождения.

2. Анализ воздействия на'природную метаноносность аномальных геофизических условий недр Апсатского месторождения, обусловленных его положением в зоне Байкальского рифта и развития многолетне-мерзлых пород, на природную метаноносность угольных пластов.

3. Прогнозная оценка масштабов и баланса гаэовыделеняз .п иахтах, а также объемов метака угольных ;пдастов, извлекаемых шахтной дегазацией, при подзэмной разработке Апсатского месторождения!

А. Оценка прогнозных ресурсов жтана угольных пластов .на Апсатсксм и Канарском месторождениях а геологических перспект.иЕ их комплексного освоения с поэтапной добычей газа и угля.

Методы исследований. Для решения поставленных задач .использовались швестнш апробированные и надежные методы определения качественного состава природных гагоз и количественного их содерма-ния в утл?::, порода): и водах с применением герметических гааокер-нонвборкиков, изучения сорбционных свойств углей, прогнозирования потенциальной мзтаноносиасти'уголышч пластов, и иетанообильности горных выработок, оценки ресурсов мотана лз угленосных отложниях. При обработке данных опробования угольных пластов и результатоь лабораторных исследований использовался аппарат .математической статистики С" примененном 3E1L Применительно ,к уровням подземной разработки Апсатского месторождения автором создан метод анализа и ьыбора (с использованием ЭБМ) оптимального но прогнозным оценка;,! мзтанообилыюсти варчанта отработки угольных пластов.

Диссертационная работа основана на научных обобщениях результатов изучения газоносности Апсатского угольного месторождения, подученных автором в процесса научно-исследовательских и геологоразведочных работ в 1982-1993 гг. Информационной базой работы послужили материалы автора в 6-ти отчетах и 13 специальных заключениях о газоносности угольных пластов, газообильности разведочных штолен и будущих шахт на'Апсатском месторождении, о перспективах комплексного освоения Апсатского и Каларского метано-угольных месторождений с попутной и самостоятельной добычей метана. Выводы и их достоверность обоснованы достаточным объемом опробования и изучения: на месторождении газокернонаборниками иа угольных пластов отобрано 87 представительных проб, 188 углегазовых проб взяты в герметические сосуды,17 проб углей различной степени метаморфизма прошли сорбционные исследования в широком диапазоне температур,

давления и влакности, свойственных глубинам залегания угольных 4 '

пластов. Кромэ того, о достоверности результатов свидетельствует-сходимость параметров природной метаноносности угольных пластов, полуденных методом опробования их.газокернокаборнпкамк и 'методом прогнозирования потенциальной i/.етаноносности, уголыпк пластов по сорбционным характеристикам углей; a raras подтверждение прогнозных оценок ожидаемых газосвделекий'' D' разведочных штольнях пршсги-кой проходки этих штолен ка- месторождении.

Автором1 защищаются;

1'. Закономерности и особенности современного содержания и распределения метана в угольных пласта"; Апсатского йестороддення, обусловленные геофизическими' и геохимическими условиями иг: залегания в зоне Байкальского рифта и развития мкоголетнемзрздых пород.

2. Прогноз природной 1.;етано:юсности угольных пластов как основы для проектных расчетов кетаносбильностя будут?« шхт Апсатского месторождения' к- оценш: ресурсов метала.

3. Прогноз ояидаекых газовыдэлений при подземной разработке Апсатского месторождения, обоснование, оптимального с поэиции . обеспечения газобезопаснссти' нисходящего порядка отработки угольных пластов и необходимости проведения шахтной дегазации на под-мерзлотных горизонтах. • •

4. Масштабы и распределение ресурсов метана в угольных пластах Лпсатсгаго и Каларсгого месторождений.

5. Оценка возмогаюстн самостоятельной добычи кэтена из угольных пластов газовым прокислом как способа ресгания энергетических и ■ экологических проблем Чаро-Удокакского ТШ.

Научная новизна работы:

1. Впервые установлено закономерное нарастание природной штако-носности угольных пластов Апсатского месторождения с глубиной затухающими темпами с резко различными градиентами роста на верхних и нижних этаиах мостороидеьия, обусловленное аномальной геотермической обстановкой в недрах, что связано с геотектоническим положением месторождения в рифговой зоне и развитием мерзлоты.

2. Впервые ' определены сорбциопные свойства углей Апсатского месторождения и зависимости сорбционной их матаноемкости от физико-химических параметров и петрологического-состава в диапазона температур, давлений и влажности,.свойственных глубинам залегания угольных пластов. . •

3. Обоснованы параметры и выполнен прогноз метаноносности угольных пластов для специфических геологических условий Апсатского

месторождения.

4. Выявлено распределение прогнозны* ресурсов и концентрации (плотности) их на пловвди Апсатского и Каларекого месторождений.

Практическая ценность результатов диссертационной работы.

- Прогнозные характеристики газоносности угольных пластов Апсатского месторождения предназначены для использования в качестве исходных данных при проектировании вентиляции и дегазации шахт.

- Прогноз метанообильности выемочных участков, при подземной разработке ¡Апсатского месторождения служит основой для. разработки мер по борьбе с гавовыделениями при строительстве шахт и угледобыче, для выбора оптимального (по масштабам ожидаемых поступлений метана) варианту порядка выемки угольных пластов, выбора соответствующих технических средств и технологии отработки.запасов угля.

- Оценка прогнозных ресурсов метана угольных пластов на Апсатском и Каларскоы месторождениях используется в геологических и технико-экономических обоснованиях и проектах организации добычи метана углегааовым промыслом, в том числе и при решении проблем освоения Удоканского медного месторождения.

Реализация практических результатов диссертационной работы осуществлялась в геологоразведочных и проектных организациях, ведущих работы на Апсатском угольном и Удоканском медном месторождениях. Прогноз природной меганоное'ности угольных пластов и оценка прогнозных ресурсов метана в них на разведочных участках Апсатского месторождения вошли в производственные отчеты ГГП "Читагв-ология" по итогам работ 1983-1991 гг. Материалы по" газоносности разведанных площадей и оценка ожидаемых газовыделений на выемочных участках будущих шахт Апсатского месторождения использованы в 1991-1992 гг. институтами ВНИГРИуголь и Востсибгипрошахт для составления технико-экономического доклада о целесообразности промышленного освоения месторождения и обоснования временных кондиций. Выполненные Заключения о возможных газоввделениях при проходке разведочных штолен с рекомендациями по обеспечению газобезопасной их проходки использовались ГГП.ггагеология" в процессе проведения геологоразведочных работ на Апсатском месторождении в 19841989 гг. Опыт сопоставительных исследований газоносности угольных пластов методом, опробования их гааокэрионаборншсами и катодом прогноза потенциальной их метаноносности по сорбционным характеристикам углзй и газовому давлению при проведении геологоразведочных работ на Апсатском месторождении был учтен при составлении

"Методики определения газоносности вмещаете глрод ■ угольных месторождений при геологоразведочных работах" (№, Кедра, 1988).

Апробация работы. Основные положения и отдельные вопросы диссертационной работы докладывались на Б всесоюзных и меиреспублика-нских научных конференциях (опубликованные тезисы см. на с. 18-19), а тага« на IX Всесоюзном геологическом угольном совещании Мингео СССР (Ростов-на-Дону, 1991), на Ыэлдуиародном Снмпозиумэ"Иетради-ционные источники углеводородного сырья и проблемы его освоения" (Санкт-Петербург, 1992), на заседании экспертной комиссии секции геологии угля,горючих сланцев и торфа Мингео СССР (Чита,1939), на научно-технических советах ГГП "Читагеология" (Чита, 1987,1989) и Удоканской ГРЭ (Чара,1989,1991). Результаты выполненных исследований опубликозшш в Ы работах и отпечены медалью ВДНХ СССР (1986).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и содержит 247 страниц, включающих тегат, 30 рисунков, 29 таблиц, список литературы из 62 наименований, а таю® табличные и графические приложения на'58 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Изучением метаноносности угольных месторождений, расположенных в зоне развития миоголетнемералых пород, н прогнозированием по геологоразведочным данным метанообильности угольных шахт Севера занимались Г. Д. Лидии, А. И. Кравцов, А. Т. Айруни,' Н. Г. Матвиенга, Б. М. Зимаков, а ¡1 Налимов, Д. Е. Разварин, А. К Шдкарков, -Е Т. Хргкин и др. В 1982 году в ИПКОН диссертантом впервые начаты исследования метаноносности угольных месторождений зоны вечной мерзлоты, приуроченных к горным районам с повышенными температурами и недрах, - развитием которых явились работы по прогнозированию масштабов газовыделений в будущих шахтах и оценке прогнозных ресурсов метана угольных пластов. В этих исследованиях учитывался опыт но оценке прогнозных ресурсов метана угольных пластов как полезного ископаемого в Кузнецком и Печорском бассейнах, в выполнении которой диссертант таган принимал участие.

Объектом исследований было выбрано ' Апсатскоэ месторождение зоны БАМ, расположенное на южном склоне Кодарского хребта, деторождение имеет горный рельеф (с отметками от +1000 до +2200 м) и входит в зону с возможными проявления),ш вемлетрясений до 9 баллов. Низкие среднегодовые температуры -6. ..-9°С при минимуме до -50... -55°С обусловили развитие многолетней шргдотн мощностью от 0. ..200 и в долинах рек и до 600 м.на возрьжнпостях.

В главе i "Геологические условия, предопределяющие углегазо-нссность Апсатского месторождения" дается характеристика геологического строения этого месторождения как синклинальной структуры (около 100 км1) с крутыми бортами .приуроченной к Байкальскому рифту, выполненной терригенными мезозойскими отложениями, содержащими две угленосные свиты и несогласно залегающими на архейских и протерозойских породах. Показано, что современное количественное распределение природных газов в недрах Апсатского месторождения кошролируется:

- главным образом, аномальной геотермической обстановкой в угленосной толще, вызванной низкими температурами (-7. . .+10 "С) на верхних этажах месторождения в мерзлотной зоне и повишенными температурами (+40. ..+50°С) на дне мульды, обусловленными геотектоническим положением месторождения в зоне рнфтогенеза и, как следствие, высоким тепловым потоком в недрах, а также

- высокой угленасышэнностью (до 20-Е2 7.) разреза (9-15 рабочих пластов) и широким развитием моцных и сверхмощных (до 20 м) угольны:-, пластов, являющихся генераторами и аккумуляторами метана;

- глубоко расчлененным горным рельефом и разрывными нарушениями, предопределившим сложную конфигурацию поверхности метановой зоны.

В главе 2 "Изто^ика исследований и объемы опробования" содержатся сведения о методах, применявшихся в диссертационных исследованиях. В комплекс этих методов были включены как широко

«

известные в практике углегазоразведочных работ методы определения качественного состава природных газов и количественного их содержания в угольных пластах, породах и водах, оценки ресурсов метана в угольных пластах, расчета ожидаемой метанообильности выемочных участков, так и методы, находящиеся на стадии совершенствования, апробации и внедрения - методы изучения сорбцион-ных свойств ^глей, прогнозирования потенциальной метаноносности пластов, оценки плотности (концентрации) прогнозных ресурсов метана в угольных пластах. При обработке данных опробования угольных пластов и. результатов экспериментальных исследований использовался аппарат математической статистики с применением ЭВМ. Применительно к условиям подземной разработки Апсатского месторождения автором создан метод анализа и выбора (с использованием ЭВМ) оптимального по прогнозным опенкам метанообильности варианта отработки угольных пластов.

Б главе 3 "Особенности газоносности Апсатского месторождения

а

в связи с его специфическими геологическими условиями .и прогноз метаноносности угольных пластов" раскрывается содержание и обоснование ПЕРВОГО и ВТОРОГО задищаемых положений.

На Апсатском месторождении в угольных пластах установлены зона газового выветривания (деметаниэации) и зона метановых газов. Границей меаду ними служит поверхность, отражающая очертания горного рельефа и подошвы толвд: многолетнемерзлых пород. Поаерх-ность метановой зоны в пластах с,-с5верхней угленосной свиты проходит на отметках +1250... +1Б50 м на участке Центральном-II, а в пластах Ь,-Ьэнижней угленосной свиты прослеживается на отметках +900. ..+1100 м на Северо-Восточном, +1100... +1400 м на Иго-Восточном и +1250...+1300 м на Юго-Западном разведочных участках. Мощность зоны деметаниаации колеблется от 50-100 м до 750 м.

Сорбционные свойстез углей. На большом материале (17 проб) экспериментальных исследований сорбционной метаноемкости всего ряда каменных углей Апсатского месторождения (у"«17. ..28 У.) в широком диапазоне термобарических условий (при температурах 0; 15; 30 и 45°С и давлении газа от 0,1 до 1А МПа) при влажности от 0,0 до 4,0 %, отвечающих глубинам этого месторождения, подтверждены полученные ранее для углей других бассейнов зависимости сорбционной способности углей от температуры, давления,влажности и степени их метаморфизма. Эти факторы предопределяют количественное распределение сорбированного метана (как основной формы его нахождения) в угольных пластах. Показано, ■ что давление и степень метаморфизма углей повышают сорОционную метаноемкость, температура понижает, а влажность оказывает дезактивирующее Бездействие на сорбционную их метаноемкость. Для сухих углей она изменяется от 3-5 до 25-29 см5/г с. б. м. при давлении от 0,1 до 10 >Я1а и температуре 30°С, а углей с влажностью 3:3,5 X - до 22-27 см5/г с. б. м. угля при тех же температуре и давлении. Эти зависимости были учтены при прогнозировании потенциальной метаноносности пластов для акватермобарических условий недр Апсатского месторождения.

Первое защищаемое положение. Установленное положение поверхности зоны метановых газов в угольных пластах, данные углегазово-го опробования и результаты сорбционных исследований углей, а также полученные геологической разведкой и специальными геокриологическими и геотермическими исследованиями сведения . позволили выявить своеобразное количественное распределение природных газов в метановой зоне Апсатского месторождения (рис.1), которое пред-

'■0.1,

+400 V

■■ В О О^^н

¡•Г ■ г

кщ..^ ыф*! 1Й 6

ПРИРОДНАЯ мзтаноносностъ, М3/Т С.в.N1.40151 20 40

* е

о6о~№. I О- >1 [Рг11.!6 'I 'I

12137 ЩЩ? ЭЭ9 Ё&Е

и Ресл. Прогноз нарастаниа с шРыюй метаконосиости ■ угольных пласте* В1-4« на Аглатскам месторождении (б) в сопоотагг.ении с Донецким (ал и Печорским (о) ббСССКЙГМИ. 1 - четвертичные отложпния; 2 - них^емеловые - ьврхнею?скив отдожаки« : 1-5> - ьегад.аюрск.ив сложения: -э-е,ерхне,ч&пинскон рсдср.иты; + - средне-чгпинской лало£;*.тм (нижний угленосный горизонт); Б-нижиаибпт'.окоиг.сдсьиты-.в- породынюкнгл протемкол; 7 - гр.элогичаакии границу; в- чголькые маеты 9 - ралввдочныв скважины

и ю - штольн -и - границ» земм киоголетис^гстгюх.пород!« - рйакица метановой аокы (игомзта Зма/т с.о.н.мгд«)} - мьом&ты, №/т сЛм^тЛя

+<№о +700 „ +бво +вго

го^иеонты (1вв.отнетки, м) газовый баланс-, %

1

условные ОоОзначения

дол» мета.иоьиделекш, V» \ гама РМРЗБатыМлмого плест») «аиз л<щра«атый«а»лк ситников| езю надмШьмемих спутников| О из и«щ»и>щих пород Рис.2. Изменения по горизонтам относительной метанообильноетп и Баланс метановыделений выемочных участкоа при вариантах первоочередной разработки пластов 1г»г, 65,6? и Б' на поле шахты „Юго-Восточная" Апсатского месторождения .

определилось аномальной геотершчэской обстановкой в недрах, обусловленной геотектоническим положением 'месторождения в зоне Байкальского рифта и развитием толши миоголетнемерзлых пород: на верхних горизонтах до глубины 400-500 м от поверхности зоны метановых газов в условиях пониженных температур (-6. ,.+10пС) метано-носность угольных пластов круто растет до 20-25 м'/т с. б. ы. (¡сак в Печорском бассейне) и быстро стабилизируется при значениях 25-20 м^т с. б. и. угля (гак в Донбассе) при повышенных температурах (+40....+50°С) на глубинах 700-1200 м от границы мэтановой зоны.

Второе защищаемое полокентге. В связи с различной степенью метаморфизма углей и геологическими условиями залегания мотанонос-нс&ть пластов с4-с3верхнеЛ угленосной спиты резко отягчается от величины метаноносности и характера ее нарастания в угольных пластах Ь)-Ьэнижней угленосной свкты, поэтому прогноз метаноносности представлен раздельно для каидой группы пластов в виде таблиц, графиков, на геологических разрезах и картах. Нзтаноноеность . пластов с,-^незначительна и не превышает 10-12 м3/т с. б. м. угля. ¡,'этаноносность группы пластов Ь,-Ьз нарастает с глубиной затухаю-цими темпами по зависимости, близкой к гиперболической, с резко различными градиентами роста на верхних и нижних горизонтах месторождения: круто растет от 3-13 м'/т с. б. и. на отметках +1400...

+1100 м до 20-25- м3/т с. б. м. на откэтках +800...+500 м, затеи темпы роста ее снижаются и метаноноскость стабилизируется при значениях 25-30 м3/т- с. б. м. угля на отметках +400... О м. Получены уравнения нарастания с глубиной (Н, м) метаноносности (М, м3/т с. б. м. угля) угольных пластов в метановой зоне по участкам:

04.4.П ?7й7 <

Юго-Восточному М.« и,»; Северо-Восточному ;

Юго-Западному ц. 13,а- • На основе установленных парамет-«:-.

Н*" 8 3» 8

ров гааовой зональности и зависимости нарастания метаноносности пластов углей с .глубиной в метановой зоне дан погоризонтный прогноз метаноносности пластов на участках разведки Апсатского месторождения, который послужил научно-информационной базой для третьего и четвертого защищаемых положений. '

Глава 4 "Прогноз газовыделений в будущих шахтах при подзем^ ной разработке Апсатского месторождения" и глава 5 "Оценка количества метана угольных пластов как попутного полезного ископаемого, извлекаемого иахгной дегазацией при подземной разработке Апсатского месторождения" посвящены ТРЕТЬЕМУ защищаемому положению. Прогнозные расчеты метанообилыюсти будущих шахт выполнены

на основе геологоразведочных данных по методике и в соответствии с требованиями руководящих и нормативных документов, принятыми в угольной промышленности.

Оценка метанообильности и газового баланса выемочных участков проводилась с применением персональной ЭВМ для пяти вариантов первоочередной выемки отдельных пластов Ь^.Ь, ,Ь, Ьч,а также варианта нисходящей отработки пластов от Ьд до Ь((рис. 2 и 3).

Третье Завршдемое положение. Масштабы газовыделений и газовый баланс очистных участков, необходимость постановки шахтной дегазации предопределяются не только газоносностью пластов, расположением их в разрезе, угленасышонностью толшя и глубиной разработки, но и последовательностью отработки участков. Все варианты первоочередной выемки пластов Ьд ,Ь7,Ь5,Ь!>5и Ь! характеризуются более напряженным газовым режимом, по сравнению с вариантом последовательной отработки пластов от Ь9до Ь, в нисходящем порядке. Относительная метанообильность выемочных участков при вариантах первоочередной отработки основных пластов изменяется от 9 до 127 м'/т д. при средних ее значениях 60 м3/т д. на горизонте +960 м и 95 м5/т д. на нижнем горизонте +520 м, а при варианте нисходящего порядка выемки цластов изменяется от нуля до "84 м3/т д.' при средних значений* 14 и 27 м5/т д. на горизонтах +8б0;и +020 м. Наиболее газообильными ожидаются участки, которые будут разрабатывать пласты Ьми ^ при варианта;! первоочередной выемки • этих пластов (до 127 и 121 ыъ/т д. на горизонте +520 м), а также Ье ,Ь7 и Ь^ при нисходящем порядке отработки пластов (до 40-80 м5/т д.).

При разработке группы пластов Ь)-Ьэна верхних этажах шахтного поля основная роль в газовом балансе выемочных участков принадлежит поступлениям метана из спутников. Даже при разработке наиболее мощного и выдержанного пласта ^выделения метана из спутников на о"истном горизонте +1160 м составляют 75% при первоочередной его выемке и 93Х при нисходящем порядке отработки пластов. На нижних этажах воьрастает доля поступлений метана- из разрабатываемого пласта,а из спутников снижается. При отработке того же пласта Ь&на очистном горизонте +520 м доля поступившего в атмосферу выемочного участка метана иа спутников для варианта первоочередной г выемки снижается до 46%, а,для варианта нисходящего порядка.отработки - до 37 X. Это вызвано выполаживанием угольных пластов и уменьшением зоны под- и надработки разрабатываемых пластов..

Высокая метанообильность будущих шахт пр->! разработке пластов

ГОРИЗОНТ + 11СО

горизонт +еео

ГОРИЗОНТ + 520

11Н

,

13 о

§§ 2

сэ £

[¡О 10 2С(<-

ГАЗОВЫИ БАЛАНС, %

-100 --

относительные • . •

меткаой^далгний, гдгосыи

М*/Т 6.Д. 6АЛЛНО , %

010 ?о 50 <о 50 -

отиоеительные метАиоаыделешй, М5/ТС.Д.

гадош баланс,% •ЮО

I Ц-'.^ЗГ

Ч-ГЗ Ыг^жк

дола пктчяле»;^

мищ е гдаоесн ььш.гъ учАтул-ка глцтх7-ца спцтушз5; а - № тоод,.

Рис.3. Метановыдеяения и газовый баланс выемочных участков при нисходящей отработке угольных пластов от Ц до поля шахты „Юго-Водочная" Апсатского

месторождения ■

-b9 предопределяет технологическую необходимость постановки шахтной дегазации для обеспечения газобеэопасности. IIa одной пахте Апсатского месторождения системами дегазации в сутки может быть добето 60-110 тыс. м5 метана , а годовая попутная добыча газа может достигать "0-33 млн. м5 (при прогнозных вариантах эффективности дегазации 30 и 50 , что позволяет относить метан этих пластов в границах шахтных полей к попутному полезному ископаемому.

При разработке пластов с,-с3 в связи с их незначительной газоносностью ожидается более низкая метанообильность выемочных участков, которая по прогнозу.не превысит 20 м3/т д.; сахтная дегазация при отработке этих пластов невыгодна, поэтому метан пластов c^cj не может считаться попутным полезный ископаемым.

В глазе 6 "Оценка объемов метана в недрах, распределения и плотности (концентрации) прогнозных ресурсов газа угольных пластов Апсатского и Каларсксто месторождений" излагается суть и обоснование ЧЕТВЕРТОГО защищаемого-положения.

Нормативно-методической основой оценки метана в угольных пластах явились рекомендации и требования, изложенные в специальных нормативных документах РОСКОМНЕДРА к Г1\3 РФ.

Четвертое запрещаемое положение, ¿'«полненная количественная оценка объемов метана в недрах Апсатского местороядения показала, что в его угленосной толке содержится около 180 млрд. м 3 метана, из которых примерно 55 млрд. м5 находится в рабочих угольных пластах на горизонтах подземной разработки.

Подсчет ресурсов метана в пластах с,-с5Апсатского месторождения ввиду их низкой меганоносности не проводился,а в пластах Ь^ Ьэ подсчет ресурсов метана произведен по разведочным участкам на горизонтах,расположенных ниже изогаэы 10 м5/т,которая просленква-ется на отметках +1060... +1220 м. Эта граница подсчета определяется, с одной стороны,необходимостью постановки с этих глубин на шахтных полях дегазации угольных пластов (для обеспечения газобезопасности) , а с другой - экономической целесообразностью и рентабельностью самостоятельной промысловой добычи метана из угольных пластов на этих горизонтах на разведочных плопрдях. Прогнозные ресурсы метана в угольных пластах на разведочных участках Апсатского месторождения (по категориям) составили: на участке Сереро-Восточном (Pi+Рг) 1 млрд. .Юго-Восточном лРО 3,8 млрд.,Юго-Западном (Р2) 7,7 млрд. и Центральном-1 (Р5) 40 млрд. м5. Мощные (4-6 м) и сверхмощные (до 20 м) угольные пласты, широко распространенные на

месторождении, по существу являются крупными залежами сорбированного метана с ресурсами до 1,0-3,5 'млрд. м3 на Ьлощади 10 км1.

Плотность ресурсов метана угольных пластов предопределяется не только их газоносностью, но и концентрацией ресурсов и запасов угля на оцениваемой плокдди. Поэтому на участке Центральный-1, несмотря на высокую метаноносность угольных пластов, плотность ресурсов метана оказывается ниже, чем на участке Юго-Восточном, приуроченному к крутому борту Апсатской мульды и обладающему в связи с этим более значительными запасами угля на единице площади. Величины плотности ресурсов метана для этих участков составляют соответственно 670 млн. и 900 млн. м'/км1. По причине низкой концентрации запасов угля ка участке Северо-Восточном плотность ресурсов метана угольных пластов еще меньше - 630 млн. м3/кмг. •

Прогнозные ресурсы метана в угольных пластах Каларского месторождения оцениваются приближенно в 18 млрд. м?. Примерно такое же количество метана заключено еще во вмещающих породах (в растворенной и свободной фазах). Особенностью Каларского месторождения является приуроченность его прогнозных ресурсов метана к одному самому мощному пласту (10-11 м) "Основному". Плотность ресурсов метана по этому пласту составляет 280 млн. м'/км2;

Выполненная прогнозная оценка распределения масштабов и плотностей ресурсов метана в угольных пластах Апсатского и Каларского месторождений дает юозмоиюсть предварительного выбора объектов с повышенной плотностью ресурсов метана под шахтную дегазацию или самостоятельный газовый промысел, позволяет планировать во времени и пространстве наиболее рациональное комплексное освоение этик месторождений.

В главе 7 "Оценка метана угольных пластов Апсатского и Каг дарекого месторождений как полезного ископаемого, подлежащего самостоятельной добыче углегазовим промыслом ^ля энергетического обеспечения Чаро-Удоканского ТПК экологически чистил топливом" рассматривается ПЯТОЕ защищаемое положение.

Масштабы ресурсов метана ь угольных пааетах Апсатского и Каларского месторождений определяют значение атше месторождений кал главной сырьевой базы экологически чистого утдеводородюго топлива Чзро-Удоканского ТПК. Полное освоение газового потежщша этих месторождений воашяно только при -организации тарокошсЕггабного углегазового промысла по добыче метана ка угольных .^ластов. Са-::>?тоятельная добыча метана ив 7голыш пластов ь промьашшшт

масштабах проводится эа рубежом, а в последнее время ведется |ра-. бот.-1 по внедрению промысловой добычи метана из угольных пластов и в нашей стране, в первую очередь, в Кузбассе.

Основу технологии добычи метана из угольных пластов составляет стимулирование их газоотдачи (гидрораарыв, кавитация)» позволяющее извлекать до 60-80 Х метана от его природного содержания в пластах. Рентабельная добыча угольного метана позволяет осуществлять строительство газопроводов протяженностью до 500 км, что дает возможность охватывать такие районы^ как Чаре кий ТПК.

Пятое защищаемое положение. Внедрение технологии углегазово-го промысла на месторождениях Чаро-Наларской угленосной провинции позволяет,во-первых,рассматривать метан этих месторождений не, только как попутное полезное ископаемое (для обеспечения гааобеао-пасной добычи угля),но и как самостоятельное полезное ископаемое, подлежалре извлечению,независимо, от добычи угля, И, во-вторых,изгнить традиционный подход к разработке вцсойогазоносных Апсатского и Киарского угольных месторождений,которые, на начальном этапе могут осваиваться как газовые месторождения. Объём ежегодной самостоятельной добычи метана из угольн»« пластов на этих месторождениях можег достигать 1,5-2,0 млрд. м . Тг.<ие количества добываемого датана позволят обеспечить теплом ^электроэнергией Чаро-Удоканс-кий ГПК и удовлетворить потребности в бытовом "гаге города горняков я металлургов Удокана с населением 100 тыс. человек.

Переход на самостоятельную коммерческую добычу метана из угольных пластов обеспечит газом рудодобызающие предприятия региона, снизит газоопасность последугщей добычи угля и улучшит экологическую обстановку в районе. .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ По итогам законченного цикла исследований на Алсатском и Йа-ларском метано-угольных месторождениях зоны БАМ, находящихся в своеобразных физико-географических и геологических условиях зоны Байкальского рифта и вечной мерзлоты, впервые решена актуальная научная задача по изучению газоносности и прогнозу метаноносности угольных пластов,, масштабов газовыделений и газового баланса в ; будущих шахтах, определению прогнозных количеств попутно извлекаемого шахтной дегазацией метана (для обеспечения, гааобеэо-пасности) и объемов добычи метана из угольных пластов газовым промыслом (как самостоятельного полезного ископаемого), оценка ресурсов метана угольных пластов и выяснению геологических

перспектив поэтапного комплексного освоения этих месторождений как топливной сырьевой базы Чаро-Удоканского ТИН.'

К наиболее важным итогам модно отнести следующее:

1. Установлены закономерности и особенности количественного распределения природных газов в метановой зоне Апсатского месторождения, которые предопределились аномальной геофизической обстановкой в недрах,обусловленное положением месторождения в тектонической зоне Байкальского рифта-и развитием толшд многолетнемерзлых пород: на верхних горизонтах до глубины 400-500 м от поверхности зоны метановых газов в условиях пониженных температур (-6...+10°С) метаноносность угольных пластов круто растет до 20-25 м3/т с. б. м. и бистро стабилизируется при значениях 25-30 м3/т с. б. м. угля при повышенных температурах ( + 40... +Б0°С) на глубинах 700... 1200 и от границы метановой зоны (первое защищаемое положение).

2. Определены характеристики сорбционной метаноемкости углей Апсатского месторождения (как параметры, предопределяющие количественное распределение сорбированного метана), достигающей для сухих углей значений 25-29 см5/г с. б. м. и для углей с влажностью 33,5% - 22-27 с;,<г/г с. о. м. (температура 30°С), а также зависимости величин сорбции апсатских углей от давления, температуры, их влажности, физшю-химических свойств и петрографического состава.

3. Выявлена газовая зональность и выполнен прогноз природной ме-таноносностп дли пластов верхней (ci-c5) и нижней (Ьц-Ьд) угленосных сват Апсатского месторовдения (второе защищаемое положение):

3.1. Граница метановой зоны в пластах с,-с6проходит на отметках +1250...+1550 н на учлстке Центральном-II, в пластах ty-bg на отметках +900... +1100 м на Северо-Восточном, +1100... +1400 м на Юго-Еосточном и +1250.. .+1300 м на Юго-Западном разведочных учас-' тках. Мзидостъ зона демэтанкзацик колеблется от 50-100 ы до 750 м.

3.2. Метаноносность пластов Ci -cj не превышает 10-12 м!/т с. б. м. угля. Метаноносность угольных пластов bi-Ьэ нарастает с глубиной затухающими темпами по. зависимости, близкой к гиперболической,с резко различными градиентами роста на верхних и нижних этажах месторождения: круто растет от 3-13 м "'/т с. С м. ка отмэт-ках+1400... +1100 м до 20-25 м5/т с. б. м. на отам?ках+800.. .+CQ0 и, затем темпы роста ее сыккаюггся и метаноноскос?ь стабилизируется при значениях 25-30 м3/т с. б. и. угля на отметках -"-400. ..О м.

4." Дан прогноз объемов и баланса газовидедевий в будугцих шахтах Апсатского месторождения к показана их зависи; гость от мотанонос-

ности пластов, положения в разрезе, мощности пластов, угленасы-дэнности разреза, от глубины'разработки шахтного поля и чорядка отработки пластов (третье защищаемое-положение):

4.1. Все варианты первоочередной выемки основных пластов нижней угленосной свиты характеризуются более напряженным газовым режимом по сравнению с вариантом нисходящего порядка отработки

пластов. Максимальная относительная метанооОильность очистных

з

участков, отрабатывающих пласты S^-bg, может достигать 50-1"? м/ т д. при средних ее значениях в вариантах первоочередной выемки основных пластов 60 м5/т д.. на горизонте +960 м и 05 м3/т д. на никнем горизонте +520 м ,а также 14 m'Vt д. и 27 uV? д. на тех жв горизонтах при варианте нисходящей отработки пластов от Ьп к bt.

4. 2. Высокая метанообильность выемочных участков на будущих шахтах лредопределяет необходимость постановки шахтной дегазации пластов b^-ibg, что дает основание откосить матан этих пластов к попутному полезному .ископаемому в границах шахтного поля.

4.3. Количество ежегодно .извлекаемого дегазационными системами метана может достигать 20-33 млн. м5(при прогнозных вариантах эффективности дегазации 30 и '50 .%).

. 4.4. Относительная метанообильность выемочных участков, отрабатывающих пласты с 1-еs, ожидается незначительной л по прогнозу не превысит 20 mVt д. , шахтная дегазация лри отработке этих пластов нецелесообразна, поэтому метан этих угольных пластов не -может рассматриваться как попугкое полезное ископаемое.

5. Оценены масштабы, распределение и концентрация (плотность) прогнозных ресурсов метана-угольных пластов Апсатского и Каларс-кого месторождений (четвертое защидаемое положение);

5'. 1. В недрах Апсатского месторождения содержится около 180 млрд. м3 метана, из них а рабочих угольных пластах па горизонтах подземной разработки находится 45-55 млрд. м'газа. Прогнозные ресурсы метана в угольных пластах на разведочных участках составляют (по категориям): на Северо-Восточном 1 млрд. №+Рг ), Юго-Восточном 3,8 млрд. (Ri ), Юго-Западном 7,7 млрд. (Ре) и Центральном-1 40 млрд. м (Pj). Плотность (концентрация) прогнозных ресурсов метана угольных пластов на разведочных участках Апсатского месторождения 'изменяется от 630 млн. до 900 млн. .м'/км2.

5. 2. Прогнозные ресурсы метана я угольных пластах .Каларского месторождения оцениваются в 18 млрд. м®. Плотность ресурсов метана по пласту "Основному" составляет в среднем 280 млн. м3/кмг.

6. Дана оценка метана угольных пластов АпсатскогЛ и Канарского месторождений как сопутствующего полезного ископаемого, подлежащего самостоятельной промысловой добыче для энергетического обеспечение экологически чистым топливным. '-fii^ypqOM •' Чаро-Удоканского ТПК (пятое защищаемое положение):

При поэтапном освоении с опервжаюцэй дббцчей метана Апсатское и Каларское угольные месторождения можно рассматривать на первом этапе как газовые с объемом ежегодной самостоятельной добычи метана газовым прошслом из угольных пластов 1,5-2,0 млрд. м V СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАШШХ ГО ТЕМЕ дазСЕРТАЦЙИ

1.. Прогноз газоносности пластов, выделений метана в горные выработки и оценка ресурсов газов для их поиутйэго извлечения при комплексном освоении Апсатского метано-угольного месторождения зоны БАМ //Соверш. технологии и механизации добычи полезных иск.: Тев. докл. V Респ. научно-текн. конф. молодых ученых и спец. горн.-пром. Грузии. 19-20 ноября 1CJ8S г. - Тбилиси, 1986. - С. 102-103.

2. Комплексное освоение газоносного Апсатского месторождения углей зоны БАМ. - ML: КПКОН АН СССР, 1986. - 8 с. (совместно с Г. Д. Ли-диным, Е М. Зимаковым, Н Матвиенко и др.).

3. особенности газоносности Апсатского угольного месторождения зоны БАМ //Актуал. пробл. рудничной аэрогаподинамики. - М.: ИПКОН АН СССР, 1986, - 6.79-87 (совм. с Б. М. Зимаковым и YU Е Переяславским).

4. Геологические основы'методики изучения и прогнозирования газоносности вменяющих пород угольных месторождений.- М.: ИПКОН АН СССР, 1986. - 38 с. (совм. с Е Ы. Зимаковым, R а Колесником и др.).

5. Руководство по определению и прогнозу газоносности емешающих пород угольных месторождений при геологоразведочных работах. Ростов-Н/Д: ВНИГРИуголь, 1987. -162 с. (совм. с В. Я Колесником и др.).

6. Штодика определения газоносности вмещающих пород угольных месторождений при геологоразведочных работах. - М.: Недра, 1988. -110 с. (совместно с Е Я Колесником, Б. R Смирновым и др.).

7. Щюгноаная оценка метанообильности выемочных участков при различном порядке отработки угольных пластои Апсатского место-ровдения//<Еиз. -техн. способы и процессы разр. и обогащения полез. КС КОП. /Под ред. К. Н. Трубецкого. - М.: ЩЮЦ АН СССР, 1989. - С. 72-75.

8. Комплексное освоение угольшк месторождений с псиольвоваии--ем попутно добываемого' метана как экономичный ресурсосберегпювдй вклад в оздоровление экологической обстановки и углепромышленных районах //Пробл. охр. окрул. средь* Севера: Теп. док,л. веесоюв.

,1В -

научн. конф. молодых ученых и спец. - Мурманск, 1990.- С. 134-135.

9. Принцип поэтапного комплексного.' освоения метано-угольных месторождений //Теор. и практ. компл. освоения месторож. полез, иск. и сбог. мин. сырья/Под ред. К. Н. Трубецкого.-Ы.: ИПКОН РАН, 1092. -С. 87-91.

10а. Геологические перспективы комплексного поэтапного освоения газоносных Апсатского и Каларского угольных месторождений зоны БАМ //Нетрадиционные источники углеводородного сырья и проблемы его освоения: Тез. докл. Мевдун. Симпоз. 12-16 октября 1992 г. .Санкт-Петербург. - 1992.-т. 2, с. 17-18 (совм. с R И. Зимаковым и Н, Г. Ыатвиенко).

1Q6. Geological prospects of complex stages development of Apsat and Kalar gas-bearing coal deposits of Baikal-Amur railway zone// Unconventional hydrocarbon sources, problems of exploration and production: Abstracts of International Simposium. October 12-16, 1992, Sanct-Petersburg-. - S.-Petersburg. - 1992.- Vol. II. P. 16-17 (Joint authors: B.M-Zimakov & N. G. Matvienko).

11. Геологические перспективы добычи метана в Кузнецком бассейне //Геология,методы поисков,разведки и оценки месторождений топлив-но-энергетич. сырья / Обзорн. информация. - Ы.: МПГ'Геоинформмарк". -1992.- вып. 3. - 92 с. (совместно с Б. Ы. Зимаковым, В. Г. Натурой и др.).

12. Опыт прогнозирования газовыделений в будущих шахтах и поэтапного комплексного освоения газоносных Апсатского и Верхне-Ка-ларского угольных месторождений (по геологоразведочным данным)// Геолого-геофизические методы прогноза угленосности / Под ред. А. А. Тимофеева. - Ростов-на-Лону: ЕНИГРИуголь, 1993.- С.173-180.

■ 13. Геолого-экологические предпосылки добычи метана на угольных пластов Кузбасса и Забайкалья '//Экологические проблемы горного производства: Тез. докл. - М.: ИАЦ ГЦ, 1993.- С. 59-61 (совместно с М. Зимаковым, А. В. Черняевым, В. Г. Натурой и др.).

14, Использование иетана угольных месторождений - нетрадиционное решение энергетической и экологической проблем при освоении медных руд Удокана//Научн. пробп. разработки месторокд. твердых полез, ископаемых /Под ред. К. R Трубецкого. - М.: 'ИПКОН РАН, 1993.- С. 4754 (совместно с Е Г. Матвиенко,В. С. Чечеткиным и Б. М. Зимаковым).

—— ------

Подписано в печать 26.07.94. Формат 84x60 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ.л. 0,93. Уч-изд. л. 0,7. Тираж 100 экз. Заказ 446-94. Бесплатно.

Ротапринт ИПКОН РАН. Москва, Крюковский тупик, 4.