Elaborating a scheme for mine methane capturing while developing coal gas seams

Abstract

Purpose is to substantiate and develop an efficient scheme of coalmine methane capture while preparing and developing gassy coal seams. Methods. Critical analysis of literature sources has been carried out; practice of applying the known schemes of coalmine methane capture for its further use has been systematized. Analysis and selection of theoretical substantiation of a new coalmine methane capture scheme have been performed taking into consideration the parameters of preparation and development of gassy coal seams. Methods of mathematical analysis have been applied to describe the dependence of gamma distribution of the continuous random variable of gas emission intensity on the distance to a stope. Findings. A scheme of coal mass degassing has been improved; that scheme helps increase degassing degree and eliminate colliery gas, including methane, in terms of specific arrangement of wells and introduction of new technological operations and parameters. The developed scheme takes into consideration physical and mathematical properties of rocks to increase the volume of produced gas along with the reduced total mining costs. Mathematical modeling has made it possible to define that the density function coincides maximally with the experimental and practical graph of dependence of gas emission intensity on the distance to a stope. Originality. Analytical dependences have been specified making it possible to evaluate rational range of the depth of degassing gas outlet wells and the distance between them according to the proposed scheme of their arrangement within the extraction pillar. Practical implications. The proposed scheme of coal mass degassing allows controlling coalmine methane extraction including special preparatory operations. It helps widen a range of effective application of the system for colliery gas extraction and reduce the time for preparatory degassing operations; that favours both rising stope output and the associated coalmine methane recovery with the corresponding increase in energy saving and safety during mining operations.

Мета. Обґрунтування і розробка ефективної схеми каптаціі шахтного метану при підготовці та відпрацюванні багатих на газ вугільних пластів. Методика. Виконано критичний аналіз літературних джерел і систематизації досвіду застосування відомих схем каптаціі шахтного метану для його подальшого використання. Здійснено аналіз та вибір теоретичного обґрунтування нової схеми каптаціі шахтного метану, що, зокрема, враховує показники підготовки та розробки газообільних вугільних пластів. Застосовано методи математичного аналізу для опису гамма розподілу неперервної випадкової величини інтенсивності газовиділення від відстані до очисного вибою. Результати. Вдосконалено схему дегазації вуглепородного масиву, в якій, при певному розташуванні свердловин і введенням нових технологічних операцій та параметрів, досягається можливість підвищення ступеня дегазації й видалення шахтного газу, в тому числі газу метану. Розроблена схема враховує фізико-механічні властивості гірських порід, за рахунок чого збільшується обсяг видобутого газу при зниженні сумарних витрат на видобуток корисних копалин. Математичним моделюванням встановлено, що функція щільності розподілу газовиділення максимально збігається з експериментально-практичним графіком залежності інтенсивності газовиділення від відстані до очисного вибою. Наукова новизна. Встановлено аналітичні залежності, що дозволяють оцінити раціональний діапазон глибини дегазаційних газовідвідних свердловин і крок між ними згідно із запропонованою схемою їх розташування в межах виїмкового стовпа. Практична значимість. Запропонована схема дегазації вуглепородного масиву дає можливість управляти процесом видобутку шахтного метану, включаючи спеціальні підготовчі операції. Розширюється область ефективного застосування системи вилучення шахтного газу, скорочується час на проведення підготовчих робіт з дегазації, що сприяє як підвищенню навантаження на очисні вибої, так і супутньому видобутку шахтного газу, і за рахунок цього збільшується енергозбереження та безпека ведення гірничих робіт.

Цель. Обоснование и разработка эффективной схемы каптации шахтного метана при подготовке и отработке газообильных угольных пластов. Методика. Выполнен критический анализ литературных источников и систематизации опыта применения известных схем каптации шахтного метана для его дальнейшего использования. Произведен анализ и выбор теоретического обоснования новой схемы каптации шахтного метана, что, в частности, учитывает показатели подготовки и разработки газообильных угольных пластов. Применены методы математического анализа для описания гамма распределения непрерывной случайной величины интенсивности газовыделения от расстояния до очистного забоя Результаты. Усовершенствована схема дегазации углепородного массива, в которой, при определенном расположении скважин и введением новых технологических операций и параметров, достигается возможность повышения степени дегазации и удаления шахтного газа, в том числе газа метана. Разработанная схема учитывает физико-механических свойства горных пород за счет чего увеличивается объем добываемого газа при снижении суммарных затрат на добычу полезных ископаемых. Математическим моделированием установлено, что функция плотности распределения максимально совпадает с экспериментально-практическим графиком зависимости интенсивности газовыделения от расстояния до очистного забоя. Научная новизна. Установлены аналитические зависимости, позволяющие оценить рациональный диапазон глубины дегазационных газоотводящих скважин и шаг между ними согласно предложенной схеме их расположения в пределах выемочного столба. Практическая значимость. Предлагаемая схема дегазации углепородного массива дает возможность управлять процессом добычи шахтного метана, включая специальные подготовительные операции. Расширяется область эффективного применения системы извлечения шахтного газа, сокращается время на проведение подготовительных работ по дегазации, что способствует как повышению нагрузки на очистные забои, так и сопутствующей добыче шахтного газа, и за счет этого увеличивается энергосбережение и безопасность ведения горных работ.