Введение к работе
Астуальность работы. Развитие горнодобывающей промышленности связано с внедрением и использованием безопасных ресурсосберегающих экологически чистых технологий. На газокосных угольных месторождениях на первое место выдвигается требование обеспечения комплексной, технологически и экологически безопасной их разработки с извлечением метана из угленосных тйлц для использования его в качестве топлива или химического сырья.
Перечисленные проблемы в последнее время стали актуальными для Чарского (Чаро-Удоканского) территрриально-промышленного комплекса (ТПК) зоны БАМ. Энергетической базой будудего Удоканского горнопромышленного комбината послужат Апеатское и Каларское мега-но-угольные месторождения, которые характеризуются аначйтелышми 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 лпахт и оценкой перспектив комплексного освоения Апсатского 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 No .0.05.07 ' (1981-1985 гг.) и No 0.50/05 (1986-1990 гг.).
Целью диссертационной pjCotu является прогнозная оценка 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 Апсатском и Каларском месторождениях для решения энергетических и.экологических проблем Чаро-Удоканского ТИК.
Идея (2.б.21У состоит .в вияснений закономерностей и особенностей распределения природных газов:в пределах Апсатского и Каларского месторождений и прогнозирования на их основе газообиль-пости.'будутгда шахт.и перспектив добычи метана из угольных пластов.
Достижение поставленной цели осуществлялось путем решения
следующих задачу
1. Определение природной газоносности угольных пластов при угле-
га?'.ор:ом опробований и потенциальной их метакоиоснокт» на основе
ссрбцнанных характеристик углей; прогноз меташиюсноотк пластов
на глубоких горизонтах Апсатского месторождения.
2. Анализ воздействия на'природную метаноносность аномальных гео
физических условий недр Апсатского месторондения, обусловленных
его положением е зоне Байкальского рифта и развития многолетне-
мерзлых пород, на природную метаноносность угольных пластов.
3. Прогнозная оценка масштабов и баланса гаэовыделениа п иахтах,
а также объемов метана угольных ;пдаетов, извлекаемых шахтной де
газацией, при подззмной разработке Апсатского месторождения!
А. Оценка прогнозных ресурсоЕ жтана угольных пластов .на Алеатскои и Канарском месторождениях и геологических ;перспект.ив их комплексного освоения с поэтапной добычей газа и угля.
Методы исследований. Для решения поставленных задач .использовались нввестныэ алробгрованше к надежные методы определения качественного состава природных гагоз и количественного их содержания в углях, порода): и водах с применением герметических гааокер-нонвборгиков, изучения сорбционных свойств углей, прогнозирования потенциальной мзтаноноснасти'уголышх пластов, и .метанообильности горных выработок, оценки ресурсов метана лз угленосных отложениях. При обработке данных опробования угольных пластов и результатов лабораторных исследований использовался -аппарат .математической статистики С" применением 3E1L Применительно ,к условиям подземной разработки Апсатского месторождения автором создан метод анализа и ьыбора (с использованием ЭВМ) оптимального по прогнозным оценкам метанообилыюсти 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 поскулили 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 Апсагского и Каларского метано-угольных месторождений с попутной и самостоятельной добычей метана. Выводы и их достоверность обоснованы достаточным объемом опробования и изучения: на месторождении газокернонаборниками из 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 влажности, свойственных глубинам залегания угольных
і -
пластов. Кромэ того, о достоверности результатов свидетельствует-' сходимость параметров природной метаноносности угольных пластов, полученных методом опробования irx газокершжаборшікамк и' методом прогнозирования потенциальной метаноносности, угольных пластов по сорбционным характеристикам углей; а гакгв подтверждение прогнозных оценок ожидаемых газовыделений D' разведочных- штольнях пршсти-кой проходки этих штолен ка- месторождении. Автором1 защищаются; Ї. Закономерности и особенности современного содержания и распределения метана в угольных пластах Апсатского иестороддення, обусловленные -геофизическими'її геохимическими условиями их залегания в зоне Байкальского рифта и развития мкогодетномзрздых пород.
-
Прогноз природной метаноносности угольных пластов как- основы для проектных расчетов метаносбилыгостя будущих шхт Апсатского месторождения и- оцени:: ресурсов метана.
-
Прогноз ожидаемых газовыделений при подземной разработке Апсатского месторождения, обоснование оптимального с позиции обеспечения газобезопаснссти' нисходящего порядка отработки угольных пластов и необходимости проведения шахтной дегазации на под-иерзлотных горизонтах.
-
Масштабы и распределение ресурсов метана в угольных пластах Лпсатсютго и Каларского месторождений.
-
Оценка возможности самостоятельной добычи метена из угольных пластов газовым промыслом как способа решения энергетических и экологических проблем Чаро-Удокакского Tint
Научная новизна работы:
-
Впервые установлено закономерное нарастание природной штако-носности угольных пластов Апсатсісого месторождения с глубиной затухающими темпами с резко различными градиентами роста на верхних и нижних этаиах месторождения, обусловленное аномальной геотермической обстановкой в недрах, что связано о геотектоническим положением месторождения в'рифговой зоне и развитием мерзлоты.
-
Впервые ' определены сорбционныё свойства углей Апсатского месторождения и зависимости сорбционной их матансемкости от физико-химических параметров.'и петрологического-состава в диапазона температур, давлений и влажности,.свойственных глубинам залегания угольных пластов. -.
-
Обоснованы параметры и выполнен прогноз метаноносности угольних пластов для специфических геологических условий Апсатского
месторождения. -,
4. Выявлено распределение прогнозных ресурсов и концентрации (плотности) их на плопвди Апсатского и Каларского месторождений.
Практическая ценность результатов диссертационной работы. - Прогнозные характеристики газоносности угольных пластов Ап-сатского месторождения предназначены для использования в качестве исходных данных при проектировании вентиляции и дегазации шахт.
Прогноз метанообильности выемочных участков, при подземной разработке ІАпсатского месторождения служит основой для. разработки мер по борьбе с газовыделениями при строительстве шахт и угледобыче, для выбора оптимального (по масштабам ожидаемых поступлений метана) варианта порядка выемки угольных пластов, выбора соответствующих технических средств и технологии отработки.запасов угля.
Оценка прогнозных ресурсов метана угольных пластов на Апсатс-ком и Канарском месторождениях используется в геологических и технико-экономических обоснованиях и проектах организации добычи метана углегаэовым 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 меганоноености угольных пластов и оценка прогнозных ресурсов метана в них на разведочных участках Апса-тского месторождения вошли в производственные отчеты ГГП "Читаге-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 газовыделениях при проходке разведочных штолен с рекомендациями по обеспечению газобезопасной их проходки использовались ГГП."кггагеолоіия" в процессе проведения геологоразведочныхработ на Апсатском месторождении в 1984-1989 гг. Опыт сопоставительных исследований газоносности угольных пластов методом, опробования их гааокэрнонаборниками и методом прогноза потенциальной их метаноносности по сорбционным характеристикам углей и газовому давлению при проведении геологоразведочных работ на Апсатском месторождении был учтен при составлении
"Методики определения газоносности вмещавдих іїород угольных месторождений при геологоразведочных работах" (И, Кедра, 1980).
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 такие на IX Всесоюзном геологическом угольном совещании Мингео СССР (Ростов-на-Дону, 1991), на Международном Снмпозиумэ"Иетради-цконные источники углеводородного сырья и проблемы его освоения" (Санкт-Петербург, 1992), на заседании экспертной комиссии секции геологии угля,горючих сланцев и торфа Мингео СССР (Чита,1989), на научно-технических советах ГГП "Читагеология" (Чита, 1987,1989) и Удоканскои ГРЭ (Чара,1989,1991). Результаты выполненных исследований опубликозшш в 14 работах и отпечены медалью ВДНХ СССР (1386).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и содержит 247 страниц,- включающих теїсст, 30 рисунков, 29 таблиц, список литературы из 62 наименовании, а тшшэ табличные и графические приложения на'58 страницах. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ