Извлечение метана из угольных пластов с использованием вибрационного воздействия

московский 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Председатель 

Л.А. 
ПУЧКОВ 

Зам. 
председателя 

JI X. 
ГИТИС 

Члены 
редсовета 

И.В. 
ДЕМЕНТЬЕВ 

A. П. 
ДМИТРИЕВ 

Б.А. 
КАРТОЗИЯ 

М.В. 
КУРЛЕНЯ 

В.И. 
ОСИПОВ 

Э.М. 
СОКОЛОВ 

К.Н. 
ТРУБЕЦКОЙ 

В.В. 
ХРОНИН 

B. А. ЧАН ТУРИ Я 

Е.И. 
ШЕМЯКИН 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 

МОСКОВСКОГО 

ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 

ректор 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

директор 
Издательства 
МГГУ 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

академик 
MAHBUI 

академик 
РАН 

профессор 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

М . В . 
Павленко 

МГГУ 

ИЗВЛЕЧЕНИЕ 
МЕТАНА 
ИЗ УГОЛЬНЫХ 
ПЛАСТОВ 
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 
ВИБРАЦИОННОГО 
ВОЗДЕЙСТВИП 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

Z 0 0 4 

УДК 622.272.63 
ББК 33.31 
П 12 

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным 
для взрослых. СанПиН 1.2.1253—03», утвержденным Главным 
государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. 

Р е ц е н з е н т : 
проф., д-р техн. шукА.И. 
Шундулиди 
(Кузбасский государственный технический университет) 

Павленко М.В. 

П 12 
Извлечение метана из угольных пластов с использованием вибрационного воздействия. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. — 155 с. 

ISBN 5-7418-0315-6 
Приведены результаты теоретических расчетов и производственных экспериментов вибрационного воздействия на неразгруженный газонасыщенный угольный массив. Рассмотрен принцип использования вибрационного воздействия на низкопроницаемый угольный 
массив для решения проблемы заблаговременной, глубокой дегазации. Даны новые технические решения по созданию вибрационного 
воздействия. 

Для инженерно-технических работников, специалистов научноисследовательских и проектных организаций угольной промышленности. 

ISBN 5-7418-0315-6 

УДК 622.272.63 
ББК 33.31 

© М.В. Павленко, 2004 
© Издательство МГГУ, 2004 
© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2004 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Важным 
направлением в области 
увеличения 

уровня безопасности добычи угля является интенсификация производства на базе достижений науки и 

техники. Увеличение глубины отработки угольных 

пластов и повышение нагрузки на очистные забои 

привели к быстрому нарастанию выделения метана. 

При 
этом 
количество 
метана, 
выделяющегося 
в 

угольных шахтах, возросло почти в сотни раз. 

Миграция метана из замкнутых пор угля возможна путем переноса (диффузии) метана в угольном массиве и перемещения его в таком состоянии в 

сторону меньшей концентрации газа. Этот процесс 

происходит в угольных пластах, поскольку они обладают высокой сорбционной способностью. Преобладающей формой связи метана с углем является 

сорбция, величина которой зависит не только от 

свойств сорбента, но и от параметров состояния — 

давления, температуры, влажности и напряженного 

состояния угля. 

Проблема борьбы с метановыделением в горные выработки из угольных пластов, по существу, 

представляет собой проблему управления связью 

метана с углем, и эта проблема значительно возрастает при низкой проницаемости угольного массива. 

Небольшая доля свободного метана, порядка 10 %, 

в угольных пластах объясняется тем, что угли обладают высокой сорбционной способностью: основ

ной объем газа — 90 % находится в связанном с углем состоянии. 

Газообильность лав обусловливается поступлением метана из разрабатываемого угольного пласта, 
поэтому выделение газа в призабойное пространство 
очистного забоя остается важным фактором, лимитирующим нагрузку на лаву. Поэтому вопросы безопасности при ведении горных работ, а также эффективность добычи на угольных шахтах особенно обострились в последнее время в связи с углублением 
горных работ на высокогазоносных угольных пластах. По остроте и актуальности в угольной промышленности, безусловно, на первом месте стоит 
задача обеспечения метанобезопасности. 

В процессе разработки месторождения с ростом 
глубины и напряженности горных пород могут происходить различные процессы, приводящие к изменению пористой структуры углей и вновь образующейся поверхности обнажения. Это, в свою очередь, 
в соответствии с теорией твердых растворов метана 
в угле, вызывает изменение механизма связи метана 
с углем и может быть использовано для управления 
метаносодержанием низкопроницаемого угля. К мерам, стимулирующим выделение метана, относятся 
химическое, тепловое и вибрационное воздействия. 

Актуальность проблемы усиливается сформулированными в последние годы требованиями интенсивного извлечения метана и комплексного использования угольных месторождений (добыча угольного 
метана), а также предотвращения массового поступления угольного метана в атмосферу Земли для 
уменьшения парникового эффекта. 

Высокопроизводительная 
разработка 
газоносных низкопроницаемых угольных пластов без применения специальных мероприятий по 
снижению 
выделения 
метана из разрабатываемых 
угольных 
пластов практически неосуществима. В связи с этим 
повышение производительности и безопасности труда, а также увеличение нагрузки на очистной забой 
возможно лишь комплексно, с позиций совершенствования технологии, улучшения 
технико-экономических показателей и одновременного решения проблемы борьбы с газом за счет применения новых, 
более эффективных методов воздействия. При этом 
большое внимание уделяется решению важнейшей 
проблемы — извлечению метана из угольных месторождений. 

Метан, содержащийся в угленосной толще, — 
один из ценных сырьевых ресурсов страны. Он должен добываться и использоваться эффективно наравне с другими топливно-энергетическими ресурсами. Именно поэтому угольный метан в настоящее 
время рассматривается как объект, управление которым в ближайшее время позволит решить крупномасштабные задачи, поставленные перед угледобывающей отраслью. 

В 1998 г. была разработана и утверждена Министерством топлива и энергетики РФ концепция комплексного решения извлечения и использования высококалорийного метана угольных шахт России. Для реализации этой важной народнохозяйственной проблемы была разработана единая федеральная программа, 
концепция которой базируется на решении важных 
проблем угольного метана и их приоритетности. 

Указанное направление работ в настоящее время 
развивается в рамках научной горной школы, возглавляемой чл.-корр. РАН Л.А. Пучковым. 

Настоящее исследование является частью комплексной 
научно-исследовательской 
работы 
по 
управлению состоянием угленосной толщи с целью 
интенсификации метаноотдачи и борьбы с газом, как 
источником опасности в угольных шахтах. Она выполнена в Московском государственном горном университете (МГГУ) при участии 
инженерно-технических работников экспедиции «Печоруглеразведка» 
на поле ОАО «Воркутауголь», а также сотрудников 
Государственной холдинговой компании «Шахтерскантрацит». Всем им автор выражает глубокую благодарность. 

Глава 1 

ПРОБЛЕМЫ ДЕГАЗАЦИИ 
ПРИ ОТРАБОТКЕ 
НИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ 
УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ 
И НАПРАВЛЕНИЯ 
ИХ РЕШЕНИЯ 

Выделение метана в горные выработки угольных шахт, отрабатывающих высокогазоносные пласты, — один из основных 
факторов, отрицательно влияющих на эффективность добычи 
угля. Анализ роста добычи из газоносных высоко- и низкопроницаемых угольных пластов показал, что из очистных забоев 
при отработке газоносных высокопроницаемых угольных пластов добыча составляет 1000—1200 м

3/т, в то время как из низкопроницаемых пластов она не превышает 600—800 м

3/т. 

Метанообильность крупных высокопроизводительных глубоких 
шахт достигает 
180 000—200 000 м

3/сут., 
или до 
80—120 м

3/т добываемого угля. Поэтому на достигнутых глубинах разработки относительная метанообильность добычных 
участков при выемке одиночных 
пластов не 
превышает 
20—25 м

3/т. При увеличении глубины разработки выделение 
метана из угольных пластов повышается в результате роста их 
природной газоносности. 

Газообильность лав обусловлена только поступлением метана из самого разрабатываемого угольного пласта. Выделение 
газа в призабойное пространство очистного забоя остается 
весьма высоким и лимитирует нагрузку на лаву. Это объясняется тем, что природная газоносность угольных пластов во многих 
случаях составляет 20—30 м

3/т, а для антрацитов приближается 
к 40—45 м

3/т. Выдаваемый на поверхность уголь при столь высокой природной газоносности сохраняет 10—30 % метана, поэтому каждая добываемая тонна угля отдает в горные выработки, главным образом в лаву, 20—30 м

3 метана. 

Природная пористость одного и того же угольного пласта на одинаковой глубине изменяется незначительно и при 
прочих равных условиях практически постоянна. Однако, величина природной газопроницаемости ископаемых углей, зависящая от многих факторов, для разных угольных пластов и 

11