A A A Ц Ц Ц Ц

ШРИФТ:

Arial Times New Roman

ИНТЕРВАЛ:

х1 х1.5 х2

КЕРНИНГ:

Обычный Средний Большой

ИЗОБРАЖЕНИЯ:

Черно-белые Цветные
For the visually impaired Standard Version
Scientific, Technological and Production Journal
ISSN 2079–3332 (print)
ISSN 3034-6835 (online)
founded in 2001

Study of the gas permeability of permeability of rock interplates after their undermining and overworking, taking into account geodynamic and geomechanical factors

Original articles: 2025 No 2

Study of the gas permeability of permeability of rock interplates after their undermining and overworking, taking into account geodynamic and geomechanical factors

DOI: 10.56195/20793332-2025-25-2-60-68

Читать в pdf M. G. Lupiy
  1. JSC SUEK-Kuzbass, Leninsk-Kuznetsky, Russian Federation
p. 60-68, No.2/2025
Abstract:
The article presents a forecast of geodynamic and geomechanical processes during coal seam extraction that affect methane emissions in mines. An analysis of geomechanical processes has been conducted, and the periods of non-steady and steadystate displacements in the undermined and overworked strata of the rock mass have been identified. It has been established that if the dimensions of the unloaded zones along the strike and dip do not exceed the extent of the active zones, the entire surface of the satellite is an actively gas-emitting surface. The highest porosity and gas permeability of the undermined and overworked strata are observed in the active part of the displacement zone. An approximate analytical solution to the inverse filtration problem of methane flow from the undermined and overworked seams is presented. An equation has been derived to calculate the average values of the gas permeability coefficient of the surrounding rocks, depending on the thickness of the interlayer rocks, the advance rate of the working face, and other mining factors. The results of the calculations can be used to predict gas emissions from adjacent seams and in the design of degassing. A methodology for predicting methane content in development workings driven through overworked seams is provided, taking into account changes in methane content and filtration properties of the rock mass due to overworking. The methodology is based on initial data known at the design stage and considers the main parameters determining the methane content in development workings.
Keywords:
degassing, coal seam, rock permeability, methane content, undermining and overworking of seams, methane, development workings, gas emission
For citation:
Lupiy MG. Study of the gas permeability of permeability of rock interplates after their undermining and overworking, taking into account geodynamic and geomechanical factors. Mine Surveying and Subsurface Use. 2025;25(2):60-68. (In Russ.). https:// doi.org/10.56195/20793332-2025-25-2-60-68.
Information about the authors:
  1. Mikhail G. Lupiy – Cand. Sci. (Eng.), General Director of JSC «SUEK-Kuzbass», 652507, Leninsk-Kuznetsky, Russian Federation, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
References:
  1. 1. Li L, Liu D, Cai Y, et al. Coal structure and its implications for coalbed methane exploitation: a review. Energy & Fuels. 2020;35(1):86-110. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.0c03309.
  2. 2. Yang F, Xu S. Sedimentation and Reservoirs of Marine Shale in South China. Springer. 2024; 225. DOI: 10.1007/978-981-97-5361-1.
  3. 3. Богоявленский ВИ. Природные и техногенные угрозы при освоении месторождений горючих ископаемых в криолитосфере Земли. Горная промышленность. 2020;(1):97-118. DOI: 10.30686/1609-9192-2020-1-97-118. [Bogoyavlensky VI. Natural and man-made threats during development of fossil fuel deposits in the Earth’s cryolithosphere Mining industry. 2020;(1):97-118. (In Russ.)]
  4. 4. Ning S, Guo J, Wu W, et al. Investigation into the pore structures and CH4 adsorption capacities of clay minerals in coal reservoirs in the Yangquan Mining District, North China. Open Geosciences. 2022;14(1):833-46. doi: 10.1515/geo-2022-0395
  5. 5. Гресов АИ, Яцук АВ. Газовая зональность и газоносность многолетнемерзлых отложений угленосных бассейнов Восточной Арктики и прилегающих регионов. Геоэкология. Инженерная Геология. Гидрогеология. Геокриология. 2013;5:387-98. [Gresov AI, Yatsuk AV. Gas zoning and gas content of permafrost deposits of coal basins of the Eastern Arctic and adjacent regions. Geoecology. Engineering Geology. Hydrogeology. Geocryology. 2013;5:387-98. (In Russ.)]
  6. 6. Shen Y, Qin Y, Guo Y, et al. Characteristics and sedimentary control of a coalbed methane-bearing system in Lopingian (late Permian) coalbearing strata of western Guizhou province. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2016;33:8-17. DOI: 10.1016/j.jngse.2016.04.047.
  7. 7. Гресов АИ, Обжиров АИ, Яцук АВ. К вопросу водородности угольных бассейнов Дальнего Востока. Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2010;1(5):19-32. [Gresov AI, Obzhirov AI, Yatsuk AV. On the issue of hydrogen content of coal basins of the Far East. Bulletin of KRAUNC. Earth Sciences. 2010;1(5):19-32 (In Russ.)]
  8. 8. Zhang XG, Ranjith PG, Perera MSA, et al. Gas transportation and enhanced coalbed methane recovery processes in deep coal seams: a review. Energy & Fuels. 2016;30(11):8832-49. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.6b01720.
  9. 9. Лискова МЮ. Движение газовоздушных смесей по выработанным пространствам. ГИАБ. 2017;(7):131-6. [Liskova MYu. Movement of gas-air mixtures through mined-out spaces. GIAB. 2017;(7):131-6. (In Russ.)] DOI: 10.25018/0236-1493-2017-7-0-131-136.
  10. 10. Mineev S, Filatieva E, Oleinichenko A, et al. On the relationship between gas emission from undermined coal-bearing stratum and the intensity of coal seam mining. E3S Web of Conferences. 2021;280:08017. DOI:10.1051/E3sconf/202128008017.
  11. 11. Тризно СК. Влияние параметров подработки на газовыделение из пластов спутников. ГИАБ. 1999;1. [Trizno SK. Influence of undermining parameters on gas emission from satellite formations. GIAB. 1999;1. (In Russ.)]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanieparametrov- podrabotki-na-gazovydelenie-iz-plastov-sputnikov.
  12. 12. Hamid YS. Progressive collapse of double layer space trusses. Surrey, 2015: 24. URL: https://www.proquest.com/openview/049628bcc4e178 c671ae4c449f52151/1?cbl=51922&pq-origsite =gscholar.
  13. 13. Kumar R, Singh AK, Mishra AK, et al. Underground mining of thick coal seams. International Journal of Mining Science and Technology. 2015;25(6):885-96. DOI: 10.1016/j.ijmst.2015.09.003
  14. 14. Фам Дик Тханг, Фан Туан Ань, Коликов КС. Зависимость метаноносности и относительной метанообильности угольных пластов на шахте Мао Хе от глубины их залегания. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;6-1:26-37. [Fam Dik Thang, Fan Tuan An’, Kolikov KS. Methane content and relative methane releasability versus occurrence depth of coal seams in Mạo Khê mine. MIAB. 2020;(6-1):26-37 (In Russ)]. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-61-0-26-37.
  15. 15. Гаврилов ВИ. Разработка способа дегазации газонасыщенных пологих угольных пластов гидродинамическим воздействием. Горные науки и технологии. 2019;4(3):160-71. [Gavrilov VI. Development of a hydrodynamic method for degassing of gas-saturated flat-lying coal seams. Mining Science and Technology. 2019;4(3):160-71 (In Russ.)]. DOI: 10.17073/2500-0632-2019-3-160-171.
  16. 16. Zhang Y, Feng G, Zhang M, et al. Residual coal exploitation and its impact on sustainable development of the coal industry in China. Energy Policy. 2016;96:534-41. DOI: 10.1016/J.ENPOL.2016.06.033.
  17. 17. Копбалина КБ, Маженов НА, Кенетаева АА. Закономерности современного распределения природных газов в угленосных толщах и их использование при изучении газоносности вмещающих пород. Актуальные научные исследования в современном мире. 2021;4-2(72):105-13. [Kopbalina KB, Mazhenov NA, Kenetaeva AA. Regularities of modern distribution of natural gases in coal-bearing strata and their use in studying the gas content of host rocks. Current scientific research in the modern world. 2021;4-2(72):105-13. (In Russ.)]
  18. 18. Yang Wang, Yanming Zhu, Yu Liu, et al. Reservoir characteristics of coal-shale sedimentary sequence in coal-bearing strata and their implications for the accumulation of unconventional gas. Journal of Geophysics and Engineering. 2018;15(2):411-20. DOI: 10.1088/1742-2140/AA9A10.
  19. 19. Свирко СВ. О влиянии скорости подвигания очистного забоя на процессы сдвижения земной поверхности. Вестник Кузбасского госу- дарственного технического университета. 2016;3(115):51-63. [Svirko SV. On the influence of the speed of advancement of the production face on the processes of earth’s surface displacement. Bulletin of the Kuzbass State Technical University. 2016;3(115):51-63 (In Russ.)]
  20. 20. Ларченко ВГ, Маталкина ЮА, Шпакова АО. Определение продолжительности процесса сдвижения подработанной толщи пород и земной поверхности. Наукоемкие технологии и оборудование в промышленности и строительстве. 2023;73. [Larchenko VG, Matalkina YuA, Shpakova AO. Determining the duration of the process of displacement of the underworked rock mass and the earth’s surface. High-tech technologies and equipment in industry and construction. 2023;73 (In Russ.)]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-prodolzhitelnosti-protsessa-sdvizheniyapodrabotannoy- tolschi-porod-i-zemnoy-poverhnosti.
  21. 21. Бирюков ЮМ, Ходжаев РР, Пименов АА и др. Проблемы добычи метана из угольных пластов. Калининград, 2008: 310. [Biryukov YuM, Khodzhaev RR, Pimenov AA, et al. Problems of Methane Extraction from Coal Seams. Kaliningrad, 2008: 310 (In Russ.)]
  22. 22. Бирюков ЮМ, Садчиков ВА, Садчиков АВ. Управление газовыделением на горных отводах ликвидированных угольных шахт. Калинин- град, 2008, 186. [Biryukov YuM, Sadchikov VA, Sadchikov AV. Gas Emission Control in Mining Allocations of Abandoned Coal Mines. Kaliningrad, 2008, 186. (In Russ.)]
  23. 23. Кузнецов СВ, Кригман РН. Природная проницаемость угольных пластов и методы ее определения. Москва, 1978: 122. [Kuznetsov SV, Krigman RN. Natural Permeability of Coal Seams and Methods of Its Determination. Moscow, 1978: 122 (In Russ.)]
  24. 24. Лейбензон ЛС. Собрание трудов. Москва, 1953: 544. [Leibenzon LS. Collected Works. Moscow. 1953: 544 (In Russ.)]
  25. 25. Руководство по проектированию вентиляции шахт. Москва, 1975: 237. [Guidelines for Mine Ventilation Design. Moscow, 1975: 237. (In Russ.)]
  26. 26. Ефремов КА, Одноруков ГФ, Маловинский ЕС. Шахтный герметический кернонаборник ВостНИИ: Тр. ВостНИИ. Вопросы безопасно- сти в угольных шахтах. 1976;VIII:48-54. [Efremov KA, Odnorukov GF, Malovinsky ES. East Research Institute’s Hermetic Core Sampler. Proceedings of East Research Institute. Issues of Safety in Coal Mines. 1967;VIII:48-54. (In Russ.)]
  27. 27. Фоминых ЕИ, Сыздыков ФТ, Кизряков АД. Определение метаноносности угольных пластов по газовыделению в подготовительные вы- работки. Научные труды КО ВостНИИ. Способы управления газовыделением на шахтах Карагандинского бассейна. 1971;(2):28-32. [Fominykh EI, Syzdykov FT, Kizryakov AD. Determination of Methane Content in Coal Seams Based on Gas Emission in Development Workings. Scientific Works. KO East Research Institute. Methods of Gas Emission Control in Mines of the Karaganda Basin.1971;(2): 28-32 (In Russ.)]
  28. 28. Пузырев ВН, Стекольщиков ГГ, Рудаков ВА и др. Внезапные прорывы и экстремальные выделения метана в лавы из надрабатываемых и подрабатываемых высокогазоносных пластов (прогноз, предотвращение и локализация газовой опасности). Кемерово, 1998: 93. [Puzyrev VN, Stekolshchikov GG, Rudakov VA, et al. Sudden Outbursts and Extreme Methane Emissions in Longwalls from Overlying and Underlying High-Gas Seams (Forecasting, Prevention, and Localization of Gas Hazards). Kemerovo, 1998: 93 (In Russ.)]
  29. 29. Воскобоев ФН, Джигрин АВ, Клишин ВИ и др. Технологические решения по активному управлению геомеханическими процессами в угольных шахтах. Тула, 2015: 438. [Voskoboev FN, Dzhigrin AV, Klishin VI, et al. Technological Solutions for Active Control of Geomechanical Processes in Coal Mines. Tula, 2015: 438 (In Russ.)]
  30. 30. Кудинов ЮВ, Джигрин АВ, Исаев ИР и др. Средства и способы повышения эффективности и безопасности шахтных дегазационных систем. Тула, 2017: 300. [Kudinov YuV, Dzhigrin AV, Isaev IR et al. Means and Methods for Improving the Efficiency and Safety of Mine Degasification Systems. Tula, 2017:300. (In Russ.)]
  31. 31. Гусева НВ, Киселев ВА, Шабаров АН и др. Прогноз возникновения негативных явлений в угольных шахтах на основе метода геодина- мического районирования и искусственных нейронных сетей. Маркшейдерский вестник. 2016;6(115):34-8. [Guseva NV, Kiselev VA, Shabarov AN, et al. Prediction of the occurrence of negative phenomena in coal mines based on the method of geodynamic zoning and artificial neural networks. Surveying Bulletin. 2016;6(115):34-8. (In Russ.)]
  32. 32. Шувалов ЮВ, Ютяев ЕП и др. Геомеханические и газодинамические процессы в угленосном массиве при высоких скоростях подвига- ния очистных забоев. ГИАБ. 2011;6:80-8. [Shuvalov YuV, Yutyaev EP, et al. Geomechanical and gas-dynamic processes in a coal-bearing massif at high speeds of displacement of treatment faces. GIAB. 2011;6:80-8. (In Russ.)]
  33. 33. Рекомендации по определению параметров шага первичного обрушения основной и непосредственной кровли в очистных забоях на шахтах ОАО «Воркутауголь». Воркута, 2001: 22. [Recommendations for determining the parameters of the step of primary collapse of the main and immediate roof in the treatment faces at the mines of JSC Vorkutaugol. Vorkuta, 2001: 22 (In Russ.)]
  34. 34. Указания по управлению горным давлением в очистных забоях под (над) целиками и краевыми частями при разработке свиты угольных пластов мощностью до 3,5 м с углом падения до 350. Ленинград, 1984: 62. [Guidelines for controlling rock pressure in treatment faces under (above) the pillars and edge parts during the development of a coal seam formation with a capacity of up to 3.5 m with an angle of incidence up to 350. Leningrad, 1984: 62 (In Russ.)]
  35. 35. Портола ВА. Оценка проницаемости горных пород над отработанными пластами. Вестник КузГТУ. 2003;3:30-2. [Portola VA. Assessment of rock permeability over spent formations. Bulletin of KuzSTU. 2003;3:30-2 (In Russ.)]

 

Золото России и СНГ

New materials