Analiza numeryczna migracji metanu z warstw spągowych do wyrobiska ścianowego

Abstract

A two-dimensional numerical model of a large (1000 × 200 m) part of the rock masses in the vicinity of coal seam 349 in longwall panel 802 in region B in the Murcki colliery was built using the distinct element code UDEC. Longwall mining of this seam with roof caving was simulated in the model over a length of 450 m. It was found that migration of methane from coal seams lying beneath the mined seam is possible under conditions where the floor strata deform to a great extent, undergo separation, fracture and break into blocks. It was revealed that the fractured zone in thin floor layers built of weak rocks develops more rapidly than the caving zone over the minedout area and reaches a depth of about 30 m below the seam. The floor strata undergo an intense heave towards the mined-out area. Even at the early stages of mining, the upward movement of the strata exceeded 1.5 m. Under the assumption that (i) methane-bearing strata occur 15.6 m below seam 349 and include seam 350 and the strata lying beneath, and (ii) the methane reservoir pressure is equal to 2 MPa, the direction, pressure, quantity and velocity of the methane flow through cracks developing in the floor strata under the area of seam 349 being mined were investigated.

Posługując się komputerowym kodem metody elementów odrębnych UDEC, zbudowano płaski (dwuwymiarowy) numeryczny model dużego (1000 x 200 m) wycinka górotworu w sąsiedztwie pokładu 349 w polu ścianowym 802 w partii B w KWK »Murcki«. Eksploatację tego pokładu systemem ścianowym z zawałem warstw stropowych symulowano w modelu na odcinku długości 450 m. Stwierdzono, że w warunkach silnie deformujących się, rozwarstwiających, pękających i dzielących na bloki warstw spągowych możliwa jest migracja metanu z pokładów węgla zalegających poniżej eksploatowanego pokładu. Pokazano, że strefa szczelin w cienkich i zbudowanych ze skał o niewysokiej wytrzymałości warstw zalegających poniżej pokładu 349 powstaje szybciej niż strefa zawału stropu sięgając na głębokość ok. 30 m poniżej pokładu. Warstwy spągowe ulegają przy tym silnemu wypiętrzaniu w strefie zrobów; już we wczesnych stadiach eksploatacji przemieszczenie to sięgnęło wartości przekraczających 1,5 m. Przy założeniu, że warstwy metanonośne zalegają 15,6 m poniżej pokładu 349 i obejmują pokład 350 oraz pokłady węgla i warstwy skalne niżej leżące i ciśnienie złożowe metanu wynosi 2 MPa, zbadano właściwości procesu przepływu metanu (kierunek, ciśnienie, ilość, prędkość) przez szczeliny powstające w pękających pod wpływem eksploatacji pokładu 349 warstwach spągowych.