ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Актуальность

В недрах осваиваемых и перспективных угольных бассейнов сосредоточена значительная часть мировых ресурсов углей, а также их спутника – метана, масштабы ресурсов которого соизмеримы с ресурсами газа традиционных месторождений мира. В связи с этим такие бассейны следует рассматривать как метаноугольные, подлежащие комплексному поэтапному освоению, с опережающей широкомасштабной добычей метана. Основным компонентом природных газов угольных пластов, не затронутых процессами газового выветривания (деметанизацией), является метан. Его концентрация в смеси природных газов угольных пластов составляет 80 – 98%. Научно обоснованная оценка роли угленосных формаций как крупнейших источников и мест накопления метена в земной коре открывает новые большие перспективы в увеличении ресурсов углеводородных газов. Метан который является наиболее опасным спутником угля, становится ценным полезным ископаемым, подлежащим самостоятельной промысловой добыче или попутному извлечению в шахтах при комплексной поэтапной эксплуатации газоносных угольных месторождений [3]. Именно по этому тема магистерской «Тектоника и газоносность поля шахты «Холодная Балка-Нижняя »»актуальна.

Целью данной работы является проследить связь тектонического строения с газоносностью изучаемого объекта. В соответствии с поставленной целью работы были определены следующие задачи исследования:

  1. Анализ состояния проблемы формирования газа в углях
  2. Изучение связи тектоники и газоносности углегазовых бассейнов мира
  3. Детально изучить тектоническое строение объекта
  4. По данным зеркал скольжения построить поле деформаций
  5. На поле деформаций выделить участки растяжения
  6. По участкам растяжения спрогнозировать наличие газовых ловушек

В монографии «Тектоника метаноугольных месторождений Донбасса» приведены закономерности распределения тектонических дислокаций различного типа и генезиса в осадочной толще и фундаменте Донбасса. Показано влияние геодинамических процессов на напряженное состояние, физико – механические свойства и газоносность пород и углей. Изложены принципы типизации углегазовых месторождений Донбасса и даны примеры прогнозирования зон скопления метана в различных тектонических условиях.[1] Структурно – тектонические исследования Донецко – Макеевского района описаны в работах Корчемагина В.А., Павлов И.О.[2].

Объект исследований: Поле шахты Холодная Балка – Нижняя

Предмет исследований:Тектоника и газоносность

Методы исследований:

  1. Тетнонофизический метод
  2. Методы градического анализа полей напряжения в программе GEOS
  3. Анализ раннее проведенных робот и оценка общих характеристик объекта в глобальном, региональном и локальном уровнях

Научная новизна

  1. Впервые установлены параметры тектонических полей деформаций на поле шахты «Холодная Балка – Нижняя»

  2. Выделено местоположение зон преобладающего сжатия и растяжения в массиве горных пород

  3. Установлены благоприятные участки для газовых источников.

Практическая значимость

Выявление областей растяжений на поле шахты «Холодная Балка – Нижняя »

1 Анализ состояния изученности вопроса

1.1 Минерально – сырьевая база мира

Необходимость, возможность и экономическая целесообразность крупномасштабной промысловой добычи метана из угольных пластов подтверждается опытом освоения метаноугольных промыслов в США, которые занимают лидирующее положение в мире по уровню развития «новой газовой отрасли». В США добыча метана резко возросла от 5 млрд куб. м в 1990 г. до 27,6 млрд куб. м в 1995 г., а в 2009 г. достигла 56 млрд куб. м, что составило около 10% от добычи традиционного газа в США.Также промышленная добыча метана из угольных пластов ведется в Австралии, Канаде и Китае.

До последнего времени в России метан из угольных пластов извлекался только попутно на полях действующих шахт системами шахтной дегазации, включающими скважины, пробуренные с поверхности. Этими системами в последние годы в Печорском и Кузнецком бассейнах извлекалось около 0,5 млрд куб. м метана в год. В 2003 г. «Газпром» приступил к реализации проекта по оценке возможности промышленной добычи метана из угольных пластов в Кузбассе. В Ерунаковском районе Кемеровской области на Талдинском месторождении Кузбассапробурены 4 экспериментальные скважины, создан экспериментальный полигон, где в 2005 – 2008 гг. получены первые притоки газа. Кроме того, были разработаны и апробированы технологии добычи метана, подготовлены методики подсчета запасов метана угольных пластов, создана нормативная база, обеспечивающая освоение ресурсов метана угольных пластов и экологическую безопасность метаноугольных промыслов. На весь технологический цикл – от разведки угольного газа до его использования – получен 31 патент международного и российского образца. При этом две трети оборудования, применяющегося при реализации экспериментального проекта, отечественного производства. Прогнозные ресурсы газа Талдинского месторождения оцениваются в 95,3 млрд куб. м.

Приобретение «Газпромом» в июне 2007 года контрольного пакета и доведение в мае 2008 года доли участия до 100% в уставном капитале ООО «Геологопромысловая Компания Кузнецк» (владеет лицензией на поиск, разведку и добычу метана угольных пластов в пределах Южно – Кузбасской группы угольных месторождений с ресурсами 6,1 трлн куб. м газа) позволяет приступить к созданию в России новой подотрасли ТЭК по добыче метана угольных пластов, расширить собственную ресурсную базу углеводородного сырья и рынки сбыта, организовать широкомасштабную газификацию Кемеровской области и южных районов Сибири. В 2008 – 2009 годах на восточном участке Талдинского месторождения пробурено восемь скважин (одна параметрическая и семь разведочных). В настоящее время начата пробная эксплуатация разведочных скважин с подачей газа на АГНКС. В результате пробной эксплуатации будут получены необходимые параметры для перевода ресурсов метана в запасы промышленных категорий, отработаны технологии освоения скважин, сбора и подготовки газа, необходимые для разработки первоочередных участков и площадей в Кузбассе. Начаты поисково – оценочные работы на следующем перспективном участке – Нарыкско – Осташкинской площади. Стабильный уровень добычи метана угольных пластов в Кузбассе планируется в объеме 4 млрд куб. м в год. В долгосрочной перспективе – в объеме 18 – 21 млрд куб. м в год для удовлетворения потребностей в газе других регионов юга Западной Сибири [3].

1.2 Минерально – сырьевая база Украины

На шахте им. «Засядько» за счет собственных средств для повышения безопасности шахтерского труда, снижения вероятности внезапных выбросов и взрывов метана внедрена комплексная Программа дегазации месторождения и промышленного использования метана общей стоимостью 750 млн. грн. Ее реализация позволила в 2010 г. безаварийно добыть 1 651,7 тыс. т. угля, что на 10,1 процента больше плановых показателей, и почти на 95 тыс. т. больше показателей 2009 года. Среднесуточная нагрузка на лаву равнялось 1613 т. в сутки, против 1406 т. / сутки в 2009 г. Производительность труда рабочего шахты по добыче угля в 2010 г. составило 105,7 процентов от планового показателя. За время эксплуатации первой очереди когенерационной станции произведено почти 967 млн. кВт / год электрической и тепловой энергии [4].

2 Краткая характеристика объекта исследований

Шахта «Холодная Балка» введена в эксплуатацию в 1957 году с проектной мощностью 600 тыс. тонн в год, производственная мощность составляет 450 тыс. тонн в год. По административному делению участок «Холодная Балка – Нижняя» расположен на территории Шахтерского и Ясиноватского административных районов Донецкой области Украины и занимает площадь, равную 76 км2. В геолого – структурном отношении участок «Холодная Балка – Нижняя» является составной частью Донецко – Макеевского угленосного района и в структурном отношении представляет собой пологую синклинальную складку, вытянутую с северо – запада на юго – восток. Последняя является составной (центральной) частью Макеевско – Ряснянской синклинали. Площадь участка «Холодная Балка – Нижняя» расположена на южном склоне Главного Донецкого водораздела, на левом и, частично, на правом склонах реки Грузской, являющейся, в свою очередь, левым притоком реки Кальмиус. Поверхность рассматриваемой площади представляет собой степное пространство, изрезанное балками Холодной, Колесниковой, Вербовой, Дреснухой и Куцой, а также их отрогами. В промышленно – экономическом отношении недра участка принадлежат ГП «Макеевуголь».Участок близко и удобно расположен к промышленным центрам и крупным населенным пунктам, железнодорожным магистралям и станциям. В 8 км к западу расположен г. Макеевка с широко развитой металлургической, коксохимической и угледобывающей промышленностью. В 20 км к юго – западу расположен областной и крупный промышленный центр г. Донецк. В 6 км северо – восточнее находится г. Харцызск, где работают несколько заводов и ряд других предприятий местной промышленности. На площади участка расположены мелкие хутора и рабочие поселки. Недра участка сложены комплексом терригенных пород каменноугольного периода, относящимся к свитам С22, С23, С24 и С25, почти повсеместно перекрытыми четвертичными и, отчасти, палеоген – неогеновыми отложениями.

Технические границы участка следующие: По простиранию: на западе – Марковский надвиг по всем пластам, по пласту g2 – Смоляниновский надвиг и на глубоких горизонтах – ось перегиба в крутое падение пород Ясиновско – Ждановской флексуры; на востоке – для пластов Каменской свиты, а также пластов i15, h10/, h10в – Дулинский надвиг, изогипса минус 225 м и Вербовый надвиг, для пластов h6/ + h6 и h6, h5, h4/ + h4 и h4/, g2 и g2н – Вербовая флексура. По падению: на севере – Продольный надвиг. По восстанию: на юге – горные работы закрытых шахт по пластам h10/, h10в и g2, по остальным пластам – выход пластов на дневную поверхность. Непосредственно к участку «Холодная Балка – Нижняя» на севере примыкает участок Харцызский № 1; на востоке – Харцызский № 2 и Иловайский № 1; на западе – Макеевско – Глубокая перспектива и поле шахты «Восточная». Начало систематических геологических исследований на площади участка было положено группой геологов, руководимой Л.И. Лутугиным. Первым обобщающим геологическим материалом их исследований явилась детальная геологическая карта Донбасса масштаба 1: 42 000. С 1963 года на участке «Холодная Балка – Нижняя» проводилась детальная разведка с целью изучения угленосности, качества, горно – геологических условий эксплуатации и геологического строения по угольным пластам свит С22, С23, С24 и С25.

В настоящее время на балансе шахты числятся угольные пласты k6, k5, k4, h10/, h10в и g2. Угольные пласты Каменской свиты (k6, k5 и k4) почти полностью отработаны, оставшиеся забалансовые запасы этой свиты промышленного значения не имеют и их отработка экономически нецелесообразна. В настоящее время отрабатывается пласт h10в. Промышленные запасы по пластам h10/, h10в и g2 на 01.01.09 г. составляют 47 694 тыс. тонн, из них по разрабатываемому пласту h10в – 15 230 тыс. тонн. Также существует возможность прирезки запасов по пластам i2, i15, h6/ + h6, h5, h4/ + h4 и, частично (в количестве 8 205 тыс. т), – g2. Основными факторами, определяющими характер изменения газоносности угольных пластов, являются: глубина залегания, степень метаморфизма и сложное тектоническое строение участка. Установлено, что зона полной деметанизации достигает глубины 30 – 50 м., а все пласты залегают в метановой зоне. Природная газоносность угольных пластов высокая, максимальные значения – 39, 10 – 40, 30 м3/т.г.м – по пластам h10/ и h10в. По пласту g2 максимальная природная газоносность несколько ниже – до 34, 80 м3/т.г.м. Запасы метана оценен п/о «Укруглегеология» в 1985 году (протокол техсовета № 206). На 01.01.09 г. балансовые запасы категории АВС1/С1 составляют 1 380, 40 млн. м3, забалансовые категории С2 – 376, 70 млн. м3. Газоносность вмещающих пород в пределах шахтного поля практически не изучалась.

В целом по шахте «Холодная Балка» за 2008 год извлечено метано – воздушной смеси 17, 721 млн. м3, из них коптировано 9, 038 млн. м3, утилизировано 5, 643 млн. м3. За 10 месяцев 2009 года извлечено метано – воздушной смеси 16, 447 млн. м3, из них коптировано 6, 660 млн. м3, утилизировано 5, 588 млн. м3. Принимая во внимание вышесказанное, следует рассматривать поле шахты «Холодная Балка» как перспективное для комплексной дегазации и поиска скоплений свободного метана угольных месторождений.

3 Фактические данные и методика исследований

3.1 Описание фактического материала

  1. Замеры зеркал скольжения с определением направления смещений на территории поля шахты «Холодная Балка – Нижняя»
  2. Геологическая и тектоническая карта поля шахты «Холодная Балка – Нижняя».
  3. Гипсометрический план пласта h10в. .

3.2 Анализ графического материала

Было изучено геологическое, тектоническое строение территории исследований. На поле шахты «Холодная Балка – – Нижняя» были произведены замеры зеркал скольжения с определением направлений смещений.

3.3 Методика

При обработке полевых материалов и интерпретации результатов использовались компьютерные программы: XL, GEOS, SURFER.GEOS – это программа реконструкции полей напряжений и деформаций по трещинам в жилах и зеркалам скольжения. Она используется для оценки параметров поля деформаций, которое вызвало образование всех разрывов на шахтном поле. К основным параметрам поля деформаций относятся:

  1. Ориентация осей главных нормалей деформаций эллипсоида деформаций.
  2. Коэффициент Лодэ – Надаи, который отражает отношение осей. Этот параметр изменяется от – 1 до +1. Отрицательные значения показывают блоки растяжения, положительные – сжатия.
  3. Z – компонента, которая отражает проэкцию вертикальной оси эллипсоида деформаций на вертикаль. Значение Z – компоненты менее 1 соответствует участкам испытывающим придеформации опускания, более 1 – поднятия. .

Ориентировка осей полей деформаций и напряжений позволяет оценить направление тектонических движений и усилий, их изменчивость в ходе развития геологической структуры. Значения коэффициента Лодэ – Надаи, разности максимальной и минимальной деформации и вертикальной компоненты эллипсоида деформации, дают возможность оценить, соответственно, распределение участков сжатия и растяжения массива, интенсивность деформации и движения дневной поверхности (поднятие – опускание). Для построения карт распределения значений данных показателей был использован пакет программ Surfer, который позволил наглядно отобразить цифровую информацию (распределение значений коэффициента Лодэ – Надаи и z – компоненты по площади шахты « Холодная Балка – Нижняя»).

4 Результаты

4.1 Распределение коэффициента Лоде – Надаи

Из данной схемы видно, что на поле выделяются участки интенсивного интенсивного растяжения. В пределах северной, центральной и восточной части исследуемого участка реконструируются наиболее минимальные значения, что свидетельствует о господстве растягивающих усилий. Для северо – восточной и юго – западной частей блока получены положительные значения коэффициента Лоде – Надаи. В центральной части расположена довольно интенсивная зона растяжения.

4.2 Распределение вертикальной компоненты эллипсоида деформаций

Видно, что в основном значение показателя больше 1. Самые низкие значения z – компоненты расположены на северо – востоке исследуемого участка, причем, существуют такие области, где опускание резко сменяется поднятием. Такие градиенты z – компоненты свидетельствуют об активности вертикальных движений.

Выводы

В результате расчетов были получены значения коэффициента Лоде – Надаи и вертикальной компоненты эллипсоида деформаций. После сопоставления которых, на исследуемом участке были выявлены зоны находящиеся в условиях растяжения и испытывающие воздымание дневной поверхности. Участки, находящиеся в данных условиях одновременно, могут быть благоприятными для газонакопления (газовых ловушек).

Список источников

  1. Тектоника метаноугольных месторождений Донбасса. Лукинов В.В., Пимоненко Л.И. – К.: Наукова думка, 2008
  2. Корчемагин В.А. Поля напряжений и деформаций и выбросоопасность углей и пород Донецко – Макеевского района Донбасса: статья / В.А. Корчемагин, И.О. Павлов.
  3. ОАО Газпром [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://www.gazprom.ru.
  4. «Шахта им. А. Ф. Засядько»[Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://bp.ubr.ua/profile/shahta-im-zasiadko
  5. Тектонофизические исследования разломов консолидированной коры.Гинтов О.Б., Исай В.М. – К.: Наукова Думка, 1988. – 120 с.
  6. Метод кинематического анализа структур разрушения при реконструкции полей тектонических напряжений. Гущенко О.И. // Поля напряжений и деформаций в литосфере. – М.: Наука, 1979 – С. 7 – 25.
  7. Карамушка О.А. Анализ параметров тектонических блоков, выделенных на территории Красноармейского, Донецко – Макеевского, Центрального и Луганского геолого – промышленных районов: мол.наук.сп.(ИГТМ НАН Украины)статья / О.А. Карамушка. .