Статья посвящена проблеме повышения энергоэффективности утилизации шахтного метана для обеспечения устойчивого развития геотехнологий в рамках перехода к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике. Ее актуальность обусловлена тем, что антропогенное влияние эмиссии шахтного метана на глобальные процессы изменения климата в 21 раз превышает действие диоксида углерода. Свиты газоносных угольных пластов и вмещающих пород следует относить к техногенным углегазовым месторождениям, а извлекаемый из них газ – к альтернативным энергоресурсам. Существующие подходы и методы борьбы с шахтным метаном нуждаются в совершенствовании, поскольку в современной концепции «шахта – лава» не полностью учитывается пространственно-временные особенности развития очистных работ. Поэтому вопросы, связанные с ним, являются актуальными для большинства областей знаний, а особенно для экологизации добычи угля. Целью статьи является выявление закономерностей, описывающих нелинейный характер динамики метановыделения в подземных скважинах для обеспечения устойчивого развития геотехнологий, за счет повышения качества отводимой метановоздушной смеси. Впервые при пространственно-временном исследовании (в плоскости CH 4 - S ) динамики концентрации метана, согласно планируемому подходу, вводят параметр удаления от лавы ( L ), что позволяет сформировать пространство функции исследуемого процесса (CH 4 от S-L ). Результаты шахтных замеров обрабатывались методом локальной полиномиальной регрессии (LOESS). Исследование основано на использовании нелинейности изменений концентрации метана в подземных скважинах и особенностей их реализации для осуществления вакуумирования в максимально продуктивных зонах подрабатываемого массива с целью обеспечения безопасного аэрогазового режима выемочного участка при интенсивной отработке глубокозалегающих газоносных пластов. Установление закономерностей влияния ситуационных геомеханических условий отработки запасов на инициирование трансформации метастабильного газоугольного раствора и генезис волновых процессов в углепородном массиве позволит повысить надежность прогнозирования динамики метановыделения, а также управляемость технологическими процессами горного производства. В приведенных результатах показано, что отработка высокометаноносных пластов Донбасса сопряжена с недостаточной надежностью работы дегазационной сети в более чем 40 м позади забоя лавы. Полученные результаты подтверждают рабочую гипотезу о наличии пространственной миграции волн концентрации метана в подземных дегазационных скважинах. Необходимо продолжить исследования в области определения углов отклонений границы зоны «опережающей трещиноватости» от направления линии очистного забоя. Практическая значимость результатов исследования заключается в возможности их использования при разработке научных основ трехмерной дегазации техногенного углеметанового коллектора с учетом пространственно-временного развития очистных работ.
При больших скоростях подвигания линии очистного забоя повышаются требования к надежности работы подрабатываемых дегазационных скважин. Проблемным является вопрос обеспечения интенсивности отработки газоносных пластов в условиях роста природной газоносности, глубины разработки и производительности очистного оборудования. Наибольшую угрозу представляет потеря устойчивости скважин в зоне влияния опорного давления (перед лавой) и области интенсивных сдвижений зависающих породных консолей (позади лавы). Интенсификация подсосов воздуха вследствие деформирования канала ствола скважины приводит к обеднению отводимой метановоздушной смеси и росту рисков нарушения безопасного аэрогазового режима выемочного участка. Описан механизм влияния очистной выемки на состояние подземных скважин и образование зависающих породных консолей. Приведена типизация основных видов деформаций сечения скважин. Указаны критические недостатки наиболее применяемых технологических схем отработки газоносных пластов с высокими нагрузками на очистные забои, что не позволяет обеспечить нормальную работу дегазационной системы. В результате исследований уточнена зависимость влияния числа шпуров, а также расстояния между осями шпуров и скважиной на напряженное состояние контура скважины. Исходя из этого предложена формула для расчета параметров бурения системы разгрузочных шпуров. Внедрение данных мероприятий позволит увеличить эффективность подземной дегазации и обеспечить рост интенсивности отработки газоносных угольных пластов.
