Сведения о ходе выполнения Проекта (ПНИ) в рамках реализации ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 — 2020 годы», утверждённой постановлением Правительства Российской̆ Федерации от 21 мая 2013 г. No 426 «О федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 — 2020 годы» по этапу № 1

Руководитель: Директор ИПКОН РАН, чл.-корр. РАН, Захаров Валерий Николаевич
Ответственный исполнитель: зав. отделом, канд. техн. наук Шляпин Алексей Владимирович

Общий объем средств субсидии – 15 млн. руб.
Общий объем привлекаемых внебюджетных средств – 72 млн. руб.

Номер Соглашения о предоставлении субсидии:  № 075-15-2019-1903 (05.616.21.0122) от 10 декабря 2019 г.
Тема:  «Разработка модели дегазации углепородного массива при подземной добыче угля протяженными лавами с использованием дегазационных скважин, пройденных по вмещающим породам пласта и углю»

Приоритетное направление:  «Рациональное природопользование»
Критическая технология:  Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи

Период выполнения этапа № 1: с 10.12.2019 г. по 31.12.2019 г.
Плановое финансирование этапа № 1 проекта:
Бюджетные средства         5 млн. руб.
Внебюджетные средства  29 млн. руб.
Получатель субсидии:  Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук (ИПКОН РАН)
Иностранные партнеры:

1. Институт нефти и газа — Государственный научно-исследовательский институт, Польша (Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy (INiG-PIB)
2. Центральный горный институт, Польша — Główny Instytut Górnictwa (GIG)
3. Имперский колледж науки, техники и медицины, Великобритания — Imperial College of Science, Technology and Medicine (IMPERIAL)
4. Польская группа горняков, Польша — Polska Grupa Górnicza (PGG)
5. Университет Овьедо, Испания — Universidad de Oviedo (UNIOVI)

1. Цель проекта

Целью проекта является теоретическое обоснование и разработка численной модели дегазации углепородного массива для повышения эффективности освоения углеметановых месторождений.

2. В ходе выполнения работ по Соглашению о предоставлении субсидии от 10 декабря 2019 г.

№ 075-15-2019-1903 (05.616.21.0122) с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 — 2020 годы» на этапе № 1 в период с 10 декабря 2019 г. по 31 декабря 2019 г. в соответствии с Планом-графиком исполнения обязательств выполнялись следующие работы:

Получателем субсидии:

1. Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
2. Проведение патентных исследований по моделям и способам дегазации углепородного массива.
3. Обоснование и выбор направления научных исследований, в том числе выбор объекта исследований и оценка его горно-геологических и горнотехнических условий.
4. Разработка концептуальной модели процесса дегазации угольного пласта и вмещающих пород.

Иностранными партнерами:

1. Оценка горно-геологических условий и степени опасности по газовому фактору для объекта моделирования — пласта 501 на участке «С» угольной шахты «Мурцки-Сташич».
2. Проведение исследования эксплуатационных зависимостей угольного пласта; распределения метана и проектируемой степени дегазации пластов в зоне протяженной лавы.
3. Оценка объема десорбированного метана с учетом степени дегазации слоев кровли и вмещающих пород при эксплуатации длинного забоя с определением прогнозного уровня эмиссии метана.

3. Основные результаты проекта

Достигнутые получателем субсидии:

Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ. Проведен патентный поиск, в результате которого отобраны и изучены 79 российских  и зарубежных патентов на способ и модели дегазации углепородного массива.  Обосновано и выбрано направление научных исследований и объект исследований, выполнена оценка его горно-геологических и горнотехнических условий. Разработана концептуальная модель процесса дегазации угольного пласта и вмещающих пород, описывающая геомеханические и газодинамические процессы и включающая механохимические и термодинамические соотношения, экспериментальные, фильтрационные и сорбционные зависимости газа.

Теоретические результаты проекта заключаются в формулировании концептуальной модели процесса дегазации угольного пласта и вмещающих пород и основанных на ней математических и численных моделей, описывающих геомеханические и газодинамические процессы, протекающие в углепородном массиве, при отработке и дегазации угольного пласта.

Разработанные численные модели были использованы для экспериментального моделирования дегазации углепородного массива при подземной добыче угля протяженными лавами с использованием дегазационных скважин, пройденных по вмещающим породам пласта и углю для конкретных условий угольной шахты им. С.М. Кирова.

Новизна результатов проекта состоит в:

• использовании экспериментальной функциональной зависимости проницаемости от напряжений в массиве и насыщенности угля и пород метаном, являющейся характеристикой материала и полученной в результате проведенных лабораторных исследований;
• введении в общую фильтрационную модель кинетической модели десорбции метана, параметры которой также определяются экспериментально;
• подходе к определению напряжений в массиве, характеризующих распределение проницаемости через решение геомеханической задачи, учитывающей развитие выработанного пространства по мере отработки угольного пласта;
• расширении традиционной модели фильтрации, на основе линейного уравнения закона Дарси, путем включения в нее уравнений механохимии, описывающих процессы образования дополнительных объемов метана при разрушении угля внешними нагрузками, а также уравнений теплопереноса.

Полученные результаты позволяют комплексно подойти к решению проблемы эффективной дегазации углепородного массива при ведении подземных горных работ, которые по значимости и объему проведенных исследований сопоставимы с аналогичными международными проектами, такими как: проект ENG-THERMIE «CBM COALMET», направленный на разработку комплексной технологии добычи газа из угольных пластов с использованием современной 3D модели коллектора, параметров угольных бассейнов и их петрофизических характеристик; проект RFCS «Разработка новых технологий прогнозирования и борьбы с выбросами газа и неконтролируемыми выбросами при добыче угля в толще пласта», целью которого являлась разработка и апробация новых технологий для оценки, прогнозирования, предотвращения и управления рисками неконтролируемых выбросов газа в угольных шахтах, работающих в мощных и/или крутопадающих мощных пластах; проект FP7-ENERGY «Улучшение улавливания метана» рассмотревший вопросы улучшения дегазации угольных пластов перед проведением очистных работ с целью увеличения добычи угля и снижения общего объема выбросов метана в атмосферу и д.р.

Достигнутые иностранными партнерами:

Выполнена оценка горно-геологических условий пласта 501 угольной шахты «Мурцки-Сташич» и установлено соответствие IV-й категории метановой опасности. Получены эксплуатационные зависимости исследуемого угольного пласта и распределения метана при проектируемой степени дегазации пластов в зоне протяженной лавы. Определены объемы десорбированного метана с учетом степени дегазации слоев кровли и вмещающих пород при эксплуатации длинного забоя. 

4. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования 

Получение охраноспособных результатов интеллектуальной деятельности (РИД), в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки в виде Свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ запланировано в результате выполнения 2-ого этапа проекта (2020 г).

5. Достижение показателей результативности предоставления субсидии