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 этапам №1 и №2
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.
Период выполнения этапа № 2: с 01.01.2020 г. по 30.09.2020 г.
Плановое финансирование этапа № 2 проекта:
Бюджетные средства 10 млн. руб.
Внебюджетные средства 43 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:
- Институт нефти и газа — Государственный научно-исследовательский институт, Польша (Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy (INiG-PIB)
- Центральный горный институт, Польша — Główny Instytut Górnictwa (GIG)
- Имперский колледж науки, техники и медицины, Великобритания — Imperial College of Science, Technology and Medicine (IMPERIAL)
- Польская группа горняков, Польша — Polska Grupa Górnicza (PGG)
- 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:
- Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
- Проведение патентных исследований по моделям и способам дегазации углепородного массива.
- Обоснование и выбор направления научных исследований, в том числе выбор объекта исследований и оценка его горно-геологических и горнотехнических условий.
- Разработка концептуальной модели процесса дегазации угольного пласта и вмещающих пород.
Иностранными партнерами:
- Оценка горно-геологических условий и степени опасности по газовому фактору для объекта моделирования — пласта 501 на участке «С» угольной шахты «Мурцки-Сташич».
- Проведение исследования эксплуатационных зависимостей угольного пласта; распределения метана и проектируемой степени дегазации пластов в зоне протяженной лавы.
- Оценка объема десорбированного метана с учетом степени дегазации слоев кровли и вмещающих пород при эксплуатации длинного забоя с определением прогнозного уровня эмиссии метана.
На этапе № 2 в период с 01 января 2020 г. по 30 сентября 2020 г. в соответствии с Планом-графиком исполнения обязательств выполнялись следующие работы:
Получателем субсидии:
- Разработаны методики лабораторного определения фильтрационных и сорбционных свойств образцов углей и вмещающих пород.
- Выполнено математическое моделирование процесса дегазации угольного пласта и вмещающих пород.
- Разработана Программа и методика лабораторных исследований по установлению фильтрационных, сорбционных, физико-механических и газокинетических свойств образцов углепородного массива.
- Проведены лабораторные исследования по установлению фильтрационных, сорбционных, физико-механических и газокинетических свойств образцов углепородного массива.
- Разработана численная модель процесса дегазации углепородного массива при подземной добыче угля протяженными лавами с использованием дегазационных скважин, пройденных по вмещающим породам пласта и углю.
- Проведено численное моделирование процесса дегазации углепородного массива и сравнительный анализа полученных результатов с результатами регистрации газовыделения при отработке угольного пласта.
- Подведены итоги проекта, в том числе обобщены результаты ПНИЭР и выполнено их сравнение с современным научно-техническим уровнем.
Иностранными партнерами:
- Оценены технологические возможности проведения дегазации угольного пласта разрабатываемого длинным забоем.
- Выполнено бурение дополнительных геологоразведочных скважин для уточнения свойств и структуры залегания исследуемого пласта и вмещающих пород.
- Проведены лабораторные исследования физико-механических, газодинамических и газокинетических свойств полученных образцов углепородного массива в соответствии с европейскими и польскими стандартами ISRM.
- Собраны геологические и горнотехнические данные для комплексной характеристики области залегания моделируемого пласта и вмещающих пород.
- Измерены преобладающие напряжения и геомеханические параметры для получения информации о локальном напряженном состоянии, оказывающем существенное влияние на десорбцию метана из угольного пласта.
- Разработаны последовательные трехмерные численные модели, описывающие выбранный угольный пласт и вмещающие породы шахты «Мурцки-Сташич».
- Построены 3D модели петрофизических и геомеханических свойств, содержащие свойства угольного пласта и горного массива.
- Выполнено численное моделирование размещения дегазационных скважин для оценки эффективности дегазации углепородного массива.
- Проведена калибровка разработанных моделей для анализа влияния их параметров на результаты моделирования и уточнение значений этих параметров путем сравнения результатов моделирования и результатов экспериментальных измерений, с учетом погрешности измерений.
3. Основные результаты проекта
Достигнутые получателем субсидии в 2019-2020 г.:
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, 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.
Проведены лабораторные исследования и установлены фильтрационные, сорбционные, физико-механические и газокинетические свойства углепородного массива вмещающего угольный пласт Болдыревский.
Разработана численная модель процесса дегазации углепородного массива при подземной добыче угля протяженными лавами с использованием дегазационных скважин, пройденных по вмещающим породам пласта и углю, проведено математическое моделирование процесса дегазации.
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 др.
Достигнутые иностранными партнерами в 2019-2020 г.:
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. Оценены технологические возможности проведения дегазации угольного пласта разрабатываемого длинным забоем. Пробурены дополнительные геологоразведочные скважины и уточнены свойства и структура залегания исследуемого пласта и вмещающих пород. Получены физико-механические, газодинамические и газокинетические свойства образцов углепородного массива в соответствии с европейскими и польскими стандартами ISRM. Собраны геологические и горнотехнические данные для комплексной характеристики области залегания моделируемого пласта и вмещающих пород. Измерены преобладающие напряжения и геомеханические параметры. Получены ориентации и величины главных горизонтальных напряжений. Разработаны трехмерные численные модели, описывающие выбранный угольный пласт и вмещающие породы шахты «Мурцки-Сташич». С помощью программного обеспечения «Petrel» (Schlumberger) построены 3D модели распределения петрофизических и геомеханических свойств в угольном пласте и горном массиве. Выполнено численное моделирование пласта и вмещающих пород в геомеханическом симуляторе. Построены модели размещения дегазационных скважин. Созданы численные модели в пакетах программ Schlumberger (Petrel, Eclipse и Visage).
4. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования
Получены следующие охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки в виде:
— Свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ «SEAM-M» №2020613244 зарегистрировано 12.03.2020 г.;
— Свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ «FLUID» №2020615279 зарегистрировано 20.05.2020 г.;
— Патента на изобретение (RU) «Способ дегазации выемочного участка» №2020117985 зарегистрировано 24.09.2020 г.;
— Заявки о выдачи патента Российской Федерации на изобретение «Способ прогноза взрывоопасных серосодержащих веществ в угольном пласте» №2020117968 от 01.06.2020 г.
5. Достижение показателей результативности предоставления субсидии:
2019 год
| № п/ п | Наименование | Единица измерения | Достигнутое значение показателя по состоянию на отчетную дату | Процент выполнения плана | Причина отклонения |
| Индикаторы | |||||
| 1 |
Доля исследователей в возрасте до 39 лет в общей численности исследователей — участников проекта, не менее
|
процентов | 45.5 | 113,75% | Выполнение показателя не менее 40% |
| 2 | Объем привлеченных внебюджетных средств | млн.руб |
39.9422 5334 |
137,73% | Расходование авансового платежа грантодателя в полном объёме |
| 3 | Средний возраст исследователей – участников проекта, не более | лет | 49.7 | 100% | Отклонение отсутствует |
| 4 | Число патентов, полученных по результатам проекта | единиц | 0 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |
| 5 | Число публикаций по результатам исследований и разработок в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus или в базе данных «Сеть науки» (WEB of Science), не менее | единиц | 0 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |
| Показатели | |||||
| 1 | Количество использованных при проведении исследований и разработок в рамках проекта уникальных научных установок | единиц | 0 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |
| 2 | Количество используемых при проведении исследований и разработок объектов зарубежной инфраструктуры сектора исследований и разработок | единиц | 0 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |
| 3 | Количество мероприятий по демонстрации и популяризации результатов и достижений науки, в которых приняла участие и представила результаты проекта организация — исполнитель проекта, не менее | единиц | 0 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |
| 4 | Количество центров коллективного пользования научным оборудованием, научное оборудование которых использовалось при проведении исследований и разработок в рамках проекта | единиц | 0 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |
| 5 | Число диссертаций на соискание ученых степеней, защищенных по результатам проекта | единиц | 0 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |
2020 год
| № п/ п | Наименование | Единица измерения | Достигнутое значение показателя по состоянию на отчетную дату | Процент выполнения плана | Причина отклонения |
| Индикаторы | |||||
| 1 | Доля исследователей в возрасте до 39 лет в общей численности исследователей — участников проекта, не менее | процентов | 42.9 | 107,25% | Включение дополнительных исполнителей |
| 2 | Объем привлеченных внебюджетных средств | млн.руб | 43.01883296 | 100,04% | Курсовая разница |
| 3 | Средний возраст исследователей – участников проекта, не более | лет | 49.6 | 100% | Отклонение отсутствует |
| 4 | Число патентов, полученных по результатам проекта | единиц | 1 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |
| 5 | Число публикаций по результатам исследований и разработок в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus или в базе данных «Сеть науки» (WEB of Science), не менее | единиц | 3 |
150% (запланировано 0) |
Перевыполнение плановых показателей |
| Показатели | |||||
| 1 | Количество использованных при проведении исследований и разработок в рамках проекта уникальных научных установок | единиц | 0 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |
| 2 | Количество используемых при проведении исследований и разработок объектов зарубежной инфраструктуры сектора исследований и разработок | единиц | 1 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |
| 3 | Количество мероприятий по демонстрации и популяризации результатов и достижений науки, в которых приняла участие и представила результаты проекта организация — исполнитель проекта, не менее | единиц | 4 |
200% (запланировано 0) |
Перевыполнение плановых показателей |
| 4 | Количество центров коллективного пользования научным оборудованием, научное оборудование которых использовалось при проведении исследований и разработок в рамках проекта | единиц | 1 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |
| 5 | Число диссертаций на соискание ученых степеней, защищенных по результатам проекта | единиц | 0 |
100% (запланировано 0) |
Отклонение отсутствует |