بخشی از مقاله
چکیده
انتشار، تجمع و انفجار گاز متان، مهمترین عامل ایجاد خطر در معادن زیرزمینی زغالسنگ است؛ از این رو، اطلاع از گازخیزی لایههای زغالی در معادن زیرزمینی زغالسنگ، به منظور جلوگیری از خطر انفجار، حفظ ایمنی معدنکاران و جلوگیری از خسارات جانی و مالی، بسیار حائز اهمیت است. هدف این پژوهش، پهنهبندی گازخیزی لایههای زغالسنگ و و شناسایی پنلهای با گازخیزی زیاد معدن زغالسنگ شماره 1 پروده طبس، بر گازخیزی اساس دادههای بدست آمده از گمانههای اکتشافی است. برای تخمین میزان گازخیزی لایههای زغالی معدن زغال سنگ طبس در نقاط فاقد داده، از ابزار تخمینگر زمینآماری در محیط نرمافزار سیستم اطلاعات جغرافیایی Arc سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS، به دلیل توانایی بالای این روش در جمعآوری، تجزیه و تحلیل دادههای مکانی، اعتبارسنجی نتایج و نمایش زمینآمارخروجیها به صورت نقشه، استفاده شد. پس از جمعآوری و تجزیه و تحلیل دادهه، پهنهبندی گازخیزی لایههای کریجینگ زغالی به صورت نقشههای مجزا بدست آمد. بررسی نقشههای گازخیزی نشان داد که حدود 84 درصد از لایه زغال- معدن زغالسنگ طبس سنگ ، 55 درصد از مساحت لایه زغالسنگ و 22 درصد از مساحت لایه زغالسنگ در منطقه مورد
مطالعه، دارای گازخیزی بیش از 15 مترمکعب بر تن میباشد. نتایج این پژوهش، ضرورت استفاده از سیستمهای زهکشی قبل از شروع عملیات معدنکاری به ویژه معدنکاری در پانلهای عمیقتر را به خوبی نشان میدهد.
-1 مقدمه
امروزه با وجود پیشرفت تکنولوژی و پیدایش انرژیهای نو، زغالسنگ به عنوان یکی از مواد اولیه برای تهیه کک در صنعت فولاد و همچنین به عنوان یک منبع تولید انرژی از درجه اهمیت بالایی برخوردار است. استخراج زغالسنگ به دلیل وجود انواع گازها در لایههای زغالی، همواره مخاطرات فراوانی را در سراسر دنیا به همراه داشته است. انتشار، تجمع و انفجار گاز متان موجود در لایههای زغالسنگ، مهمترین عامل ایجاد خطر در معادن زیرزمینی زغالسنگ است؛ انفجار گاز متان در معادن زغالسنگ، تلفات جانی و خسارات مالی فراوانی را در سراسر دنیا بهوجود آورده است. بر اساس آمار، انفجار گاز متان در معادن زغالسنگ از سال 2008 تا سال 2010 جان بیش از 560 نفر را گرفته است.[1] از این رو آگاهی از میزان گازخیزی لایه های زغالی در معادن زیرزمینی زغالسنگ قبل از شروع عملیات استخراج، تأثیر بسزایی در بکارگیری تمهیدات مناسب جهت جلوگیری از خسارات جانی و مالی ناشی از انفجار گاز متان دارد و همچنین در طراحی و بکارگیری سیستمهای تهویه و زهکشی مناسب به منظور ترقیق و بازیابی گاز متان و افزایش ایمنی معدنکاری زغالسنگ بسیار موثر است است. تاکنون روشهای متفاوتی برای تخمین میزان گازخیزی لایههای زغالسنگ از قبیل روشهای آزمایشگاهی، روشهای درونیابی زمینآماری، شبکه عصبی، شبیهسازی عددی و روابط تجربی استفاده شده است [14-2]
گاز متان موجود در لایههای زغالسنگ یکی از منابع مهم هیدروکربنی غیر متعارف در دنیا محسوب میشود. متان در مراحل مختلف فرآیند تشکیل زغال، تولید و در فشار بالا جذب سطح زغالسنگ میشود. از اوایل قرن هجده میلادی که در انگلستان معدنکاری زغالسنگ در اعماق شروع شد، انفجار گاز متان به عنوان یکی از مخاطرات مهم معدنکاری زیرزمینی زغالسنگ مطرح شد .[15] باتوجه به اهمیت گاز متان موجود در لایه زغالسنگ در زمینه ایمنی عملیات معدنکاری، مسائل محیط زیستی و تولید انرژی، تحقیقات گستردهای با هدف چگونگی تشکیل و انتشار گاز متان لایه زغالسنگ، شناسایی فاکتورهای موثر بر میزان گازخیزی، تخمین گازخیزی لایههای زغالسنگ و روشهای کاهش گاز متان در معادن زیرزمینی زغالسنگ انجام شده است. ملایمت و همکاران در سال 2012 با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی و رگرسیون غیر خطی، به ارزیابی گازخیزی معدن زغالسنگ طبس پرداختند.[16] وزیری و همکاران نیز در سال 2015، همین مطالعه را با استفاده از روش تخمین زمینآماری کریجینگ و سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS - 1، انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که بیش از 57 درصد منطقه مورد مطالعه دارای گازخیزی بیش از 15 متر مکعب بر تن زغال است.[17]
هایجیا 2 و همکاران در سال 2016 در ارزیابی پتانسیل استخراج گاز متان لایه زغالسنگ حوضه جانگار3 در شمالغربی چین، به این نتیجه رسیدند که عمق لایه زغالسنگ یک فاکتور زمینشناسی مهم در استخراج منابع گاز متان موجود در لایه زغالسنگ است. آنها نشان دادند که میزان انتشار گاز متان از لایههای زغالسنگ عمیقتر، بیشتر است؛ آنها همچنین دریافتند که در شرایط برابری عمق لایه زغالسنگ و میزان گازخیزی، لایههای ضخیمتر، پتانسیل بالاتری برای تشکیل منابع گاز متان دارند.[18] یومین4 و همکاران در سال 2012 در بررسی فاکتورهای موثر بر استخراج گاز متان لایه زغالسنگ به این نتیجه رسیدند که، چاههایی که به منظور زهکشی گاز متان، در لایههای زغالسنگ عمیق حفر میشوند، گاز متان بیشتری را در مقایسه با چاههای حفرشده در لایههای کمعمق تولید میکنند.[19] کاراکان5 و همکاران در سال 2011 گاز متان لایه زغالسنگ را به منظور افزایش ایمنی معدنکاری و کاهش انتشار گازهای گلخانهای مورد بررسی قرار دادند[20]؛ کاراکان در سال 2008 نیز مطالعهای در زمینه پیشبینی و مدلسازی گاز متان منتشر شده در سیستم تهویه معادن زغالسنگ جبههکار طولانی ایالات متحده با استفاده از شبکه عصبی انجام داده است.[2]
حجم گاز جذب شده در واحد جرم زغالسنگ، تحت عنوان گازخیزی زغالسنگ شناخته میشود. چن6 و همکاران در سال 2011 به این نتیجه رسیدند که ادغام دادههای گازخیزی با سایر دادههای زمین شناسی و عملیاتی، روشی مناسب برای تخمین اولیه میزان انتشار گاز متان در معادن زغالسنگ و انتخاب تجهیزات لازم برای تهویه میباشد.[21] بر اساس مطالعات ژینچنگ7 و همکاران در سال 2014 در زمینه ارائه یک مدل برای پیشبینی گاز متان موجود در لایه زغالسنگ، این نتیجه حاصل شد که، میزان گازخیزی با فاکتورهایی نظیر عمق لایه زغالسنگ، تخلخل، درصد مواد فرار، درصد رطوبت و درصد خاکستر زغالسنگ ارتباط دارد.[22] سارهوسیس8 و همکاران در سال 2016 در مطالعهای که به منظور ارائه یک مدل برای تولید گاز متان لایه زغالسنگ انجام دادند، به این نتیجه رسیدند که، نفوذپذیری لایه زغال-سنگ یکی از عوامل تاثیرگذار در پروژههای استخراج گاز متان از لایه زغالسنگ است که بهطور مستقیم با میزان تولید گاز متان در ارتباط است.[23]
مخاطرات ناشی از انتشار و انفجار گاز متان موجود در لایه زغالسنگ اعم از خسارات جانی و مالی و تخریب محیط زیست، اهمیت تحقیق در زمینه ارزیابی انتشار گاز متان لایه زغالسنگ را به خوبی نشان میدهد؛ لذا هدف از این تحقیق، تخمین گازخیزی لایههای زغالسنگ معدن شماره 1 پروده طبس با هدف تعیین ضرورت استفاده از سیستمهای زهکشی گاز متان میباشد. امروزه گستره استفاده از سیستمهای اطلاعات جغرافیایی و علم زمینآمار در زمینه های علوم مهندسی، جغرافیا، برنامهریزی شهری، مدیریت منابع آب و سایر علوم بسیار وسعت یافته است.[17,24,25] در این تحقیق، به دلیل توانایی بالای سیستمهای اطلاعات جغرافیایی در جمعآوری، ذخیرهسازی، تجزیه تحلیل دادههای مکانی، اعتبارسنجی نتایج و ارائه مدل نهایی و خروجی به صورت یک نقشه، از ابزار درونیابی کریجینگ9 در محیط نرمافزار Arc GIS به منظور تخمین گازخیزی لایههای زغالسنگ در معدن زغالسنگ شماره 1 پروده طبس استفاده شد. لازم به ذکر است که در این تحقیق علاوه بر گازخیزی لایه زغال سنگ در حال استخراج - لایه زغالسنگ - ، گازخیزی لایههای زغالی مجاور - لایه زغالسنگ و - نیز به دلیل اهمیتی که در میزان انتشار گاز متان در فضای معدن دارند، تخمین زده شده اند.
-2روش تحقیق
در این تحقیق، گازخیزی لایه های زغالسنگ و معدن زغالسنگ شماره 1 پروده طبس تخمین زده میشود. ابتدا برای این منظور، دادههای حاصل از 30 گمانه اکتشافی واقع در محل مورد مطالعه جمعآوری شدند؛ سپس به منظور تخمین گازخیزی لایههای زغالی در نقاط فاقد داده و پهنهبندی گازخیزی لایهها در محل مورد مطالعه، از روش درونیابی کریجینگ در محیط Arc GIS استفاده شد. برای تعیین میزان صحت و دقت تخمین، از روش ارزیابی متقابل استفاده شد؛ این روند در گامهای شکل 1 نشان داده شده است.
-3 معدن زغالسنگ طبس
معدن زغالسنگ زیرزمینی پروده 1 در 85 کیلومتری جنوب شرقی شهرستان طبس در استان خراسان جنوبی قرار دارد. میزان ذخیره این معدن حدود 98 میلیون تن زغالسنگ برآورد شده است .[26] در ناحیه پروده 5 لایه زغالی به نامهای ، ، ، و وجود دارد که لایه به روش جبههکار طولانی پسرو تمام مکانیزه در حال استخراج است. ستون چینه شناسی حوضه زغالی طبس در شکل 2 نشان داده شده است. در جدول شماره 1، میزان ذخیره و ضخامت متوسط هر یک از لایهها و همچنین فاصله لایههای زغالی از یکدیگر نشان داده شده است.
