Способ дегазации выемочных полей

 

Изобретение относится к горной промети . Цель - повышение эффективности. и равномерности дегазации за счет интенсификации газоотдачи угольного массива и увеличения пропускной способности дегазационной системы. Для этого перед бурением скважин выемочное поле оконтуривают выработками и разделяют на участки центральной выработкой. Скважины попласту бурят сквозными на всю ширину выемочного участка, скважины с поверхности - на центральную выработку. В процессе обуривания выемочного участка пластовые скважины подключают к газопроводам , после завершения работ их отключают от газопроводов. Центральную выработку герметизируют от шахтной атмосферы и в ней создают вакуум путем подключения скважин , пробуренных с поверхности к газопроводу , проложенному на поверхности. После проведения оконтуривающих выработок перекрестные скважины становятся сквозными, т. е. через них обеспечивается просасывание воздуха через массив дегазируемых выемочных столбов. 4 з.п. флы, 4 ил. « (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ц11 4 Е 21 F 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4182350/23-03 (22) 15.01.87 (46) 23.01.89. Бюл. № 3 (71) Карагандинское производственное обьединение по добыче угля и Институт горного дела им. А. А. Скочинского (72) С. К. Баймухаметов, Ю. M. Бирюков, И. А. Мостипака, Б. Е. -Рудаков, И. В. Сергеев, В. С. Забурдяев и Д. И. Бухны (53) 622.807 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 796464, кл. Е 21 F 7/00, 1981.

Руководство по дегазации угольных шахт. Люберцы, ИГД, им. А. А. Скочинского, 1985, с. 159. (54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ВЫЕМОЧНЫХ ПОЛЕЙ (57) Изобретение относится к горной промсти. Цель — повышение эффективности и равномерности дегазации за счет интенси„„SU„„1453046 д1 фикации газоотдачи угольного массива и увеличения пропускной способности дегазационной системы. Для этого перед бурением скважин выемочное поле оконтуривают выработками и разделяют на участки центральной выработкой. Скважины попласту бурят сквозными на всю ширину выемочного участка, скважины с поверхности — на центральную выработку. В процессе обуривания выемочного участка пластовые скважины подключают к газопроводам, после завершения работ их отключают от газопроводов. Центральную выработку герметизируют от шахтной атмосферы и в ней создают вакуум путем подключения скважин, пробуренных с поверхности к газопроводу, проложенному на поверхности.

После проведения оконтуривающих выработок перекрестные скважины становятся сквозными, т. е. через них обеспечивается просасывание воздуха через массив дегазируемых выемочных столбов. 4 з.п. флы, 4 ил.

1453046

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с газом и газодинамическими явлениями на шахтах, отрабатывающих газоносные пласты.

Целью изобретения является повышение эффективности и равномерности дегазации за счет интенсификации газоотдачи угольного массива и увеличения пропускной способности дегазационной системы.

На фиг. 1 изображена схема дегазации параллельно-одиночными скважинами выемочных полей до начала их отработки лавой; на фиг. 2 — схема дегазации пласта перекрестными скважинами; на фиг. 3 — схема дегазации выемочного поля до проведения выработки, оконтуривающей участок; на фиг. 4 — схема

, дегазации выемочного поля в период его отработки лавой.

Способ дегазации выемочных полей реа лизуется следующим образом.

Выемочное поле оконтуривают выработками 1 — 4 (фиг. и 2), а центральной выработкой 5 разделяют поле на участки (на фиг. 1 и 2 показано два участка) . Из оконтуривающих или центральной выработок бурят по пласту на всю ширину выемочного участка сквозные скважины 6, которые со стороны оконтуривающих выработок 1 и 3 оборудуют устройствами 7 с клапанами, исключающими утечки газа в эти выработки.

Скважины 6 по пласту проводят параллельно очистному забою (фиг. 1) или с разворотом навстречу ему 8 (фиг. 2).

Для повышения равномерности дегазации за счет исключения отрицательного влияния эффекта переваливания скважин или затопления участков скважин водой целесообразно проводить по пласту перекрестные скважины 6 и скважины 8 (фиг. 2), развернутые на забой лавы. В этом случае обратные клапаны в регуляторах 7 на скважинах можно не устанавливать.

При использовании схем подготовки выемочных полей с последовательной нарезкой выемочных столбов в панели (фиг. 3) на оконтуренном выемочном столбе проводят сквозные одиночные скважины 6 или перекрестные скважины 6 и 8, а»а соседнем с центральной выработкой 5 не полностью оконтуренном выемочном столбе проводят перекрестные скважины 6 и 8 за контур будущей выработки 9. До начала проведения выработки 9 прилегающий к центральной выработке на полностью оконтуренный выемочный столб дегазируют перекрестными скважинами 6 и 8, образуюшими аэродинамически замкнутую равномерную сетку полостей в угольном массиве.

После проведения выработки 9 эти скважины станут сквозными и в последующем

5

45 дегазацию осуществляют согласно схеме (фиг. 2).

Схему, изображенную на фиг. 3, предпочтительно использовать при отработке выемочных столбов лавами по падению или восстанию, а также при отработке пластов лавами по простиранию при восходягцем порядке отработки выемочных столбов (участков).

В процессе обуривания выемочных участков (столбов) пластовые скважины сразу же после проведения подключают к дегазационному трубопроводу (на фиг. 1 и 2 не показан), используя при этом переносные герметизаторы.

На центральную выработку 5 проводят с поверхности вертикальные скважины 10, а после завершения буровых работ центральную выработку герметизируют от шахтной атмосферы перемычками 11 и 12, Пробуренные с поверхности скважины подключают к газопроводу, проложенному на поверхности. Выделяющийся в робуренные по пласту скважины 6 и 8 метан и подсасываемый в небольших количествах из оконтуривающих выработок 1 и 3 воздух транспортируются в центральную выработку

5, а затем через вертикальные скважины

10 — на поверхность за счет вакуума, создаваемого в центральной выработке через скважины с поверхности.

Для регулирования метана в отсасываемой через сквозные пластовые скважины смеси и создания в пластовых скважинах оптимальной интенсивности просасывания воздуха на выходах скважин в оконтуривающие выработки устанавливают устройства 7 с регуляторами аэродинамического сопротивления скважин. В регуляторах также могут быть установлены предохранительные клапаны, предотвращающие поступление метана из пластовых скважин в оконтуривающие выработки в случае переваливания или затопления участка скважины.

Предсхранительные клапаны в регуляторах в обязательном порядке устанавливают при проведении одиночных пластовых Скважин 6 (фиг. 1), а при проведении перекрестных скважин 6 и 8 (фиг. 2) предохранительные клапаны на скважинах можно не устанавливать.

Устройство 7 может быть выполнено в виде диафрагмы с калиброванным отверстием и гибким клапаном. Регулированием, например, с помощью задвижки количества подсасываемого в пластовую скважину воздуха создают оптимальные условия в скважине для смыва диффузионного метанового слоя со стенок скважины и снижения парциального давления метана в ней, что интенсифицирует газоотдачу угольного массива в скважину. Кроме того, просасывание воздуха через скважину ускоряет осушение скважины и прилегающей к ней зоны

1453046 угольного пласта, предотвращает затопление скважины водой. В конечном счете с помощью регулирования задвижек устанавливают максимальный дебит метана на устьях скважин 10.

Преимущество предлагаемого способа дегазации выемочных полей состоит в том, что благодаря небольшой протяженности и высокой пропускной способности транспортных путей для метановоздушной смеси оказывается несущественной величина концентрации метана в отсасываемой смеси. В случае, когда извлекаемую метановоздушную смесь утилизируют, с помощью задвижек устанавливают нормативную концентрацию метана на устьях вертикальных скважин.

При этом условия просасывания воздуха через пластовые скважины могут отклоняться от оптимальных по смыву метана и осушению скважин, однако дебит пластовых скважин по метану будет значительно превышать дебит пластовых скважин при применяемом в настоящее время способе дегазации. Вследствие использования в предлагаемом способе дегазации смыва воздухом диффузного слоя метана, снижения парциального давления метана в скважинах и их осушения существенно повышается равномерность дегазации.

Проведение сквозных скважин на всю ширину выемочного столба дает возможность по подсосам воздуха в скважину на устройствах 7 контролировать со стороны оконтуривающей выработки состояние скважин, их работоспособность.

Резкое снижение количества подсасываемого воздуха в скважину свидетельствует о переливании части сечения скважины, а причиной постепенного уменьшения является затопление скважин. При нарушении работоспособности скважины можно принять оперативные меры по восстановлению ее целостности или осушению. Благодаря этому обеспечивается равномерная и эффективная дегазация угольного пласта.

Равномерность и эффективность дегазации может быть повышена также путем проведения скважин 8, перекрестных параллельным очистному забою скважинам 6 (фиг. 2). Перекрестное расположение скважин 6 и 8 исключает отрицательное влияние переваливания скважин и предотвращает затопление скважин водой не только за счет испарения влаги в просасываемый по скважине воздух, но и вследствие перетока жидкости по сетке скважин и трещинам между ними.

При бурении пластовых скважин по схеме, изображенной на фиг. 2, переваливание отдельных участков скважин не вызывает неравномерную дегазацию пласта, так как прилегающая область дегазируется перекрестной скважиной и в целом газ может свободно перемещаться между скважинами по трещинам, образующимся в месте пе4 ресечения скважин благодаря их разгрузочному действию на массив, а также по природным трещинам. Поэтому при переваливании скважины только ее небольшой участок, прилегающий к оконтуривающей выработке, может отдавать метан в нее. Однако этот участок скважины находится в зоне дренирования пласта выработкой и газовыделение из него в оконтуривающую выработку не может быть существенно боль10 шим естественного газовыделения со стенками выработки. Поэтому при использовании для дегазации выемочного столба перекрестных скважин 6 и 8 (фиг. 2) не является обязательной установка на скважинах со стороны оконтуривающих выработок i и 3 клапанов в регуляторах 7, à ec;:H не требуется регулировать концентрацию метана в отсасываемой смеси, нет надобности и в целом в установке регуляторов 7.

Для предотвращения газовыделения из

20 пластовых скважин в выработки в период обуривания выемочного столба пробуренные скважины временно соединяют с ближайшими вертикальными скважинами и подключают последние к вакуум-насосу.

Перед началом очистных работ (после дегазации выемочных полей) вертикальные скважины 10 отключают от газопровода и убирают герметизирующие центральную выработку перегородки 11 и 12. В связи с

З0 тем, что выемочные поля могут быть

55 представлены участками с различнои газоотдачей, например, вследствие наличия геологических нарушений, и учитывая повышенную газоотдачу пласта в зоне техногенного трещинообразования, скважины 6 (фиг. 1) или 6 и 8 (фиг. 2) герметизируют со стороны центральной выработки и подключают к газопроводу !3 (фиг. 4), который через вертикальную скважину сообщен с вакуум-насосом (не показан) .

Пластовые скважины функционируют до подхода к ним очистного забоя.

После подработки лавой скважины, пробуренной с поверхности, скважину 10 вновь подключают к газопроводу и с ее помощью дегазируют выработанное пространство (фиг. 4) . Для дегаза ци и выр аботанного пространства вертикальная скважина должна иметь перфорацию в обсадной колонне на высоту от кровли пласта до границы зоны трещинообразования и расслоения пород в подрабатываемой толще.

Величину зоны трещинообразования и расслоения в подрабатываемой толще определяют по нормативным документам. Чтобы скважина с поверхности могла служить многократно, т. е. вначале в качестве газопровода при дегазации выемочных полей до начала очистных работ, а затем для дегазации выработанного пространства, применяют специальную конструкцию скважины.

1453046

Для обеспечения высокого вакуума в центральной выработке, исключения поступления воды внутрь скважины на период дегазации выемочных полей пластовыми скважинами и центральной выработкой в скважину 10 опускают внутреннюю колонну трубы и соединяют ее с газопроводом на поверхности. К этой . колонне можно также присоединить пластовые скважины 6 (фиг. 1) или скважины 6 и 8 (фиг. 2) в период обуривания выемочных полей, а в период их отработки лавой подсоединять пластовые скважины, функционирующие в зоне техногенного трещинообразования, и другие на дегазируемых участках,. если в

,этом есть необходимость. Наружная колонна труб на участке газоотдающих коллекторов имеет перфорацию. (При подходе лавы к скважине 10, ; пробуренной с поверхности, ее отключают от газопровода, извлекают внутреннюю ко лонну, а вместо нее опускают в скважину перфорированную трубу, перекрываю, щую участок газоотдающих коллекторов в кровле разрабатываемого пласта. После прохода очистным забоем скважины 10 ее вновь подключают к газопроводу и используют для дегазации выработанного пространства.

В случае, когда применяют возвратноточную на массив схему проветривания (фиг. 4) устраивают кроссинг 14 и исходящую струю направляют по центральной выработке 5. Часть исходящей струи, поступающей в выработанное пространство лав, направляют в глубь выработанного пространства за счет вакуума, создаваемого вертикальными скважинами 10. Это способствует снижению газообильности сопряжений лав с центральной выработкой, исключает их загазование.

Использование вертикальных скважин с поверхности вначале в качестве газопровода для пластовой дегазации, а затем для дегазации выработанного пространства позволяет сократить затраты на дегазацию выемочных полей, а использование сквозных скважин по схемам, изображенным на фиг. 1 — 4, — повысить эффективность и равномерность пластовой дегазации.

Для интенсификации газоотдачи угольного массива в скважины применяют гидроразрыв пласта, разгрузку пласта путем надработки или подработки, используют эффект трещинообразования в зоне влияния очистного забоя.

При использовании предлагаемого способа дегазации выемочных полей в сочетании с гидроразрывом пласта создаются условия, которые значительно снижают отрицательное влияние заводнения угольного пласта, обеспечивается более благоприятное воздействие гидроразрыва на интенсификацию газоотдачи угля. Особенно благоприятные условия создаются при ис(подрабатываемом) пласте, проводят вначале одиночную центральную выработку, из

З0 которой бурят пластовые перекрестные скважины на оба выемочных столба, примыкающих к центральной выработке. При этом перекрестные скважины проводят за контур будущих выработок на ширину зоны дренирования пласта подготовительной выЗ5 работкой. В период работы по отрабатываемому пласту выемочные поля на подрабатываемом пласте эффективно дегазируют через пластовые перекрестные скважины, а также центральную выработку.

40 В последующем в дегазированном массиве с высокой скоростью проводят оконтуривающие выработки и осуществляют дегазацию выемочных полей на подработанном пласте с помощью сквозных скважин и центральной выработки. При использовании предла4 гаемого способа в случаях подработки мощных пластов, имеющих большие запасы газа, обеспечивается в 5 — 15 раз более высокая газоотдача пласта по сравнению с известными величинами газоотдачи неразгруженных пластов. В короткое время осуществляют дегазацию пласта до уровня, обеспечивающего переведение его в безопасное по газу состояние, и отработку его с

55 О

25 пользовании перекрестных скважин (фиг. 2 и 3), поскольку не только ускоряется осушение массива за счет просасывания воздуха через скважины, но и обеспечивается переток жидкости по развитой системе полостей (скважин) и трещин, а при наличии отдельных затопленных участков скважин остаются каналы для миграции газа.

Весьма эффективно применение предлагаемого способа дегазации на пластах, подвергающихся подработке или надработке.

Благодаря возможности обеспечить с малыми гидравлическими потерями транспорт метановой смеси от газоотдающих коллекторов на поверхность (использование в качестве транспортного канала центральной выработки и укороченного газопровода вертикальной скважины) создаются удобства для эффективного отсоса больших объемов выделяющегося в раскрываемые в массиве трещины, скважины и центральную выработку метана. При этом вертикальную скважину 10 большого диаметра проводят на центральную выработку 5 в стороне, противоположной расположению лавы на подрабатывающем (надрабатывающем) пласте.

В том случае, когда отсутствуют подготовительные выработки на надрабатываемом любой нагрузкой на лаву без ограничения по газовому фактору. Предлагаемый способ позволяет также предотвратить обильное газовыделение из подрабатываемого (надрабатываемого) пласта в лаву на подрабатывающем (надрабатывающем) пласте.

1453046

Формула изобретения

50

Схема дегазации с использованием эффекта подработки (надработки) является перспективной для подготовки газоносных, в том числе и выбросоопасных. пластов для безопасной и интенсивной разработки как при восходящем, так и при нисходящем порядке отработки угольных пластов в свите, т. е. когда ведение очистных работ на одном из пластов свиты оказывает разгружающее влияние на другие пласты свиты.

В период подготовки угольного пласта в свите к разработке по сближенным пластам проводят передовые выработки, которые в дальнейшем оказываются центральными. Из центральных выработок по сближенным пластам проводят на всю и ирину будущих выемочных столбов и за контур будущих выработок перекрестные скважины (аналогично схеме на фиг. 3). В период подготовки к отработке сближенных пластов в дегазированной зоне проводят скоростным способам оконтуривающие подготовительные выработки. Газовыделение в эти выработки незначительное благодаря тому, что они проводятся в хорошо дегазированной зоне, а также вследствие образования при проходке выработок сообщения через сквозные скважины зоны пласта, прилегающей к одной из стенок выработки, с центральной выработкой, находящейся под вакуумом.

Таким образом, газовыделение в проводимую выработку происходит практически только с одной стенки, а впереди выработки и со стороны другой стенки метан отсасывается в центральную выработку, сообщенную с дегазационной системой.

После проведения оконтуривающих выработок перекрестные скважины становятся сквозными, т. е. через них обеспечивается просасывание воздуха через массив дегазируемых выемочных столбов. Благодаря снижению парциального давления метана в скважинах за счет просасывания воздуха обеспечивается более глубокая дегазация массива, так как со снижением парциального давления метана на границах газоотдающих блоков угля также снижается и величина остаточной газоносности угля. Следовательно, создаются условия для глубокой дегазации пласта и перевода его в неопасное по газу состояние по существующим нормативным критериям. Способствует этому интенсификация осушения массива за счет просасывания воздуха. Влага удаляется из более мелких капилляров угля. Поскольку капиллярное давление влаги в мелких порах угля может достигать десятков атмосфер, а основное количество метана в угле содержится в переходных и микропорах, то освобождение их от ка пиллярной влаги позволит создать базу для глубокой дегазации угольного пласта.

Использование схем подготовки и дегазации выемочных полей в условиях подработки (надработки) позволит создать высокую концентрацию горных работ с интенсивной отработкой выемочных полей и высокими технико-экономическими показателями.

1. Способ дегазации выемочных полей, включающий бурение скважин из выработок по пласту и скважин с поверхности до пересечения с пластом, герметизацию скважин, подключение их к газопроводам и отсос газа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и равномерности дегазации за счет интенсификации газоотдачи угольного массива и увеличения пропускной способности дегазационной системы, перед бурением скважин выемочное лоле оконтуривают выработками и разделяют на участки центральной выработкой, причем скважины по пласту бурят сквозными на всю ширину выемочного участка, а скважины с поверхности бурят на центральную выработку, при этом подключение пластовых скважин к газопроводам производят в процессе обуривания выемочного участка, а после завершения буровых работ пластовые скважины отключают от газопроводов, а центральную выработку герметизируют от шахтной атмосферы и создают в ней вакуум путем подключения скважин, пробуренных с поверхности, к газопроводу, проложенному на поверхности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скважины, пробуренные по пласту, оборудуют клапанами, которые устанавливаIoT со стороны оконтуривающих выемочное поле выработок, и перекрывают сечения скважин при образовании в ней потока газа в сторону оконтуривающей выработки.

3. Способ по и. 1, отличающийся тем, что перед началом очистных работ центральную выработку вскрывают, а скважины, пробуренные по пласту, подключают к газопроводу и сообщают их с вертикальной скважиной.

4. Способ по и. 1, отличающийся тем, что после подработки очистным забоем скважины, пробуренной с поверхности, через нее отсасывают газ из выработанного пространства.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на пластах, сложенных низкопрочными углями, скважины по пласту проводят перекрестными.

1453046

1453046

Г Фжр

P

Составитель И.Федяева

Редактор А. Шандор Техред И. Верес Корректор И. Муска

Заказ 7150 28 Тираж 410 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4