Способ дегазации и увлажнения пласта

 

Использование: для интенсификации процессов дегазации и увлажнения угольного массива. Сущность изобретения: на подготавливаемом к выемке участке пласта выделяют блоки, отделенные друг от друга целиком угля, скважины в пласте проводят из одной выработки перекрестно. В целике угля скважины проводят параллельно очистному забою. Отсос газа и последующее нагнетание жидкости в пласт ведут через перекрещивающиеся скважины в блоке и скважину, проведенную в целике угля перед блоком, до подхода к ним зоны опорного давления. Слив неиспользованных в процессе выдержки объемов жидкости в обрабатываемом блоке осуществляют после образования трещин в массиве вблизи скважины , проведенной в целике угля перед блоком . 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s Е 21 E 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903357/03 (22) 18.01.91 (46) 15.04.93. Бюл. N. 14 (71) Институт горного дела им.А,А.Скочинского (72) В.С.Забурдяев, И.В.Сергеев, В.Е.Рудаков и Д,И.Бухны (56) Авторское свидетельство СССР

N1439266,,кл. Е 21 F7/00,,1988.

Руководство по дегазации угольных шахт. M., Íåäðà, 1975, с.20 — 25.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1278468, кл. Е 21 F 7/00, 1986, (54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ И УВЛАЖНЕНИЯ ПЛАСТА (57) Использование: для интенсификации процессов дегазации и увлажнения угольноИзобретение относится к горной промышленности, преимущественно угольной, и может быть использовано для снижения газообильности и запыленности горных выработок, обеспечения по газовому и пылевому факторам безопасных условий труда, а также для снижения выбросоопасности угольных пластов.

Целью изобретения является .интенсификация процессов дегазации и увлажнения угольного массива.

На фиг,1 приведена схема дегазации оконтуренного выработками участка угольного пласта до начала очистных работ при отработке пласта столбами по простиранию; на фиг,2 — то же, на участке пласта, частично оконтуренном выработками и его

„„5U „„18091 16 А1 го массива. Сущность изобретения: на подготавливаемом к выемке участке пласта выделяют блоки, отделенные друг от друга целиком угля, скважины в пласте проводят из одной выработки перекрестно. В целике угля скважины проводят параллельно очистному забою. Отсос газа и последующее нагнетание жидкости в пласт ведут через перекрещивающиеся скважины в блоке и скважину, проведенную в целике угля перед блоком, до подхода к ним зоны опорного давления. Слив неиспользованных в процессе выдержки объемов жидкости в обрабатываемом блоке осуществляют после образования трещин в массиве вблизи скважины, проведенной в целике угля перед блоком. 3 з и. ф лы, 5 ил, отработке столбами по; на фиг.3— схема дегазации и увлажнения участка пласта во время его отработки; на фиг.4 — схема подключения скважин к дегазационному трубопроводу в разгружаемой от горного давления зоне пласта на высокогазоносных и выбросоопасных пластах; на фиг.5 — то же, на невыбросоопэсных пластах с низкой апдопроницаемостью.

Способ дегазации и увлажнения пласта осуществляют следующим образом, На участке угольного пласта 1, оконтуренном выработками 2 и 3 или частично выработкой 2 и монтажной камерой 4, из выработки 2 по пласту проводят серию скважин 5 параллельно монтажной камере 4 или линии очистного забоя б и серию скважин 7, 180911G ориентированных подуглом 20-30 к линии, параллельной очистному забою, а также скважину 8 в целике угля, разделяющем блоки друг от друга. Каждую вновь пробуренную скважину подключают к дегазационному трубопроводу 9, сообщенному с вакуум-насосом.

Параллельные очистному забою скважины 5 и 8 проводят на длину, которая на 10-15 м меньше длины лавы, а ориентированные под углом к линии очистного забоя скважины 7 — в пределах выделенного на участке пласта блока.

В том числе, когда по техническим возможностям буровой техники не удается пробурить заданной длины скважины, последние проводят в частях блока, При этом между скважинами, пробуренными в нижней и верхней частях блока, может быть оставлена не обуренная скважинными Do" лоса угольного пласта вдоль столба, равная по ширине 5-10 м (в зависимости от проницаемости пласта), если пласт отрабатывают столбами по падению или восстанию. На пластах, отрабатываемых столбами простиранию, когда в верхней части лавы по всей длине столба необходимо бурить нисходящие скважины, т.е. скважины с отрицательным углом возвышения, в необводненном массиве с высокой проницаемостью. можно оставлять необуренную скважинами полосу, разделяющую верхнюю и нижнюю части блоков, ширина которой равна 5-10 м. Во всех других случаях отработки пластов длинными лавами по простиранию целесообразно обуривать столб скважинами без оставления разделительной полосы ме>кду частями блока при соблюдении размера целика между блоками по всей длине лавы.

Схему расположения скважин в частях блока принимают аналогично схеме, показанной на фиг.1. Отсутствие разделительной полосы между частями блока обеспечивает на первом этапе дегазации осушение нисходящих скважин путем перетока воды в восходящие скважины, пробуренные в нижней части блока, и далее в дегазационный трубопровод. Исключается отрицательное вли яние влаги на эффективность дегаэации в зонах пласта с природной проницаемостью.

Бурение скважин с применением сухого способа удаления штыба более предпочтительно, чем промывка скважин водой. особенно в случае проведения ориентированных на очистной забой скважин после бурения скважин, параллельных очистному забою. При сухом способе удаления штыба лучше сохраняется аэродинамическая связь между сериями скважин, что способствует высокой эффективности дегазации пласта с природной проницаемостью. Трещины, интенсивно формируемые в процессе разгрузки пласта от горного давления в узлах перекрещивания скважин, расширяют зону дренирования за счет их сообщения с природными трещинами, имеющимися в угольном пласте, благодаря чему процесс дегазации угольного массива на этапе первичного отсоса газа интенсифицируется.

В процессе ведения очистной выемки угля на угольные блоки, поочередно, начиная от ближайшего к лаве, воздействуют силы повышенного (опорного) горного дав15 ления, Поэтому периоды дегазации пласта и

его увлажнения устанавливают таким образом, чтобы перед началом воздействия повышенного горного давления на блок завершить первый этап дегазации (первич20 ный отсос газа) и осуществить увлажнение пластов в ре>киме фильтрации. Для.этого все скважины в блоке (скважины обеих систем) отключают от дегазационного трубопровода 9 и подключают к водонапорной системе, 25 с помощью которой, например, по.трубопроводу 10, через все скважины в блоке(скважины 5 и 7 ) и скважину 8, пробуренную в

1 1 I целике угля, нагнетают жидкость (вода, водные растворы с поверхностно-активными или химически-активными веществами) в пласт.

В качестве водонапорной системы могут быть использованы противопожарный водопровод(при подаче воды с дневной поЗ5 верхности или промежуточного горизонта шахты), насос 11, установленный в выработке 2 (или вблизи.xee) и сооб11 енный трубопровод 10 со сква>кинами 5, 7 и 8, или гидрозатворы, вводимые в устья скважин и

40 сообщенные с насосом.

Жидкость в пласт подают до закачки необходимых для увлажнения массива объемов или прекращают подачу жидкости, если давление нагнетания превышает расчетное (пласт не принимает жидкость в режиме фильтрации).

После прекращения подачи жидкости в скважины (5, 7 и 8) ее выдерживают в

1 I 1

50 пласте (с периодической подкачкой) до того момента, когда разделяющий блоки целик угля вблизи скважины 8 разгрузится от по1 вышенного горного давления. В процессе разгрузки целика угля, и образования тре55 щин в массиве вблизи скважины 81. жидкость, находящаяся в скважине 8 и прилегающих к целику скважинах 5 и 7, поступает по вновь образованным.в массиве целика трещинам в неувлажненные или слабо увлажненные его зоны и тем самым

1809116

5 6 повышает степень искусственной обвод- способом за 6 мес. не превысила 1,0 м lт, а ненности (влагонасыщения) угля. увлажнения массива — 10 л/т, Слив неиспользованных в процессе вы- Способ дегазации и увлажнения пласта держки объемов жидкости из скважин 5,7, в этих условиях реализуют следующим обl 1

8 производят после образования трещин в 5 разом.

I массиве вблизи скважины 8 . Этот момент .I

Ширину блоков и целика угля, разделявремени устанавливают по фактическим ющего блока, определяют по фактическим данным или экспериментально, например, данным, характеризующим протяженность путемопределения расстояния отзабояла- зоны влияния очистного забоя на массив вы до скважины, в которой установлен дат- 10 угля, расположенный впереди лавы, и .прочик давления (ПГД-1, ПГД-2 или др.). тяженность зоны. разгрузки перед забоем, Величина давления жидкости в датчике или устанавливают экспериментально, на(первичноедавлениежидкости)должна со- пример, путем установки в контрольных ответствоватьнесущейспособностиугля на скважинах гидродатчиков (ПГД-1, ПГД-2) с кромке скважины в пласте до начала при- 15 первоначальным давлением жидкости- в грузки массива в зоне опорного давления, них, равным (0,1-0,2) у Н, что соответствует т.е, в зоне пласта, где горное давление рав- нормальным напряжениям в массиве угля, но уН. Возможны другие методы экспери- прилегающем к скважине. Контрольные ментального определения или расчета скважины проводят и оборудуют датчиками упомянутого расстояния. 20 в зоне природной проницаемости. С поПослесливажидкостиизсква>кин5,7 мощью датчиков ПГД-2 с первоначальным

1 и 8 последние подключают кдегазационно- давлением жидкости 0,1 у Н и 0,2 у Н устаму трубопроводу 9. Через дегазационные новлено, что протяженность зоны влияния

II I1 скважины 5 и 7 отсасывают гаэ, интен- очистного забоя составила 80 — 90 м, а протясивно выделяющийся в разгружаемой от 25 женность зоны разгрузки 18 — 30 м (большие горного давления зоне пласта. При этом на значения сняты с показаний датчика с даввысокогазоносных и выбросоопасных пла- лением жидкости 0,1 у Н). Ширину блоков стах все функционирующие скважины 6 и приняли равной 70 м, а ширину целика угля, 11

7" используют для вторичного отсоса газа разделяющего блоки — 20 м, Сумма этих (после слива жидкости) подключают к дега- 30 величин равна протяженности зоны влиязационному трубопроводу 9 только скважи- ния лавы (зоны опорного давления впереди

ll ны 7, ориентированные под углом к линии лавы), в очистного забоя,а скважины 5, параллель- В каждом блоке, согласно схеме на ные очистному забою, заглушают. В послед- фиг.1, проводят скважины параллельно очинем случае процесс осушения искусственно 35 стному забою (8 скважин) и скважины, ориувла>кненного жидкостью массива угля за- ентированные под углом 70 к линии медляется, так как жидкость, заполнившая очистного забоя (9 скважин). Угол 70 — это трещины и поры s угольном массиве вблизи угол между проекцией скважины на пласт и, ll скважин 5, не извлекается, а в узлах аэро- осью выработки, из которой прабурена динамической связи между скважинами 40: скважина. В целике угля проводят одну г1

5 и 7 процесс извлечения жидкости из скважину параллельно линии забоя лавы, II Il скважины 5 в скважины 7 замедлен. Длина параллельной очистному забою сква-.

Изобретение осуществляется следую- жины в блоке и целике равна 135 м (при щим образом. длине лавы 150 м), а ориентированных на

Вусловияхпласта1т1з(Донецко-Макеев- 45 забой лавы скважин 35 — 141 м. В каждом ский район Донбасса), мощностью 1,5-1,8 блоке 4 скважины, ориентированные на зам, при угле падения пласта 8 — 10О, зоне дре- бой лавы; имеют длину 141 м, остальные 5 нирования пласта подготовительной выра- скважин — соответственно 137, 139 м(в конботкой 10 м, длине лавы 150 м очистные це блока) и 105, 70, 35 м (в начале блока). работы ведут с применением методов дега- 50 Углы возвышения скважин, пробуренных зации угольного массива и его увлажнения параллельно забою лавы, приняты равными после отсоса газа. При этом скважины диа- 10О, ориентированных на очистной забой, метром 76 мм длиной 120-130 м проводят под углом 70-80О, под углом 76 и 81 причерез 10 м по восстанию пласта параллель- няты равными 9О. Проектная длина всех но линии очистного забоя. Скважины пооче- 55 скважин в блоке 2130 м. Расстояние между редно отключают от дегазационной сети на устьями скважин обеих серий 10 м. расстоянии 20-30 .м от.очистного забоя и Для ускорения процесса трещинооб-:. через них нагнетают воду в массив с по- разования в целике, массив угля в нем мощью насоса и гидрозатвора "Таурус".Эф- ослабляют, например, путем бурения дофективность дегазации пласта базовым

1809116

20

50 полнительных скважин, расширения имеющейся скважины или ее торпедирования, нагнетания водных растворов ПАВ или ХАВ.

Наиболее технологично последнее, а также торпедирование скважин после ее бурения, либо совместное их применение.

В упомянутых выше условиях время функционирования скважин в зоне природной проницаемости пласта (до приближения зоны опорного давления впереди лавы) составило 4 мес. При расстоянии между забоем лавы и скважиной в целике угля перед блоком, равным 110 м, все скважины в блоке за целиком и скважину в целике угля перед блоком отключают от дегазационной системы и через них сначала нагнетают воду в массив в режиме фильтрации, а затем выдерживают ее в скважинах и массиве при периодической подкачке (нагнетании), Продолжительность нагнетания воды устанавливают по времени, в течение которого давление нагнетания достигает расчетного его значения и не превосходит его, а паузы. между подкачками воды определяют временем снижения давления воды в скважинах до величины, равной половине давления нагнетания.

При расстоянии между забоем лавы и скважиной в целике угля перед блоком, равным 30 м, когда начинается процесс образо" вания трещин в целике угля вблизи скважины, пробуренной в нем, подготавливают процесс слива жидкости из скважин, При этом слив жидкости производится после того, как сначала резко упадет давление жидкости в скважине, пробуренной в целике угля, что свидетельствует об образовании трещин в масеиве (целике) вблизи скважины, а затем оно стабилизируется, так как замедлится процесс истечения воды из скважины по образованным трещинам. Подкачку жидкости в скважины в это время не производят.

После слива из скважины неиспользованных объемов воды (если таковые имеются) скважины вновь подключают к дегазационному трубопроводу и отсасывают газ в разгружаемой от горного давления зоне пласта. При этом на скважинах, которые выходят на забой лавы по мере ее подвлгания, регулируют вакуум, снижая его до величины, при которой концентрация метана в каптируемой смеси составляет не менее 25%. Скважину отключают от дегазационного трубопровода тогда, когда при вакууме, равном 100 мм вод.ст., концентрация метана составляет менее 25%.

На последующих блоках операции повторяют в той же последовательности, как это описано выше, При фактической длине скважин в блоках 1 и 2, равной 1835 и 1916 м, а в целике угля 120 и 123 м из пласта тз до зоны опорного давления, т,е. в зоне природной проницаемости, за 4 месяца было извлечено 3,2 м метана с 1 т угля в блоке 1 и 3,3 м /т в блоке

2. В угольный массив блоков 1 и 2 в процессе нагнетания и подкачки воды подано 47 и 48 л/т соответственно. В разгружаемой от горного давления зоне пласта из блоков 1 и 2 извлечено соответственно 15 и 1,6 м /т, Таким образом, эффективность нового способа дегазации в блоке (при газоносности пласта 15,7 м /т, остаточной газоносности отбитого угля 4,0 м /т) составила 40-42%, степень влагонасыщения пласта увеличилась в 4,5-5 раз. В целике угля эффективность дегазации повысилась в 2,1 раза, а степень влагонасыщения — в 1,7 раза.

Внедрение нового способа дегазации и увлажнения пласта обеспечит по сравнению с прототипом повышения эффективности дегазации в 2,5 — 3 раза, а увлажнения пласта — в 3 — 3,5 раза. Значительно улучшатся условия ведения очистных работ по газовому и пылевому факторам, что, в свою очередь, будет способствовать повышению безопасности, снижению количества заболеваний шахтеров антрокозом, увеличению нагрузки на очистной забой, снижению себастоимости добываемого угля, Формула изобретения

1. Способ дегаэации и увлажнения пласта, включающий проведение в пласте параллельных очистному забою и ориентированных под углом к линии очистного забоя скважин, подключение скважин к дегазационному трубопроводу, отсос газа, последующее нагнетание в массив угля жидкости через группу скважин, осуществляемое до подхода к ним зоны опорного давления, выдержку жидкости в пласте, слив неиспользованных в процессе выдержки ее объемов, повторное после слива жидкости подключение скважин к дегазационному трубопроводу и отсос газа в разгружаемой от горного давления зоне пласта, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процессов дегазации и увлажнения угольного массива, на подготавливаемом к выемке участке пласта выделяют блоки, отделенные друг от друга целиком угля, скважины проводят из одной выработки, при этом в целике угля проводят скважину параллельно очистному забою, а последующее после первичного отсоса газа нагнетаниЕ жидкости и ее слив осуществля- ют через группу перекрещивающихся в блоке скважин и скважину в целике угля перед блоком, причем слив жидкости производят

1809116 после образования трещин в массиве вблизи скважины, проведенной в целике угля перед блоком.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса трещинообразования в целике, массив угля в нем ослабляют.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью замедления процесса осушения искусственного увлажненного жидкостью массива угля в блоке, на

8 невыбросоопасных пластах с низкой водопроницаемостью к дегазационному трубопроводу повторно подключают скважины, ориентированные под углом к линии очист5 ного забоя, а параллельные очистному за-. бою скважины в блоке заглушают, 4, Способ по п.2, о тл и ч а ю шийся тем, что через скважину, пробуренную в целике угля, закачивают в пласт водные рас10 творы проверхностно-активных или химически активных веществ.

1809116

8 ю s

Составитель В. Забурдяев

Техред M. Моргентал Корректор М. Самборская

Редактор

Заказ 1270 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101