Способ дегазации угольного пласта

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с газом при разработке угольных пластов. В массив угля бурят скважины и герметизируют их. Доводят количество естественного выделяющегося газа в объеме скважины до стехиометрической концентрации. Образовавшуюся взрывчатую смесь инициируют с помощью спирали накаливания. После взрывания смеси газ из массива начинает интенсивно выделяться через образовавшуюся сеть трещин. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с газом при разработке угольных пластов.

Известен способ дегазации угольных пластов и выработанного пространства, заключающийся в том, что используют внутрипластовый взрыв газовых смесей, содержащих природный метан для образования трещиноватости (Научные сообщения ИГД им. Скочинского, 1981, с. 55-57).

Известен также способ дегазации угольных пластов и выработанного пространства, заключающийся в том, что впереди очистного забоя бурится скважина, вокруг которой в верхней части зоны трещин создается путем взрывания относительно небольших зарядов взрывчатых веществ дополнительная сеть трещин. Скважины бурят раздельно в зону трещин и выше зоны трещин. Затем скважины герметизируют и подключают к отсасывающему трубопроводу / а.с. СССР N 1691540, кл. E 21 F 7/00, 1989/.

В известном способе для взрывания скважин используют заряды (традиционных химических) ВВ. Применение химических ВВ в шахте связано с определенной опасностью как при хранении и транспортировке ВВ, так и в процессе взрывания. Кроме того, при использовании традиционных ВВ взрыв воздействует, в основном, на часть скважины, где размещен заряд ВВ.

В предлагаемом способе в качестве ВВ используется не твердое вещество, а газообразная взрывчатая смесь, которая полностью занимает весь объем скважины и примыкающий к ней трещиновато-пористый массив угля, что приведет к более равномерному и эффективному воздействию взрыва на массив и, таким образом, к повышению интенсивности газоотдачи.

Отказ от применения традиционных ВВ позволяет упростить проведение взрывных работ и повысить безопасность.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе, включающем бурение скважины в пласт, ее взрывание для создания в массиве угля вокруг скважин дополнительной сети трещин, герметизацию скважины и подключение ее к отсасывающему трубопроводу, скважину по окончании бурения герметизируют, доводят количество естественно выделяющегося газа в объеме скважины до стехиометрической концентрации, после чего образовавшуюся взрывчатую газовоздушную смесь взрывают.

Для получения максимальной энергии взрыва концентрацию газа в объеме скважины доводят до 9,5-12,3 об.

Регулирование состава газовоздушной смеси в объеме скважины осуществляют путем подачи в нее сжатого воздуха через одно из отверстий, выполненных в герметизаторе, и выпуска через другое отверстие избытка газовоздушной смеси с одновременным отбором пробы для газового анализа.

Для минимизации времени между окончанием процесса образования в скважине взрывчатой газовоздушной смеси и моментом ее взрывания отверстия герметизатора перед взрыванием газовоздушной смеси перекрывают пробками.

Инициирование взрывчатой газовоздушной смеси осуществляют с помощью спирали накаливания.

В заявляемом способе в качестве ВВ используют взрывчатую метановоздушную смесь, образующуюся в результате естественного выделения в скважину метана из угольного пласта и регулирования состава смеси с целью доведения концентрации метана до величины 9,5-12,3 об. обеспечивающей протекание стехиометрической реакции взрыва.

Сущность способа поясняется чертежом.

В пласт угля бурят скважину 1, герметизируют с помощью герметизатора 2 с двумя отверстиями. В одно из отверстий вставляют трубку 3 длиной 30-40 м, а во второе отверстие трубку 4. По трубке 3 в скважину подают воздух из баллона сжатого воздуха 5, по трубке 4 производят выпуск избытка газовоздушной смеси и отбор проб для газового анализа. После достижения в объеме скважины концентрации метана 2-3% трубки 3 и 4 извлекаются из скважины, отверстие 4 закрывается глухой пробкой, а отверстие 3 пробкой, в которую вставлен наконечник со спиралью накаливания, соединенный с источником тока (аккумуляторной батареей и т.п.).

Через 3-4 мин после герметизации скважины подают ток на спираль и таким образом инициируют метановоздушную смесь, вызывая ее взрыв.

После взрыва образуется дополнительная сеть трещин вокруг скважины, через которые газ начинает интенсивно выделяться в скважину и затем отсасывается через дегазационный трубопровод.

Герметизатор 1 выполнен из взрывоустойчивого материала, что позволяет использовать его в качестве запыжовки устья скважины после перекрытия в нем отверстий. Это обеспечивает необходимую минимизацию времени между окончанием процесса образования в скважине взрывчатой газовоздушной смеси и моментом ее взрывания.

Стехиометрическая реакция метановоздушной смеси может быть описана одним из следующих уравнений: CH₄+2O₂__→ CO₂+2H₂O (1) 2CH₄+3O₂__→ 2CO+4H₂O (2) 3CH₄+5O₂___→ CO₂+2CO+6H₂O (3) Реакции (1) соответствует стехиометрическая метановоздушная смесь состава: CH₄ 9,5 об.

O₂ 19,0 об.

N₂ 71,5 об.

Реакции (2) соответствует состав смеси: CH₄ 12,3 об.

O₂ 18,4 об.

N₂ 69,3 об.

Реакции (3) соответствует состав смеси: CH₄ 11,2 об.

O₂ 18,65 об.

N₂ 70,15 об.

Удельная энергия взрыва метановоздушной смеси определяется по формуле: A_уд = CγQ, ккал/м³ (4) где C концентрация газа в смеси (объемные доли);
γ 0,665 кг/м³- удельный вес метана;
Q примерно равно 12000 ккал/кг теплота сгорания метана.

Подставляя значения g и Q в формулу (4), получаем
A_уд примерно равно 8000·C, ккал/кг (5) или в кВт·ч:

В соответствии с выражением (6) удельная энергия взрыва метановоздушной смеси разного состава имеет следующие величины:
При С=9,5% А_уд=0,88 кВт·ч/м³
При С=11,2% А_уд=1,04 кВт·ч/м³
При С=12,3% А_уд=1,14 кВт·ч/м³
Этим величинам соответствуют удельные мощности взрыва:
N 9,5% примерно равно 30000 кВт/м³
N 11,2% примерно равно 35000 кВт/м³
N 12,3% примерно равно 39000 кВт/м³
В скважине диаметром 100 мм и длиной 100 мм при взрыве метановоздушной смеси будет реализована мощность 28000-30000 кВт.

Следовательно, газовоздушная смесь с концентрацией 9,5-12,3% обладает наибольшей энергией взрыва. Взрывание газовоздушной смеси позволяет повысить равномерность воздействия на внутреннюю поверхность скважины. Одновременно повышается безопасность работ.

Формула изобретения

1. Способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважины в пласт, герметизацию устья скважины и ее подключение к отсасывающему трубопроводу, взрывание в объеме скважины приготовленной взрывчатой смеси, отличающийся тем, что скважину герметизируют по окончании бурения, доводят количество естественно выделяющегося из угля газа в объеме скважины до стехиометрической концентрации, после чего взрывают образовавшуюся взрывчатую газовоздушную смесь.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают максимальную энергию взрыва путем доведения концентрации газа в объеме скважины до 9,5-12,3 об.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что состав газовоздушной смеси в объеме скважины регулируют путем подачи в скважину через одно из отверстий, выполненных в герметизаторе, сжатого воздуха и выпуска через другое отверстие избытка газовоздушной смеси при контроле состава смеси и определяют момент, соответствующий взрывоопасной концентрации метана.

4. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что перед взрыванием газовоздушной смеси отверстия герметизатора перекрывают пробками.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инициирование взрывчатой газовоздушной смеси осуществляют с помощью спирали накаливания.

РИСУНКИ

Рисунок 1