Способ дегазации угольных пластов

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при решении проблем снижения газонасыщенности газоносных подрабатываемых угольных пластов и угленосных толщ. Изобретение решает задачу повышения эффективности дегазации подрабатываемых газоносных угольных пластов за счет продолжительности срока эксплуатации дегазационных скважин и снижения трудозатрат при подготовке и проведении заблаговременных мероприятий. Для этого бурят скважины с поверхности в сторону подрабатываемого пласта с последующим подключением их к насосно-вакуумной станции для извлечения газа из подрабатываемой толщи. В процессе бурения оценивают прочность перебуренных слоев горных пород для выделения из них наиболее прочного слоя с превышением среднего арифметического значения прочности всех остальных пачек не менее чем на 10%. Этот слой должен находиться на минимальном удалении к подрабатывающему пласту. Мощность выбранного слоя должна быть не менее 0,1 а, где а - ширина лавы подрабатывающего пласта. Скважину бурят до почвы этого прочного слоя, который считают газоэкранирующим. Верхнюю часть скважины обсаживают на соответствующую глубину, зависящую от угла падения подрабатывающего пласта, расстояния от оси лавы кромки следующего столба, а также углов разрыва по восстанию, падению или простиранию, выбираемых в зависимости от ориентации подрабатывающей лавы. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при решении проблем снижения газонасыщенности газоносных подрабатываемых угольных пластов и угленосных толщ.

Известен способ предварительной дегазации угольного массива с использованием геологоразведочных скважин или скважин, специально пробуренных с поверхности. Скважины бурят до пласта или в породы его почвы, обсаживают трубами, затрубное пространство тампонируют, и скважины подключают к вакуумному трубопроводу (см., например, Сластунов С.В. "Заблаговременная дегазация и добыча метана из угольных месторождений" М., Изд-во МГТУ, 1996, стр. 14-19).

Однако этот способ не обеспечивает необходимого снижения газообильности, так как глубина дренирования угольного пласта ограничена десятком метров, а сам способ характеризуется большой трудоемкостью подготовительных работ и значительным периодом их проведения, достигающим 10-20 месяцев.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ предварительной дегазации подрабатываемых пластов через скважины, пробуренные с дневной поверхности, изложенный во "Временном руководстве по подработке выбросоопасных и газоносных пластов угля и повышению эффективности дегазационных работ в условиях интенсивной их разгрузки на шахтах Карагандинского бассейна", Л., Изд. ВНИМИ, 1988 г., стр. 8-11; 21-26. Способ включает бурение скважин с поверхности в подрабатываемый пласт до его подработки, обсадку нижних участков скважин под пластом перфорированными трубами и подключение их к вакуумному трубопроводу.

Однако такой способ также является недостаточно эффективным из-за непродолжительного срока эксплуатации скважин, так как при подработке участков дегазации нижняя их часть попадает в зону обрушения пород кровли пласта, система выходит из строя, и требуются дополнительные трудозатраты на восстановление или создание новой сети скважин.

Изобретение решает задачу повышения эффективности дегазации подрабатываемых газоносных угольных пластов за счет увеличения продолжительности срока эксплуатации дегазационных скважин и снижения трудозатрат при подготовке и проведении заблаговременных дегазационных мероприятий.

Сущность способа дегазации угольных пластов включает бурение скважин с поверхности в сторону подрабатываемого пласта с последующим подключением ее к насосно-вакуумной станции для извлечения газа из подрабатываемой толщи. В процессе бурения скважин оценивается прочность перебуренных слоев горных пород для выделения из них наиболее прочного слоя с превышением от среднего арифметического значения прочности всех остальных пачек, превышающим 10%. Этот слой должен находиться на минимальном удалении к подрабатывающему пласту, подрабатывающего пласта, а мощность выбранного слоя должна быть не менее 0,1 а, где а - ширина подрабатывающего пласта лавы. Скважина бурится до почвы прочного слоя, а верхняя часть обсаживается на соответствующую глубину, зависящую от угла падения подрабатывающего пласта, расстояния от оси лавы до кромки следующего столба, а также углов разрыва по восстанию, падению или простиранию, выбираемых в зависимости от ориентировки подрабатывающей лавы.

Способ поясняется чертежом, на котором показана схема расположения дегазационных скважин и дегазируемого пласта. На чертеже обозначены: 1 и 2-подрабатывающий и подрабатываемый (дегазируемый) пласты соответственно; 3 -отслаивающийся, трещиноватый слой; 4 - газоэкранирующий прочный слой; 5 - дегазационная скважина; 6 - участок обсадки скважины; 7 - насосно-вакуумная дегазационная станция на поверхности земли; 8 - поверхность отслоения пород трещиноватой пачки 3 от экранирующего слоя 4; 9 - зона обрушенных пород.

Способ осуществляют следующим образом. В сторону подрабатывающего пласта 1 и подрабатываемого пласта 2 до контакта газодренирующего трещиноватого слоя 3 с газоэкранирующим слоем 4 с поверхности земли бурят скважину 5. Причем скважину располагают таким образом, чтобы она находилась около середины лавы на пласте 1, планируемом к отработке. При бурении скважины 5 в каждом пересекаемом слое, пласте или пропластке производят отбор характерных кусков пород и их испытания, например на приборе БП- 14, с целью определения их физико-механических свойств. Методика испытаний описана, например, в "Инструкции по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках" Л., ВНИМИ, 1982, стр. 86-87.

Бурение скважин производят на глубину расположения наиболее прочного газоэкранирующего слоя 4 пород, обычно песчаника, находящегося над зоной 9 обрушения пород на минимальном расстоянии от подрабатывающего пласта 1.

Параметры зоны 9 определяют в зависимости от мощности m отрабатываемого пласта 1 на основании нормативных документов для каждого из действующих угольных месторождений. В частности, для Карагандинского бассейна эта величина равна 6 m.

Наиболее прочный слой 4 выявляют как слой пород с прочностью, превосходящей хотя бы на 10% среднее арифметическое значение прочностей каждого из перебуриваемых слоев, т.е.

, где X_i - значение прочности на сжатие каждого из породных и угольных слоев; n - количество породных и угольных слоев в угленосной толще.

Затем вычисляют простое среднее отклонение после чего выделяют отклонения с положительным знаком и определяют коэффициент вариации Выделяют слой пород с V_Δ ≥ 10% и из них выбирают ближайший к упомянутой зоне 9. Значение коэффициента вариации 10% обусловлено обычной точностью определения физико-механических свойств пород. Кроме того, мощность защитного слоя должна составлять не менее 0,1а, где а - ширина лавы подрабатывающего пласта. Параметр 0,1а определен в результате аналитических исследований с привлечением статистики для прочных слоев (см. Герцен А.И., Гончаров Е. В. "Безопасные условия подготовки и отработки газоносных и выбросоопасных пластов". Подземное и шахтное строительство. М" Недра, 1991 N 12, стр. 11-13).

Кондуктор скважины (верхнюю ее часть, до глубины не более f) цементируют, обсаживают к стационарной насосно-вакуумной станции 7, например ПДУ-50. Скважину далее кондуктора можно не обсаживать. Глубину f обсадки скважины определяют в зависимости от угла α падения пласта 1, расстояния Y от кромки следующего столба, а также углов разрыва соответственно в сторону восстания, падения или простирания, определяемых в соответствии с "Правилами охраны сооружений от вредного влияния горных работ на угольных пластах". Обсадка скважины 5 в верхней ее части необходима для более длительной и эффективной ее эксплуатации. Соответствующая глубина f обсадки предохранит скважину от разрушения ее осадками и грунтовыми водами в условиях подработки наносных и непрочных осадочных пород.

При соблюдении указанных условий выше зоны 9 полного обрушения пород, обусловленного процессом ведения горных работ по пласту 1, образуется трещиноватая пачка пород 3, контактирующая с прочным газоэкранирующим слоем 4 с выявлением поверхностей (полостей) отслоения 8, определяемых как полости Вебера (см. Гончаров Е.В., Гончарова Л.А. "Деформирование и блокообразование осадочных пород в динамических зонах повышенного горного давления". Сб. Физические процессы горного производства. Спб., СпбГИ, 1992, стр. 36-40).

При этом газ дренируется через зону 9 обрушенных пород кровли по трещинам в отслаивающейся породной пачке 3 и полостям между поверхностями отслоения 8 и монолитным газоэкранирующим слоем 4, откуда по скважине 5, подключенной к насосно-вакуумной станции 7, выделяется на поверхность и далее может быть утилизирован.

Использование заявленного способа по сравнению с известными позволяет повысить эффективность дегазации подрабатываемых газоносных угольных пластов за счет сокращения расхода буровых труб, сокращения времени бурения оборудования скважин, а также увеличения продолжительности их эксплуатации.

Формула изобретения

1. Способ дегазации угольных пластов, включающий бурение скважин с поверхности в сторону кровли отрабатываемого пласта, обсадку части скважин, подключении их к насосно-вакуумной станции и извлечение газа из подрабатываемой угленосной толщи, отличающийся тем, что при бурении скважины в угленосной толще оценивают прочность породных слоев, выделяют наиболее прочный слой пород с отклонением от среднего арифметического значения прочности перебуриваемых пород, превышающим 10%, находящийся на минимальном удалении от подрабатывающего пласта и имеющий собственную мощность не менее 0,1 a, где a - ширина лавы подрабатывающего пласта, этот прочный слой считают газоэкранирующим, а скважину бурят до почвы газоэкранирующего слоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважину обсаживают в ее верхней части на глубину, зависящую от угла падения подрабатывающего пласта, расстояния от оси лавы до кромки следующего столба, а также углов разрыва по восстанию, падению или простиранию, выбираемые в зависимости от ориентации подрабатывающей лавы.

РИСУНКИ

Рисунок 1