Способ дегазации надрабатываемой угленосной толщи

 

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности к способам дегазации надрабатываемой угленосной толщи. Сущность изобретения. Из горной выработки до почвы угленосной толщи проводят две серии перекрестно расположенных скважин и герметизируют их. Согласно изобретению до начала разгрузки угленосной толщи в скважины первой серии последовательно вводят энерговыделяющую систему с инициатором термораспада и жидкую пробку, нагнетают энерговыделяющую систему в трещины угленосной толщи, создают в скважинах давление не менее 12 МПа и инициируют энерговыделяющую систему, после чего обработанные скважины подключают к дегазационному трубопроводу. Затем в обработанную скважинами первой серии зону угленосной толщи позади очистного забоя проводят скважины второй серии, которые также подключают к дегазационному трубопроводу. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к угольной, и может быть использовано для предварительного воздействия на дегазируемую надрабатываемую угленосную толщу (угольный пласт) с целью интенсификации процесса дегазации и снижения газообильности горных выработок, борьбы с внезапными выбросами газа и угля, снижения пылеобразования и т.п.

Известен способ гидравлической обработки угольного пласта (авт. св. СССР N 883509, E 21 F 5/00, 7/00, 1981), включающий бурение скважины, ее герметизацию, гидроимпульсное воздействие, раскрытие трещин в пласте, управление параметрами гидравлической обработки пласта: удаление воды из скважины и каптаж газа. Основными недостатками этого способа являются большой разброс величин давления при срабатывании (прорыве) диафрагмы, разделяющей жидкость и газ, и относительно небольшое время воздействия гидравлического импульса на трещины пласта.

Известен также способ повышения производительности нефтяных и газовых скважин (С. И. Колясов, и др. "Маловязкие горюче-окислительные составы для обработки продуктивных пластов в целях повышения производительности скважин" в кн. "Прострелочно-взрывные и импульсные виды работ в скважинах", ВИЭМС, М, 1989, с. 82 - 94), основанный на использовании в скважинах маловязких жидких горюче-окислительных составов в виде водных гомогенных растворов окислителя и горючего, например нитрата аммония и глицерина, создании давления в ней 12 - 14 МПа, инициировании химического превращения окислителя и горючего в процессе термораспада с целью гидроразрыва и повышения производительности скважин. Длина скважин при этом должна составлять более 1500 м. Этот способ не пригоден для использования в угольных шахтах при бурении коротких (30 - 60 м) скважин из горных выработок.

Наиболее близким по технической сути является способ дегазации надрабатываемой угленосной толщи (пласта), включающий проведение из горной выработки до почвы надрабатываемой толщи двух перекрестно расположенных серий скважин, их герметизацию, подключение скважин к дегазационному трубопроводу и отсос газа (авт. св. СССР N 1434134, E 21 F 7/00, 1988 г.). Недостатки этого способа состоят в том, что фланговые скважины имеют ограниченный радиус влияния (около 100 м), что отрицательно сказывается при обработке длиннных выемочных столбов, достигающих 2000 - 2500 м, так как в процессе отработки пласта по мере удаления от фланговых скважин газ из надрабатываемой толщи поступает в действующие и отработанные выработки (например, в очистной забой и поддерживаемый штрек), что нередко приводит к взрывам с человеческими жертвами и большим материальным ущербом. Кроме того, необходимость отключения скважин от вакуумной сети и сообщение их с рудничной атмосферой приводит к резкому снижению концентрации метана в каптируемой смеси и ее некондиционности (непригодности для использования).

Задача изобретения заключается в повышении безопасности очистных работ за счет более полной дегазации надрабатываемой угленосной толщи.

Согласно изобретению эта задача решается тем, что в способе дегазации надрабатываемой угленосной толщи, включающем проведение из горной выработки до почвы угленосной толщи двух перекрестно расположенных серий скважин, их герметизацию, подключение к дегазационному трубопроводу и отсос газа, до начала разгрузки угленосной толщи в скважины серии последовательно вводят энерговыделяющую систему с инициатором термораспада и жидкость в качестве пробки, нагнетают систему в трещины надрабатываемой угленосной толщи, создают в скважинах давление не менее 12 МПа и инициируют энерговыделяющую систему, после чего обработанные скважины первой серии по мере готовности подключают к дегазационному трубопроводу, а скважины второй серии проводят позади очистного забоя в обработанную скважинами первой серии зону угленосной толщи.

Нагнетание энерговыделяющей системы можно осуществлять в статическом или динамическом режиме в зависимости от параметров надрабатываемой толщи, при этом динамический режим может быть реализован с помощью гидравлических импульсов высокого давления.

В качестве жидкой пробки можно использовать шахтную воду.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана принципиальная схема расположения дегазационных скважин первой серии; на фиг. 2 - вид А-А на фиг. 1 с расположением надрабатываемой угленосной толщи; на фиг. 3 - одна из скважин первой серии при динамическом режиме нагнетания энерговыделяющей системы; на фиг. 4 - то же при статическом режиме нагнетания; на фиг. 5 - принципиальная схема расположения скважин первой и второй серий; на фиг. 6 - вид Б-Б на фиг. 5.

Способ осуществляют следующим образом.

До начала разгрузки надрабатываемой угленосной толщи из горной выработки 1 впереди очистного забоя до почвы 2 угленосной толщи проводят серию дегазационных скважин 3, которые ориентируют под углом к угленосной толще в сторону ее надработки. Скважины 3 герметизируют, например введением обсадной трубы 4 и возведением бетонной рубашки 5 в предварительно разбуренной части скважин 3 у их устья 6. Длина бетонной рубашки зависит от состояния окружающих пород и составляет 6 - 10 м.

В нижнюю часть скважин ввводят энерговыделяющую систему 7 до уровня, превышающего уровень дегазируемой толщи, и затем - инициатор термораспада 8, который размещают внутри энерговыделяемой системы 7. Остальную часть скважины заполняют шахтной водой 9, служащей в качестве жидкой пробки. Энерговыделяющая система 7 представляет собой механическую смесь нитрата аммония и воды в соотношении 60 : 40 с добавкой 9% глицерина. Глицерин и нитрат аммония не чувствительны к трению, к импульсным электрическим воздействиям, ударам, тепловым воздействиям и к детонационному импульсу. Они безопасны в обращении при любых возможных бытовых условиях. Окислитель - нитрат аммония - легко доступен. Марка "B" (аммиачная селитра) - наиболее распространенное в сельском хозяйстве азотное удобрение.

В скважинах 3 создают с помощью насоса (на чертежах не показан) статический режим давления с целью заполнения трещин, как имеющихся, так и вновь образующихся в горных породах (в основном в пластах угля). Если породы имеют низкую проницаемость, то нагнетание производят в динамическом режиме с помощью установки 10, генерирующей гидравлические импульсы высокого давления (до 100 МПа), позволяющие раскрыть трещины в прилегающем к скважине массиве угля с весьма низкой проницаемостью.

Давление в скважинах 3 создают и поддерживают на уровне не менее 12 МПа, так как первичная реакция термораспада энерговыделяющей системы происходит при начальном давлении в реакционном объеме (в нашем случае - в скважине) 12 - 14 МПа и температуре кипения воды при таком давлении (290 - 300^oC). Затем инициируют энерговыделяющую систему 7 любым известным способом, например, генератором ПГД.БК, используемым в нефтегазовой промышленности. Чем выше начальное гидростатическое давление в скважине (минимум 12 МПа), тем больше энерговыделение при термораспаде и химическом превращении системы 7. Относительно длительное активное энерговыделение при термораспаде и химическом превращении системы 7 (более 40 с против 2 c при гидравлических импульсах и 0,1 c при торпедировании массива) является одним из основных факторов, способствующих в сочетании с гидравлическими импульсами высокого давления созданию большой сети трещин в надрабатываемой угленосной толще и ускорению десорбции метана из угля. Столб воды от уровня энерговыделяющей системы 7 до устья скважины (жидкая пробка) предотвращает прорыв продуктов термораспада и химических превращений системы в горную выработку.

Обрабатываемые скважины 3 последовательно по мере готовности подключают к дегазационному трубопроводу 11 и осуществляют отсос газа.

Скважины 12 второй серии бурят из той же горной выработки, что и скважины первой серии, но позади очистного забоя 13. Скважины 12 проводят под углом к надрабатываемой угленосной толще в обработанную через скважины 3 первой серии зону 14 угленосной толщи и также подключают к дегазационному трубопроводу 11. Двойное воздействие на надрабатываемую угленосную толщу позволяет увеличить съем газа их скважин обеих серий и обеспечить безопасность горных работ по газовому фактору.

Интенсификация процесса дегазации надрабатываемой угленосной толщи способствует извлечению кондиционного газа (метана), пригодного для выработки электроэнергии или тепла, а также для заправки автомобилей.

Формула изобретения

1. Способ дегазации надрабатываемой угленосной толщи, включающий проведение из горной выработки до почвы угленосной толщи двух перекрестно расположенных серий скважин, их герметизацию, подключение к дегазационному трубопроводу и отсос газа, отличающийся тем, что до начала разгрузки угленосной толщи в скважины первой серии последовательно вводят энерговыделяющую систему с инициатором термораспада и жидкую пробку, нагнетают энерговыделяющую систему в трещины надрабатываемой угленосной толщи, создают в скважинах давление не менее 12 МПа и инициируют энерговыделяющую систему, после чего обработанные скважины первой серии по мере готовности подключают к дегазационному трубопроводу, а скважины второй серии проводят из выработки позади очистного забоя в зону, обработанную скважинами первой серии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагнетание энерговыделяющей системы осуществляют в статическом или динамическом режиме.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что энерговыделяющая система представляет собой смесь нитрата аммония, воды и глицерина.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкой пробки используют шахтную воду.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что динамический режим нагнетания осуществляют с помощью гидравлических импульсов высокого давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6