Технология предупреждения аварийных ситуаций при подземной разработке угольных пластов

 

Использование: технологические процессы добычи угля подземным способом. Технический результат - повышение безопасности добычи угля, снижение затрат на процесс дегазации угольного пласта и сокращение времени на процесс. Технология включает предварительное геофизическое изучение пород и пласта и выполнение работ по дегазации. С дневной поверхности с помощью автономных буровых аппаратов проходят вертикальные и наклонные скважины и выработки до продуктивного пласта. Далее продолжают проходку скважин и выработок по границам пласт - прилегающая порода выше и ниже пласта. Периодически соединяют проходкой скважины и выработки, выполненные сверху и снизу пласта, за счет образования вертикальных скважин между ними. Далее по краям и по длине этих скважин и выработок выполняют шаровидные выработки-каверны, из которых проходят скважины вверх до дневной поверхности, а полости этих скважин на дневной поверхности соединяют с отводящей вакуум-системой, с помощью которой метансодержащие газы отводят от всех пройденных полостей скважин и выработок. Осуществляют деметанизацию угольного пласта и прилегающих пород. Об эффективности процесса судят по снижению количества и концентрации метана в отводимом газовом потоке.

Изобретение относится к технологическим процессам, направленным на безопасную разработку угольных пластов шахтным способом за счет предварительной дегазации продуктивного пласта и прилегающих к нему пород.

В настоящее время известны принципиальные направления решения проблемы безопасности при подземной разработке угольных пластов, наиболее представительным из которых можно считать способ, включающий прокладку дополнительных шахт и штолен для подачи по ним вентиляционного воздуха и дегазации ним призабойного пространства [1].

Недостатки этого способа существенны и ведут к аварийности в шахтах ввиду того, что сама структура угольного пласта и прилегавших пород не дегазируется, метан в структуре пласта и прилегающих породах сохраняется, до его вскрытия забоем, истекает в шахту и приводит к возникновению аварийных ситуаций, зачастую, как известно, с трагическими последствиями.

Наиболее близким по технологической сущности является способ предупреждения аварийных ситуаций при подземной разработке угольных пластов, включающий предварительное геофизическое изучение пород и пласта, и выполнение работ по дегазации пласта [2].

Обладая определенными преимуществами перед аналогами, этот способ имеет и существенные недостатки: отсутствие гарантии подготовки угольного пласта к безопасной его разработке ввиду только частичной, не более 10%, дегазации пласта при высокой трудоемкости и затратах времени, что практически неэффективно ввиду того, что процесс дегазации значительно отстает от разработки пласта, что может привести к аварийной ситуации при разработке пласта.

Технический результат данного изобретения заключается в существенном повышении безопасности добычи угля шахтным способом, предупреждении аварийных ситуаций в шахтах, снижении затрат на процесс дегазации угольного пласта и сокращения времени на процесс.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в технологии предупреждения аварийных ситуаций при подземной разработке угольных пластов, включающей предварительное геофизическое изучение пород и пласта, выполнение работ по дегазации пласта, с помощью автономных буровых аппаратов с дневной поверхности проходят вертикальные и наклонные скважины и выработки до продуктивного пласта, далее продолжают проходку этих скважин и выработок по границам пласт - прилегающая порода - выше и ниже пласта, периодически соединяют проходкой скважины и выработки, выполненные сверху и снизу пласта, за счет образования вертикальных скважин между ними, далее по краям и по длине этих скважин и выработок (выполненных сверху и снизу пласта) выполняют шаровидные выработки-каверны, из которых проходят скважины вверх до дневной поверхности, а полости этих скважин на дневной поверхности соединяют с отводящей вакуум-системой, с помощью которой метансодержащие газы отводят из всех пройденных полостей скважин и выработок, осуществляют, таким образом, деметанизацию угольного пласта и прилегающих пород, а об эффективности процесса судят по снижению количества и концентрации метана в отводимом газовом потоке.

Осуществление способа в указанной последовательности его существенных признаков и в совокупности этих признаков позволяет достичь указанный технический результат, при этом способ обладает новизной и отвечает высокому изобретательскому уровню решенной технической задачи.

Описываемая технология предупреждения аварийных ситуаций при подземной разработке угольных пластов осуществляется следующим образом. Намеченный к производству угледобывающих работ участок геоструктур предварительно исследуют на содержание примерных количеств метана и метансодержащих газов. Этот процесс осуществляют с помощью традиционного геофизического метода: проходят сеть неглубоких (до 400 м) скважин и со дна этих скважин ведут прием и акустических, и электромагнитных сигналов, и берут пробы газа, поступающего из толщи пород. Выполняют анализ полученных величин сигналов и оценивают процентное содержание метана в газах, поступающих в полости этих скважин. По этим предварительным исследованиям судят о наличии и количестве метана в геоструктурах, включающих угольный пласт. После этого, используя автономные буровые аппараты (например, реактивные буровые аппараты конструкции А.И. Плугина), с дневной поверхности проходят вертикальные и наклонные скважины и выработки до продуктивного угольного пласта. Количество и сеть этих скважин и выработок определяют в зависимости от масштаба участка проведения предупредительных работ по последующей безаварийной эксплуатации подземного угольного пласта; но, в любом случае, частота пройденных скважин и выработок выбирается из расчета, чтобы расстояние между забойными участками этих скважин, в районе угольного пласта, не превышало 100-150 м. При достижении угольного пласта проходку скважин и выработок продолжают выше и ниже угольного пласта - по границам - пласт - прилегающая порода; эти скважины и выработки через определенное расстояние (через 200-400 м) периодически соединяют между собой за счет образования вертикальных скважин между ними. Полости всех пройденных скважин и выработок соединяют на дневной поверхности за счет уже ранее пройденных (с дневной поверхности) и вновь образуемых скважин. Для этого выполненные сверху и снизу пласта скважины и выработки заканчивают на концах выполнения шаровидных выработок-каверн, такие же выработки-каверны выполняют периодически и по длине этих скважин и выработок. Из этих шаровидных выработок-каверн проходят скважины в направлении снизу-вверх - к дневной поверхности (т. к. с дневной поверхности попасть в подземные скважины и выработки практически невозможно). На дневной поверхности полости этих скважин соединяют с отводящей газы вакуум-системой и деметанизируют пласт и прилегающие породы, создавая тем самым более безопасные и надежные условия для последующей разработки пласта.

Эффективность процесса отвода метансодержащих газов из всех указанных скважин и выработок охраняемого участка пласта и прилегающих пород оценивают по сравнению концентрации метана вначале процесса деметанизации и при установившемся режиме отвода, и об эффективности процесса судят по снижению количества и концентрации метана в отводимом газовом потоке.

Выполненные выработки-каверны служат в этом процессе не только для сбора и отвода метана, но еще и выполняют вторую, не менее важную задачу - снимают локальные механические напряжения в породах припластовой зоны и перераспределяют эти напряжения на более значительную площадь, снимая общее опасное напряжение в породах.

При осуществлении процесса важно также более точно выбрать места проходок вертикальных скважин и выработок, выработок-каверн. Для этого целесообразно при геофизическом изучении геоструктур вести, как указано, прием акустических и электромагнитных сигналов от исследуемых геоструктур, кроме того, целесообразно также принимать и тепловые, и торсионные сигналы. Прием указанных сигналов предпочтительно вести в периоды максимальных и минимальных значений фаз лунно-солнечных приливов, при которых напряжения в породах максимальны и минимальны, что и позволяет принимать характерные аномальные сигналы, свидетельствующие о высоких напряжениях в породах. Картина полученных напряжений позволяет более профессионально, точно и надежно выбирать точки для бурения скважин, места для образования выработок-каверн, а это позволяет более правильно снять и перераспределить напряжения в пластах, предупреждая внезапные сдвиги, трещины и газовые удары в угольном пласте, и наряду с процессом отвода газов из всех полостей пройденных скважин, выработок, выработок-каверн этот процесс обеспечивает более безопасные и комфортные условия разработки угольного пласта, повышая общую технологическую культуру этой области техногенной деятельности.

Источники информации 1. И. Л. Эттингер, Необъятные запасы и непредсказуемые катастрофы, М.: Наука, 1988.

2. И. Л. Эттингер, Внезапные выбросы угля и газа и структура угля, М.: Недра, 1969.

Формула изобретения

Технология предупреждения аварийных ситуаций при подземной разработке угольных пластов, включающая предварительное геофизическое изучение пород и пласта, и выполнение работ по дегазации пласта, отличающаяся тем, что с дневной поверхности, с помощью автономных буровых аппаратов, проводят вертикальные и наклонные скважины и выработки до продуктивного пласта, далее продолжают проходку скважин и выработок по границам пласт - прилегающая порода выше и ниже пласта, периодически соединяют проходкой скважины и выработки, выполненные сверху и снизу пласта, за счет образования вертикальных скважин между ними, далее по краям и по длине этих скважин и выработок выполняют шаровидные выработки-каверны, из которых проходят скважины вверх до дневной поверхности, а полости этих скважин на дневной поверхности соединяют с отводящей вакуум-системой, с помощью которой метансодержащие газы отводят из всех пройденных полостей скважин и выработок, осуществляют деметанизацию угольного пласта и прилегающих пород, а об эффективности процесса судят по снижению количества и концентрации метана в отводимом газовом потоке.