Способ дегазации отрабатываемого угольного пласта

Изобретение относится к горному делу, а именно к технике безопасности при подземной разработке газоносных угольных пластов длинными столбами по простиранию с полным обрушением кровли, и может быть использовано для снижения метанообильности очистного забоя. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности дегазации за счет сохранения дегазационными скважинами сечения и пропускной способности, а также за счет повышения надежности их герметизации. Предложен способ дегазации, включающий бурение параллельных очистному забою скважин по породам кровли на расстоянии 1-2 м от угольного пласта и через 0,1-0,2 длины очистного забоя друг от друга. Дегазационные скважины герметизируют в породах и подключают к дегазационному трубопроводу. При недостаточной связи скважин с пластом с помощью природных и техногенных трещин, используя, например, гидроразрыв, создают дополнительно искусственную трещиноватость. Предложенный способ основан на использовании эффекта периодической частичной разгрузки пласта и его непосредственной кровли впереди очистного забоя при его отработке длинным очистным забоем. Способ позволяет эффективно дегазировать пласт за счет расположенных в породах кровли скважин и снизить затраты на их герметизацию и поддержание. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к горному делу, а именно к технике безопасности при подземной разработке газоносных угольных пластов длинными столбами по простиранию с полным обрушением кровли, и может быть использовано для снижения метанообильности очистного забоя.

Известен способ дегазации отрабатываемого угольного пласта, заключающийся в том, что из подготовительных выработок по пласту угля проводят параллельные очистному забою и недобуриваемые до противоположной выработки скважины для отсоса газа, которые подключают к газопроводу (а.с. СССР №1278468, кл. E21F 7/00, заявлено 1.08.1984 г., опубликовано в 1986 г., БИ №47).

Основным недостатком известного способа дегазации является его низкая эффективность вследствие "затекания" скважин в результате деформирования их стенок и приконтурной части пласта в период вхождения в зону разгрузки пласта от горного давления впереди движущегося забоя. Кроме того, дегазационные скважины имеют низкий дебит, так как основное время они находятся за пределами этой зоны, что требует длительного времени дегазации.

Известен способ дегазации отрабатываемого угольного пласта с использованием параллельных или перекрещивающихся скважин, заключающийся в создании в дегазационных скважинах высокопористых растресканных цилиндров (а.с. СССР №1583635, кл. E21F 7/00, заявлено 24.12.1987 г., опубликовано в 1990 г., БИ №29). Состав при затвердевании растрескивается и является коллектором газа. При подходе очистного забоя к скважине высокопористый цилиндр дополнительно подвергается воздействию повышенных нагрузок и в нем активизируется рост сквозных газоотводящих трещин. Дегазационные скважины в зоне опорного давления сохраняют устойчивость, и появляется возможность создания в них требуемого разрежения. Основными недостатками известного способа дегазации являются высокая стоимость создания сети дегазационных скважин и невысокая ее эффективность в связи с заполнением скважин материалом. К тому же обеспечить надежность герметизации устья пробуренных по углю пластовых скважин крайне сложно, а применение для этих целей, как правило, металлических труб связано со значительными трудностями при выемке угля комбайном.

В качестве прототипа принят способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважин из подготовительной выработки параллельно линии очистного забоя на контакте угольного пласта с кровлей в зоне максимума опорного давления и заполнение их полимером с пределом прочности на сжатие, равным пределу прочности на сжатие ненарушенного угля, при этом расстояние между скважинами принимают равным шагу обрушения кровли (а.с. СССР №1163003, кл. E21F 5/00, заявлено 05.03.1984 г., опубликовано в 1985 г., БИ №23). По мнению авторов, размещение скважин по угольному пласту на контакте его с кровлей в зоне опорного давления и заполнение их полимером с заданным пределом прочности позволит уменьшить давление на нижележащую часть угольного пласта и обеспечит выделение из нее метана. К недостаткам известного способа дегазации следует отнести высокую его стоимость, связанную с подбором полимера и закачкой его в скважины, и сложность герметизации устьев скважин при создании в них необходимого вакуума в зоне контакта слоев пород, что отрицательно влияет на его эффективность. Кроме того, бурение скважины по контакту пласта с кровлей приводят к "отражению" скважины от более прочного материала (кровли) и отклонению ее в пласт.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности дегазации за счет сохранения дегазационными скважинами сечения и пропускной способности, а также повышенная надежность их герметизации.

Предложен способ дегазации отрабатываемого газоносного пласта, включающий бурение из подготовительной выработки впереди очистного забоя параллельных ему дегазационных скважин, герметизацию их и подключение к дегазационному трубопроводу.

Отличием является то, что дегазационные скважины бурят по породам кровли на расстоянии от угольного пласта, равном 1÷2 м.

Отличием является также то, что дегазационные скважины бурят на расстоянии друг от друга, равном 0,1÷0,2 длины очистного забоя.

Следующим отличием является то, что дегазационные скважины соединяют с пластом системой искусственных трещин.

Исследованиями установлено, что при отработке высокогазоносных угольных пластов длинными очистными забоями с полным обрушением кровли при подходе забоя к скважине на расстояние, близкое половине его длины, дебит метана из скважины увеличивается в 3-5 раз. На этом расстоянии, как установлено исследованиями, начинается зона переменного горного давления, что формирует техногенные трещины в кровле пласта, инициирует выделение метана из блоков угля и раскрывает межблоковые трещины. При газоносности пласта выше сорбционной способности угля возникает повышенное давление свободного газа, приводящее даже к эффекту перетока части метана из пласта в выработанное пространство через породы кровли, минуя призабойное пространство. Каптаж выделяющегося из угольного пласта метана скважинами осуществляется через природные и техногенные трещины в непосредственной кровле, развивающиеся в результате переменных напряжений в зоне разгрузки опережающей забой. Размещение дегазационных скважин в кровле на расстоянии 1÷2 м от пласта позволяет перехватить этот поток метана и отвести его в дегазационный трубопровод. Размещение скважин в породе позволяет с высокой надежностью обеспечить их герметизацию и создать необходимый вакуум. Расположение скважин над угольным пластом на высоте более 2 м снижает вероятность встречи их с техногенными трещинам, выходящими на пласт, а при высоте менее 1 м возможно "отражение" скважины в сторону пласта и снижение эффективности дегазации. При слабом развитии природной и техногенной трещиноватости пород возможно проведение через скважины гидроразрыва по известным схемам с целью создания дополнительной искусственной трещиноватости пород кровли.

Расстояние между дегазационными скважинами принято 0,1÷0,2 длины очистного забоя и связанно с размером зоны периодической разгрузки пласта впереди движущегося забоя. При расстоянии, меньшем 0,1 длины очистного забоя, объем буровых работ не рационально завышается, при расстоянии, большем 0,2 длины очистного забоя, способ не достаточно эффективен.

Сущность изобретения поясняется примером его выполнения и чертежами, где на фиг.1 показан выемочный участок в плане, а на фиг.2 - разрез по I-I на фиг.1.

Для осуществления способа на расстоянии 1,0÷2,0 м от угольного пласта 1 в его кровле бурят параллельно очистному забою 2 и впереди его дегазационные скважины 3. До контура штрека 4 скважины не добуривают около 20 м, производят герметизацию их устья и подключение к дегазационному трубопроводу 5. До подхода очистного забоя 2 к скважинам каптаж метана из угольного пласта 1 происходит через природные (искусственные) трещины 6 в кровле. При подходе очистного забоя к скважинам на расстояние менее 0,5 длины лавы (L) начинается каптаж метана, интенсивно выделяющегося из пласта 1, вследствие его частичной разгрузки (эпюра 7) от горного давления (γН), и поступающего в скважины через природные (искусственные) и техногенные трещины в кровле, подверженной переменному горному давлению в этой зоне.

Предлагаемый способ дегазации позволяет повысить ее эффективность в 1,5-1,7 раза, обеспечить надежную герметизацию дегазационных скважин за счет расположения их в породах над угольным пластом и тем самым снизить метанообильность очистного забоя по фактору метановыделения из угольного пласта.

1. Способ дегазации отрабатываемого угольного пласта, включающий бурение из подготовительной выработки впереди очистного забоя и параллельно ему дегазационных скважин, герметизацию их и подключение к дегазационному трубопроводу, отличающийся тем, что дегазационные скважины бурят по породам кровли на расстоянии 1-2 м от угольного пласта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дегазационные скважины бурят друг от друга на расстоянии, равном 0,1÷0,2 длины очистного забоя.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дегазационные скважины соединяют с пластом системой искусственных и техногенных трещин.