Способ предварительной дегазации свиты угольных пластов и выработанного пространства

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к подземной угледобыче, и предназначено для предварительной дегазации зоны повышенного горного давления со стороны погашенной лавы при отработке свиты пластов с прочной и слабопроницаемой кровлей/почвой и выработанного пространства. Техническим результатом является увеличение производительности лавы за счет эффективной подземной дегазации и разгрузки свиты отрабатываемых пластов и повышение безопасности горных работ. Предложен способ предварительной дегазации свиты угольных пластов и выработанного пространства, в котором из передовой подземной выработки бурят скважины, подают через них обсадную перфорированную трубу, через которую осуществляют гидрорасщепление. При этом предварительно производят надработку/подработку угольного пласта для разгрузки и создания порово-трещинного объема массива прочных и слабопроницаемых пород. Наклонные скважины с горизонтальным окончанием бурят во вмещающие угольный пласт породы и далее в выработанное пространство с обеспечением буровых дегазирующих заходок на пласт шпурами меньшего диаметра. Через перфорированную трубу при отступающем в направлении от лавы к устью скважин порядке образуют продольные трещины и разгружающие массив от горизонтальной тектонической составляющей горного давления поперечные трещины, подают флюид с поверхностно-активным веществом для расщепления пород почвы и кровли и устанавливают пропантовую заглушку, тем самым предотвращают преждевременное метаноудаление, впоследствии заглушку размывают водой. При этом сначала через нагнетательные скважины оттесняют метан к добычным скважинам, по завершении цикла метан оттесняют через добычные скважины к нагнетательным. Для получения объективной информации о разгрузке массива и безопасности проводят контрольно-мониторинговые мероприятия. 3 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к подземной угледобыче, и предназначено для предварительной дегазации зоны повышенного горного давления со стороны погашенной лавы, а также при отработке свиты газоносных пластов с прочной слабопроницаемой кровлей и почвой и выработанного пространства.

В практике подземной угледобычи известен способ разгрузки опережающей надработкой или подработкой сближенных пластов, включающий подготовку выемочных столбов (ВС) путем проведения и крепления конвейерных (КВ) и вентиляционных выработок с оставлением угольного целика между КВ отрабатываемого ВС и вентиляционной выработкой, подлежащего отработке ВС с проведением вентиляционных сбоек между ними и удаление метана с помощью потока метановоздушной смеси, создаваемого утечками воздуха, выносимыми из очистного забоя через выработанное пространство (Патент RU 2282030 С1, опубликовано 20.08.2006, Бюл. №23 (аналог)). Однако при наличии трудных (прочных и слабопроницаемых) пород кровли и почвы большое количество метана остается в пласте и массиве даже при опережающей отработке защитных пластов и торпедировании пород кровли со стороны погашенной лавы.

Известен также метод интенсификации гидроразрыва горных пород через обсадную перфорированную трубу, включающий бурение скважины и подачу в нее взвеси, содержащей жидкий диоксид углерода и тонкодисперсный материал; гидроразрыв осуществляют посредством создания перехода диоксида углерода из жидкого в газообразное состояние (Патент RU 2280163 С1, опубликовано 20.07.2006, Бюл. №20). Этот способ является технически наиболее близким к предлагаемому изобретению и взят авторами в качестве прототипа. Недостаток данного способа заключается в том, что применение диоксида углерода пагубно сказывается на экологии, так как при взаимодействии с водой в результате реакции соединения образуется кислота, что приводит при попадании на поверхность к кислотным дождям.

Технический результат заключается в увеличении производительности лавы за счет эффективной подземной дегазации и разгрузки свиты отрабатываемых пластов в условиях прочных и слабопроницаемых пород междупластья и повышения безопасности горных работ.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить комплексность воздействия на угольный пласт на основе его дегазации через скважины и разгрузки подработкой и надработкой для удаления метана из пласта и выработанного пространства в созданный в том числе и за счет образования продольных щелей и поперечных разгружающих щелей порово-трещинный объем массива прочных и слабопроницаемых пород кровли и почвы с последующим его извлечением через скважины, отсутствие помех основным подземным процессам, так как отработку пласта предусмотрено производить из опережающих очистные работы горных выработок, применение одних и тех же скважин и шпуров для удаления метана из пласта и выработанного пространства действующей и погашенной лав, а также производить работы поэтапно с их совмещением. Дегазационные скважины представляют наклонные пробуренные из специально предназначенных для этого выработок скважины с горизонтальными окончаниями большего диаметра, переходящие в дегазационные малого диаметра шпуры-заходки на угольный пласт. Для предотвращения преждевременного метаноудаления предусмотрена пропантовая заглушка, впоследствии размываемая водой. При метаноизвлечении соблюдают цикличность работ. Сначала через нагнетательные скважины водой оттесняют метан к добычным скважинам, по завершении цикла для интенсификации порядок изменяют - метан оттесняют через добычные скважины к нагнетательным.

Осуществление способа показано на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 1 представлена предлагаемая схема отработки свиты пластов в вертикальном разрезе, на фиг. 2 - та же схема, вид сверху, с нанесением теоретических положений, на фиг. 3 - разрез по линии А-А.

Из выработки 1 бурят наклонные скважины, переходящие в горизонтальные окончания и выходящие в отработанное пространство 2 (фиг. 1 и 2). При этом скважины размещают не в угольном пласте, а во вмещающих породах, как наиболее устойчивых и сохраняющих форму. По назначению скважины различают нагнетательные и добычные. Для интенсификации метаноизвлечения в нагнетательных горизонтальных скважинах 3 предусматривают поэтапное линейное гидрорасщепление прочных и слабопроницаемых пород почвы и кровли на отдельности в направлении от лавы через обсадную перфорированную трубу (фиг. 3). При отступающем порядке производства работ через перфорацию под давлением, необходимым для разрушения вмещающих пород, в массив подают флюид, в компонентный состав которого входят вода и поверхностно-активные вещества (ПАВ) с целью повышения эффективности проникновения образуемой трещины 4 в поровый объем массива. Сразу же после осуществления гидрорасщепления через ту же перфорацию подают воздух для осушения трещин. Далее трещину тампонируют пропантовой пробкой (заглушкой). Давление струи флюида зависит от физических свойств пород. При этом заглушка не позволяет метану уйти в свободное пространство, а временно задерживает его в трещине. За счет разгрузочного действия максимальное развитие трещин гидрорасщепления происходит при их ортогональном расположении к направлению действия максимальных горизонтальных тектонических составляющих горного давления 5 при их наличии в шахтном поле (Курленя М.В., Серяков В.М., Еременко А.А. Техногенные геомеханические поля напряжений. - Новосибирск: Наука, 2005. - 264 с., с. 40; Ромашов А.Н., Цыганков С.С. О природе тектонических напряжений в земной коре // Горный журнал. - 1996. - №7-8. - С. 41-44, с. 44). Таким образом, создают систему продольных и поперечных трещин, как показано на фиг. 2 и 3.

Для обеспечения дополнительной газовой разгрузки угольного пласта 7 и отработанного пространства 8 одновременно с созданием наклонных скважин проводят заходки 6 на пласт в виде шпуров меньшего диаметра.

Затем методом чередования через нагнетательные скважины 3 подают воду, растворяющую и размывающую заглушку и оттесняющую метан к добычным скважинам 9, через которые его извлекают на земную поверхность. Метод чередования подразумевает изменение порядка после осуществления первого цикла, а именно то, что впоследствии метан через добычные скважины оттесняют к нагнетательным скважинам. Расположение скважин определяют с учетом действия нависающих породных консолей 10 со стороны рабочей и погашенной лав, за счет чего достигается эффективность разгрузки от опорного горного давления 11, создаваемого этими консолями (фиг. 2), как со стороны погашенной, так и со стороны действующей лав.

В целях увеличения безопасности горных работ определяют зоны влияния надработки и подработки 12 от соседних пластов. Для чего в этих зонах проводят контрольные мероприятия - бурят скважины и устанавливают сенсоры 13, с лавного конвейера бурят дегазационную скважину 14, осуществляют мониторинг 15 путем подачи информации о горном давлении на регистрирующий компьютер, который сохраняет данные и направляет их на обработку оператору и по сети Internet - проектанту.

Проведение комплекса мероприятий, изложенных в представленном изобретении, способствует увеличению производительности лавы и «абсолютной» безопасности работ в противоположность существующему на предприятиях принципу безопасности на основе «допустимого риска».

Примером осуществления описанного способа может служить отработка свиты пологих пластов Воркутского месторождения. Объемный вес γ угля и предел прочности на сжатие соответственно 1,22 т/м³ и 14 МПа, малопроницаемые песчаники кровли и почвы имеют плотность - 2,7 т/м³, предел прочности на сжатие - 114 МПа, крепость по М.М. Протодьяконову f=11, проницаемость - менее 0,01 мкм². Средняя природная метаноносность - 25 м³/т. Для массива, сложенного породами и углем с приведенными физическими свойствами, максимальное значение опорного горного давления на глубине порядка 1000 м со стороны рабочей лавы составляет 1,3 γН, со стороны погашенной - 1,6 γН. За счет снижения газоносности менее 8 м³/т можно ожидать увеличение нагрузки на лаву ориентировочно в 4 раза, эффективность дегазации при этом более 90%.

В случае если вмещающие породы менее устойчивы и хорошо проницаемые, для осуществления мероприятий рекомендуем при наличии надработки, подработки пласта наклонные скважины с горизонтальными окончаниями бурить исключительно в почве или только в кровле соответственно.

Способ предварительной дегазации свиты угольных пластов и выработанного пространства, включающий то, что из передовой подземной выработки бурят скважины, подают через них обсадную перфорированную трубу, через которую осуществляют гидрорасщепление, отличающийся тем, что предварительно производят надработку/подработку угольного пласта для разгрузки и создания порово-трещинного объема массива прочных и слабопроницаемых пород, наклонные скважины с горизонтальным окончанием бурят во вмещающие угольный пласт породы и далее в выработанное пространство с обеспечением буровых дегазирующих заходок на пласт шпурами меньшего диаметра, через перфорированную трубу при отступающем в направлении от лавы к устью скважин порядке образуют продольные трещины и разгружающие массив от горизонтальной тектонической составляющей горного давления поперечные трещины, подают флюид с поверхностно-активным веществом для расщепления пород почвы и кровли и устанавливают пропантовую заглушку, тем самым предотвращают преждевременное метаноудаление, впоследствии заглушку размывают водой, при этом сначала через нагнетательные скважины оттесняют метан к добычным скважинам, по завершении цикла метан оттесняют через добычные скважины к нагнетательным, для получения объективной информации о разгрузке массива и безопасности проводят контрольно-мониторинговые мероприятия.