СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ ПРИ ОТРАБОТКЕ СВИТЫ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 1998 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с газом при разработке свиты угольных пластов.

Известен способ управления газовыделением при разработке сближенных угольных пластов, заключающийся в том, что с поверхности или из горных выработок нижнего в свите пласта на каждый пласт бурят скважины, в зоне пересечения пластов взрывают кумулятивные заряды, обсаживают скважины, перфорируют участки их в зоне полученных трещин и начинают отработку свиты с нижнего пласта (авт. св. СССР N 1691540, кл. E 21 F 7/00, 1989). По мере подработки пластов включают в работу газоотсасывающие скважины, регулируя длину перфорированных участков.

К основным недостаткам известного способа относится то, что он является малоэффективным, особенно при выемке нижнего пласта. Междупластья и вышележащие угольные пласты обладают низкой фильтрующей способностью, поэтому дегазация носит, как правило, местный характер и охватывает только трещиноватые зоны, полученные на отдельных участках скважин при взрывании зарядов. Кроме того, при последующей отработке вышележащих пластов возникают существенные осложнения в связи с вскрытием забоем разрушенных зон, которые к тому же могут быть аккумуляторами газа или воды.

Известен также способ управления газовыделением при разработке сближенных пластов угля, заключающийся в том, что выемочные поля отрабатывают длинными столбами по простиранию по бесцеликовой технологии (авт. св. СССР N 1476151, кл. E 21 F 7/00, 1986). Сущность известного способа заключается в том, что по самому нижнему пласту свиты проводят на верхней границе дренажный штрек и с него дренажными квершлагами вскрывают пласт угля, намеченный к первоначальной отработке. Отработку его осуществляют в нисходящем порядке с отводом утечек воздуха и газа из выработанного пространства через обрушенные породы к вентиляционному штреку на верхней границе пласта и далее по дренажному квершлагу и штреку к вентиляционной скважине, оборудованной вентилятором. Отработку последующих пластов начинают с самого верхнего последовательно до полной выемки, причем, отработку его и последующих пластов осуществляют длинными столбами по простиранию в восходящем порядке, начиная от нижней границы. Газовоздушную смесь из выработанного пространства верхнего пласта отводят за счет депрессии вентилятора на скважине вниз через междупластья, подработанные нижележащие пласты и выработанное пространство первого отработанного пласта на дренажный штрек. Управление газовыделением при отработке последующих пластов производится по аналогичной схеме. Нижний в свите пласт отрабатывают в последнюю очередь.

Основным недостатком известного способа управления газовыделением является его низкая эффективность, что определяется, в первую очередь, отсосом газовоздушной смеси в нисходящем направлении через частично разгруженные междупластья и угольные пласты, пути фильтрации в которых представлены мелко трещиноватой структурой, обладающей высоким аэродинамическим сопротивлением. Кроме того, схема предусматривает ведение выемки угля одновременно только на одном пласте, так как при одновременной выемке, например, двух пластов при встречном порядке отработки очистной забой на нижнем пласте с высокой степенью вероятности будет загазован.

Сущность изобретения заключается в том, что при отработке свиты пластов в нисходящем порядке по бесцеликовой технологии с отводом части выделяющегося газа в исходящую струю выемочного участка на вышележащем пласте создают газосборную емкость и формируют пути дренирования газа в нее с нижележащего пласта, а при отработке нижележащего пласта очистные забои располагаются под указанной газосборной емкостью, создают перепад давления в ее сторону и производят отвод газа из нее.

В качестве газосборной емкости используют выработанное пространство вышележащего пласта или сеть дренажных выработок. Пути дренирования газа с нижележащего пласта в газосборную емкость формируют путем бурения скважин в междупластье и создания в нем ориентированных трещин гидроразрыва с выходом их в газосборную емкость и в зону обрушения кровли нижележащего пласта.

В газовом балансе очистных забоев до 80 - 85% составляет метановыделение из сближенных пластов и выработанного пространства. Направленный переток метановоздушной смеси в газосборную емкость практически ликвидирует влияние указанного источника метановыделения на газовую ситуацию в очистном забое и значительно снижает полную метанообильность его.

Сущность изобретения поясняется примером отработки свиты из двух пластов на шахте им.С.М.Кирова АООТ "Ленинскуголь".

На фиг.1 показана свита пластов в разрезе при ведении очистных работ, на фиг.2 показан график изменения метанообильности лавы N 18167 за период отработки, на фиг. 3 - аналогичный график по лаве N 17125, на фиг.4 - график обобщенной метанообильности лав N 18167 и 17125 за период их совместной работы.

Свита угольных пластов представлена нижним пластом 1 Толмачевский, мощностью 2,46 м и верхним пластом 2 Бреевский с 1 мощностью междупластья 65 м. Глубина отработки составляет 300 м, угол падения пластов в пределах шахтного поля изменяется от 7 до 10^o. На момент начала работы лавы N 18167 по пл. Толмачевский, по пл.Бреевскому было отработано 5 лав и находилась в работе лава N 17125. Выработанное пространство 3, которое использовалось в качестве газосборной емкости по пласту Бреевскому имело размеры: длина 1300 м, ширина 700 м, высота зоны обрушения 20 м.

Пути фильтрации газа с пласта Толмачевского в газосборную емкость создавались бурением скважин 4 из выработок 5 нижнего пласта в междупластья до почвы пласта Бреевский с последующей герметизацией их устья для снижения утечек воздуха, а также проходили по системе трещин в междупластье, образовавшейся при подработке. Опыт работы показал, что более эффективным для перетока метана является создание путем гидроразрыва стенок скважин ориентированных трещин, выходящих в газосборную емкость 3 и в зону обрушений 6 пород кровли пласта Толмачевский. Возможно также создание путей перетока газа бурением скважин 7 из выработок 8 пласта 2 в междупластье до расчетной границы зоны обрушения 6 кровли пласта 1 с образованием затем ориентированных трещин гидроразрыва 9. Отсос газа из газосборной емкости осуществляют, например, через скважины 10, пробуренные с поверхности и оснащенные газоотсасывающими установками 11.

После создания газосборной емкости 3 в виде объема, заполненного обрушенными породами, при выемке пласта 2 и образования путей фильтрации газа 4, 9 и 7 начинают работы по пласту 1. Выемочный столб лавы N 18167 располагают под газосборной емкостью 3, монтируют механизированный очистной комплекс и начинают выемку угля. Проветривание очистного забоя может осуществляться по возвратно-точной схеме с отводом части выделившегося газа с исходящей струей. При расчете аэродинамических параметров проветривания выбирают значения давления воздуха, создаваемые шахтными вентиляторами такими, чтобы давление воздуха в зоне действия лавы N 18167 было выше, чем в газосборной емкости 3 на величину, обеспечивающую переток газа по трещинам 9 и скважинам 7 или 4 в газосборную емкость (P₂>P₁). Вслед за линией забоя лавы N 18167 происходит обрушение пород кровли с развитием системы трещин в междупластье, а так же вскрываются трещины ориентированного гидроразрыва 9. Выделяющийся газ поднимается в верхнюю часть свода обрушения и за счет перепада давления движется по трещинам и скважинам в газосборную емкость, откуда по системе скважин 10, оборудованных газоотсасывающими установками 11 отводится для промышленного использования.

В период работы лав N 18167 и N 17125 были выполнены замеры их среднемесячной фактической метанообильности и определена расчетная метанообильность при фактических скоростях подвигания. Оказалось, что для большинства месячных интервалов подвигания расчетная метанообильность (J_р.н.) лавы N 18167 значительно превышает фактическую (J_ф.н.), а для лавы N 17125 наоборот, фактическая (J_ф.В.) значительно превышает расчетную (J_р.В.). Рассогласование достигает 500-800%. Это объясняется тем, что метановоздушная смесь перетекает по естественным трещинам и трещинам гидроразрыва из нижележащего выработанного пространства лавы N 18167 в выработанное пространство пласта 2. В результате этого значительно снизилась метанообильность лавы N 18167 и значительно повысилась метанообильность лавы N 17125. Доказательством этого является также то, что суммарная метанообильность лав N 18167 и 17125 фактическая (J_ф.с.) и расчетная (J_р.с.) практически не отличаются друг от друга за весь период отработки. Рассогласование между ними колеблется в пределах 5-45% и приходится, по-видимому, на долю газоотсасывающей установки.

Таким образом, предлагаемый способ управления газовыделением при отработке свиты угольных пластов позволяет значительно повысить нагрузки на забой. Полученные для интервалов подвигания забоя значения коэффициента рассогласования хорошо аппроксимируют расчетные значения метанообильности к фактическим и могут быть использованы для адаптивного прогноза метанообильности проектируемых соседних лав. Результаты расчета метанообильности свидетельствуют о том, что для наращивания суточной нагрузки не существует газового барьера. Например, в рассматриваемом случае, даже при нагрузке 10000 т/сут метановыделение из разрабатываемого пласта не превышает 7,5 м³/мин, что может быть разбавлено средствами вентиляции. Полное метановыделение при этой нагрузке не превышает 25 м³/мин, что может быть удалено средствами газоуправления.

Способ заключается в том, что пласты в свите отрабатывают в нисходящем порядке длинными столбами по простиранию с частичным отводом выделяющегося газа исходящей струей выемочного участка. При этом при выемке вышележащего пласта создают газосборную емкость, в качестве которой может быть использовано выработанное пространство пласта или сеть дренажных выработок, и формируют пути перетока газа из нижележащего пласта в газосборную емкость. Очистной забой на нижележащем пласте располагают под газосборной емкостью и создают в нем перепад давления в сторону газосборной емкости, достаточный для перетока газа, а из газосборной емкости производят отсос метановоздушной смеси. Пути фильтрации могут быть созданы бурением через междупластья скважин или бурением в междупластье скважин с последующим образованием направленных трещин, выходящих в газосборную емкость и зону обрушения кровли нижележащего пласта. При выемке нижележащего пласта метановоздушная смесь собирается в верхней части свода обрушения кровли и за счет перепада давления фильтруется по скважинам, естественными трещинами и трещинами гидроразрыва в газосборную емкость на вышележащем пласте, откуда удаляется газоотсасывающими установками для промышленного использования. В результате повышается эффективность и возможно значительно повышение нагрузки на забой. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

\ \ \ 1 1. Способ управления газовыделением при отработке свиты угольных пластов, включающий выемку пластов в нисходящем порядке длинными столбами по простиранию по бесцеликовой технологии с отводом части выделяющегося газа в исходящую струю выемочного участка, отличающийся тем, что при отработке вышележащего пласта создают газосборную емкость и формируют пути дренирования газа в нее с нижележащего пласта, а при отработке нижележащего пласта очистные забои располагают под указанной газосборной емкостью, создают перепад давления в ее сторону и производят отвод газа из нее. \\\2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газосборной емкости используют выработанное пространство вышележащего пласта. \\\2 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газосборной емкости используют сеть дренажных выработок. \\\2 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пути дренирования газа с нижележащего пласта в газосборную емкость формируют путем бурения скважин в междупластье и создания в нем ориентированных трещин гидроразрыва с выходом их в газосборную емкость и в зону обрушения кровли нижележащего пласта.