СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 1999 года по МПК E21F7/00 E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при дегазации угольных пластов месторождений, которые могут быть отработаны в дальнейшем традиционными способами; месторождений, которые залегают в сложных горно-геологических условиях и являются источником метана с целью его каптирования и дальнейшего потребления, а также месторождений непосредственно не связанных с добычей угля.

Известен способ дегазации угольных пластов, который включает вскрытие дегазируемых участков угольных пластов скважинами, обработку угольных пластов, формирование в районе скважин искусственной трещиноватости с повышением проницаемости пласта и дегазацию угольного пласта (Л.А.Пучков. Реальность промысловой добычи метана из неразгруженных угольных пластов, МГГА, М., 1966, стр.7-13).

Рассмотренный способ дегазации угольных пластов имеет широкую область применения на большинстве угольных месторождений, обладающих высокой газоносностью. Эффективность дегазации таких угольных пластов зависит в первую очередь от наличия естественной и создания искусственной трещиноватости массива. Создание искусственной трещиноватости в большинстве случаев осуществляют с применением технологии гидроразрыва пласта, в результате чего происходит раскрытие имеющейся сети трещин и образование новых трещин под воздействием избыточного давления жидкости, закачиваемой в пласт.

Основным недостатком технологии гидроразрыва для оживления имеющейся сети природных трещин и создания новых является снижение газопроницаемости массива после снятия давления жидкости и смыкания трещин под воздействием сил горного давления после откачки из них жидкости гидроразрыва. Смыкание трещин приводит и к уменьшению площадей обнажения, через которые в основном и происходит газовыделение в каналы фильтрации, соединяющиеся с добычной скважиной.

Наиболее эффективно дегазация происходит после подработки угольного пласта, в результате чего происходит нарушение сплошности угольного пласта с образованием сети искусственной трещиноватости и больших площадей обнажения газоносных пород и угля. Такой способ дегазации широко применяется в практике, однако, в ряде случаев он не применим из-за невозможности или нецелесообразности ведения подземных горных работ.

Цель изобретения - повышение эффективности способа дегазации угольных пластов за счет интенсификации газоотдачи горного массива и увеличения объема добываемого газа из угольных месторождений, которые в дальнейшем не будут отрабатываться с целью добычи угля, а также и месторождений, на которых предполагается ведение горных работ.

Цель достигается тем, что в способе дегазации угольных пластов, включающем вскрытие дегазируемых участков угольного пласта скважинами, формирование в районе скважин искусственной трещиноватости с повышением проницаемости пласта и дегазацию угольного пласта, формирование искусственной трещиноватости осуществляют путем гидравлического размыва части угольного пласта с выдачей угольной пульпы на поверхность и образованием локальных полостей, обеспечивающих обрушение части угольного массива в выработанное пространство полостей и образование зоны трещиноватости за границей полости, в процессе формирования полостей осуществляют частичную закладку выработанного пространства фильтрующим материалом, расстояния между скважинами устанавливают из условия перекрытия границ зон трещиноватости от смежных полостей, направление размыва полостей устанавливают в направлении простирания пласта, а извлекаемый объем угольного пласта устанавливают из условия исключения выхода границы зоны трещиноватости в покрывающие породы, имеющие коллекторскую связь с воздушным бассейном.

Реализация предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема формирования искусственной трещиноватости углепородного массива для его дегазации через скважины с поверхности (вертикальный разрез); на фиг.2 - порядок формирования локальных полостей (разрез по А-А).

С поверхности месторождения бурят скважины 1 и вскрывают угольный пласт 2. При горизонтальном залегании угольного пласта 2 скважину 1 бурят до почвы пласта; в случае наклонных и крутых пластов глубина бурения устанавливается по условию подработки высокогазоносных и низкопроницаемых участков угольного пласта. В скважине 1 монтируют гидродобычной агрегат, содержащий в нижней части гидромонитор и выдачное устройство, например гидроэлеватор, и осуществляют размыв угольного пласта с выдачей угольной пульпы на поверхность. В результате размыва и выдачи угля на поверхность в массиве формируют полость 3. Горизонтальный размер R полости 3 устанавливают из условия максимальной размывающей способности струи гидромонитора. Это условие выполняется в полной мере, если направление размыва задают по простиранию пласта. Для сохранения необходимой устойчивости обнажения кровли полость формируют последовательным размывом лучевых врубов 4 с оставлением между ними временных целиков 5. В процессе размыва и формирования полости 3 осуществляют ее частичную закладку фильтрующим материалом 6, например крупнозернистым кварцевым песком. На заключительном этапе формирования полости 3 размывают временные целики 5 и производят управляемое обрушение вышележащего массива над сформированной полостью 3. В процессе обрушения массива в полость 3 происходит разуплотнение обрушенного угля и покрывающих пород 7 с образованием зоны трещиноватости 8. Боковые границы 9 зоны трещиноватости 8, распространяясь в стороны от полости 3, принимают пространственное положение в соответствии с закономерностью образования углов сдвижения α и β угольного пласта 2 и покрывающих пород 7. Местоположение горизонтальной границы 10 зоны трещиноватости 8 в покрывающих породах 7 определяется вынимаемой мощностью угля из полости 3 (см. Слесарев В. Д. Управление горным давлением при разработке угольных пластов Донецкого бассейна. Углетехиздат, 1952 г.) и может быть рассчитано по формуле

где H - мощность покрывающих пород, где произойдет подбучивание вышележащего массива, м;
h - вынимаемая часть мощности угольного пласта, м;
m - мощность угольного пласта, м;
K_р.у - коэффициент разрыхления угля, доли единиц;
K_р.п - коэффициент разрыхления покрывающих пород, доли единиц;
Образование зон трещиноватостей 8 вокруг локальных полостей 3 повышает газопроницаемость и коллекторские свойства угольного пласта 2. Для достижения цели изобретения, т.е. повышения эффективности дегазации за счет интенсификации газоотдачи и увеличения объема добываемого газа расстояние между скважинами 1 устанавливают не большим, чем двойное расстояние распространения в горизонтальном направлении границы 9 зоны трещиноватости 8 от скважины 1. В этом случае обеспечивается перекрытие зон трещиноватости 8 от смежных скважин и таким образом создается единая коллекторская система между крайними скважинами.

В ряде случаев покрывающие породы 7 обладают низкой проницаемостью и тем самым, являясь природным изолятором, предотвращают утечки газа из угольного пласта 2 и способствуют аккумуляции его в границах почвы и кровли. Нарушение целостности покрывающих пород 7 за счет их обрушения в свободное пространство полости 3 и образования системы трещин может привести к связи газоносного горизонта с воздушным бассейном по каналам фильтрации, образованным в результате извлечения необоснованно большой вынимаемой части мощности угольного пласта 2. Это приведет не только к потерям газа на отрабатываемых площадях за счет его естественной утечки по вновь образованным каналам в покрывающем массиве 7, но и снизит качество извлекаемого газа из-за подсоса воздуха в процессе промышленной добычи.

Для предотвращения этого вынимаемую часть мощности угольного пласта устанавливают такой, чтобы горизонтальная граница 10 зоны трещиноватости 8 не достигала границы 11 в покрывающих породах, за которой расположены покрывающие породы, имеющие коллекторскую связь с воздушным бассейном. Осуществление закладки фильтрующим материалом части выработанного пространства полостей 3 осуществляют как в процессе формирования полостей 3, так и в процессе обрушения вышележащей части угольного пласта 2 и прилегающих к кровле покрывающих пород 7. Выполнение этой операции гарантирует длительное сохранение части каналов фильтрации, которые образуются в процессе хаотического обрушения прилегающего к полости 3 горного массива 7. Заполненная фильтрующим материалом часть нарушенного горного массива предотвращает смыкание обрушенного массива и тем самым сохраняет каналы фильтрации движения газа к забойной части откачной скважины и одновременно является накопителем газа в период подготовительных работ к дегазации угольного пласта.

Применение данного способа для дегазации угольных пластов значительно повысит эффективность извлечения газа на газоносных месторождениях за счет увеличения проницаемости массива и длительного сохранения каналов фильтрации с одновременным повышением газоотдачи обработанного угольного массива.

Способ включает вскрытие дегазируемых участков угольных пластов скважинами, создание искусственной трещиноватости путем размыва угольного пласта, образование локальных полостей и обрушение части угольного массива в выработанное пространство. Для сохранения каналов фильтрации осуществляют частичную закладку полости фильтрующим материалом. Расстояние между скважинами устанавливают из условия перекрытия зон трещиноватости, размыв угольного пласта осуществляют в направлении простирания пласта, а вынимаемую мощность устанавливают из условия исключения выхода зоны трещиноватости в покрывающие породы, имеющие коллекторскую связь с воздушным бассейном. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа, дегазации угольных пластов за счет интенсификации процесса газоотдачи горного массива и увеличения объема добываемого газа. из угольных месторождений. 2 ил.

Способ дегазации угольных пластов, включающий вскрытие дегазируемых участков угольного пласта скважинами, формирование в районе скважин искусственной трещиноватости с повышением проницаемости пласта и дегазацию угольного пласта, отличающийся тем, что формирование искусственной трещиноватости осуществляют путем гидравлического размыва части угольного пласта с выдачей угольной пульпы на поверхность и образованием локальных полостей, обеспечивающих обрушение части угольного массива в выработанное пространство полостей и образование зоны трещиноватости за границей полости, в процессе формирования полостей осуществляют частичную закладку выработанного пространства фильтрующим материалом, расстояния между скважинами устанавливают из условия перекрытия границ зон трещиноватости от смежных полостей, направление размыва полостей устанавливают в направлении простирания пласта, а извлекаемый объем угольного пласта устанавливают из условия исключения выхода границы зоны трещиноватости в покрывающие породы, имеющие коллекторскую связь с воздушным бассейном.