СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УГОЛЬНОГО ПЛАСТА Российский патент 1999 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с газом и газодинамическими явлениями в шахтах.

Известен способ предварительной дегазации не разгруженных угольных пластов при проведении выработок, включающий определение расстояний между скважинами, бурение восстающих (горизонтальных) и нисходящих скважин за контур будущих выработок, подсоединение скважин к вакуумнасосу и производство дегазации пласта [1].

Недостатком данного способа является малая производительность (расход) дегазационных скважин, неоптимальная их длина и число, поскольку скважины бурятся на равных расстояниях между ними по длине выемочного столба без учета естественной нарушенности угольного пласта.

Известен также способ дегазации неразгруженного угольного пласта в период проведения выработки, включающий бурение барьерных скважин длиной 100-150 м параллельно или под углом к оси выработки, подсоединение их к вакуумнасосу и производство дегазации пласта [2].

Недостатком данного способа является также малый расход, неоптимальное число, длина и равномерность распределения дегазационных скважин, ввиду не учета мест расположения естественных зон повышенной трещиноватости в угольном пласте по длине выработок, оконтуривающих выемочный столб.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ дегазации разрабатываемого угольного пласта, включающий выбор выемочного блока и выемочного столба в блоке, проходку оконтуривающих выемочный столб подготовительных выработок, бурение скважин по неравномерной сетке, их герметизацию и подключение скважин к устройству отсоса газа [3].

Недостатком данного метода является то, что неравномерная сетка расположения скважин определяется неравенством скоростей подвигания очистного забоя и движения фронта дегазационного бурения, а также разными сроками функционирования скважин и не учитывает наличие в пласте зон повышенной трещиноватости (ЗПТ), которые определяют повышение газообильности выработок и возникновение динамических газопроявлений.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Изобретением поставлена задача повышения безопасности труда горняков и улучшения технико-экономических показателей работы шахт за счет снижения газообильности выработок и повышения производительности пластовых дегазационных скважин, извлекающих метан для промышленного использования.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат: повышение расхода газа скважин из ЗПТ угольного пласта, снижение газообильности выработок и повышение экономичности способа дегазации за счет бурения направленных скважин в зоны повышенной трещиноватости и газоотдачи угольного пласта.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе в газоносном пласте угля выбирают выемочный блок и выемочный столб в блоке, проходят оконтуривающие выемочный столб подготовительные выработки одновременно или последовательно; бурят скважины, герметизируют их и подключают к устройству отсоса газа с возможностью изменения вакуума, дополнительно выбирают по периметру блока смежные выработки с выемочным столбом, производят разметку вдоль длины окунтуривающих выработок геодезических пикетов с шагом, обеспечивающим необходимую глубину контроля трещиноватости массива, определяют ориентацию преобладающей системы трещиноватости, наличие ЗПТ в массиве пласта методом радиоволонового зондирования и при наличии зон в выемочном столбе замеряют протяженность выемочного столба, ширину и число зон трещиноватости в пределах столба, расстояния между зонами и до выработки, замеряют углы ориентации зон относительно осей оконтуривающих выработок в плоскости пласта, определяют радиус влияния скважин, устраивают ниши в контурных выработках, учитывают порядок отработки столбов, направление ЗПТ в пласте и с учетом этого бурят основные барьерные и столбовые скважины одиночные или групповые, восходящие или нисходящие, параллельные или не параллельные, однотипные или сочетающиеся в установленные ЗПТ по длине всего столба или его части, подвигают забой выработки подготовительной или очистной, замеряют расстояния между скважинами и забоем при определении расхода газа скважин, пробуренных в ЗПТ и вне зон, замеряют газообильность выработок подготовительных и очистных фактическую без дегазации и с дегазацией ЗПТ в пласте основными барьерными и столбовыми скважинами, определяют допустимую газообильность по фактору вентиляции без дегазации, сравнивают фактические и допустимые значения газообильности, определяют относительный коэффициент эффективности дегазации и поддерживаю его на требуемом уровне путем регулирования вакуума, изменения расстояний между скважинами, длины и числа основных и дополнительных контурных и столбовых скважин, пробуренных в пласт с учетом ЗПТ и направлении преобладающей трещиноватости в угольном пласте.

Таким образом, существенными отличительными признаками предложенного способа являются: повышение расхода газа, удаляемого из ЗПТ угольного пласта, и оптимизация длины и числа скважин, пробуренных в ЗПТ и между ними по угольному пласту, для поддержания относительного коэффициента эффективности дегазации на требуемом уровне.

При дополнительном выборе по периметру блока смежных выработок учитывают расположение ЗПТ в пласте, порядок отработки столбов и бурят барьерные и столбовые скважины в установленные ЗПТ и между ними по длине столба. При этом величина расхода газа, удаляемого из пласта, определяется оптимальной длиной и числом скважин, пробуренных в ЗПТ и между ними по угольному пласту. Это обеспечивает повышение расхода газа и требуемую величину относительного коэффициента эффективности дегазации для обеспечения безопасных условий ведения горных работ.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источником информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными или идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты показали, что заявленное изобретение не вытекает явно из известного уровня техники.

На фиг. 1 приведена схема дегазации разрабатываемого угольного пласта, а на фиг. 2 - разрез угольного пласта по П-П.

На шахтном поле 1, в выемочном блоке 2 пласта выбирают для подготовки и отработки выемочный столб 3; выбирают по периметру блока смежные выработки 4, граничащие с контурными выработками 5 по падению и простиранию выемочного столба; размечают вдоль всей длины смежных выработок геофизические пикеты 8 с шагом 7, обеспечивающим необходимую глубину естественной трищиноватости угольного пласта; измеряют методом радиоволнового зондирования (РВЗ) горных пород степень нарушенности угольного пласта; определяют ориентацию преобладающей системы трещиноватости в пласте; определяют наличие и количество зон повышенной естественной трещиноватости (ЗПТ) в пределах выемочного столба и при наличии ЗПТ; замеряют протяженность выемочного столба по простиранию и падению, ширину 8 ЗПТ в пределах столба; определяют углы 9 и 10 ориентации границ ЗПТ относительно осей оконтуривающих выработок в плоскости пласта; наносят полученную информацию на план горных работ; выбирают места расположения ниш 11 в контурных выработках не ближе 10 м до ближайшей к ней границы ЗПТ; учитывают порядок отработки столбов в блоке восходящий и нисходящий, а также расположение смежных выработок; проходят оконтуривающие выемочный столб контурные выработки одновременно или последовательно - в сторону ЗПТ; определяют радиус влияния скважин; устраивают ниши, бурят из ниш по ЗПТ барьерные основные скважины: одиночные 12 или групповые 13, восстающие 14 или нисходящие 15, параллельные 16 или не параллельные 17 - однотипные или сочетающиеся, длиной более 10 м ширины ЗПТ; подключают скважины к устройству отсоса газа 18 с возможностью изменения вакуума и производят дегазацию первой ЗПТ 19 в разрабатываемом угольном пласте; замеряют газообильность подготовительных выработок, примыкающих к первой ЗПТ, фактическую J_ф без дегазации, с дегазацией I_дег, допустимую газообильность выработок, примыкающих к угольному пласту, по фактору вентиляции без дегазации I_доп, сравнивают значения I_ф, I_доп и определяют отношение величины метанообильности, которая может быть удалена дегазацией ΔI_дег, к метанообильности ΔI, которую необходимо удалить из проходимой подготовительной выработки (относительный коэффициент эффективности дегазации)

В случае ΔI_дег< ΔI добиваются выполнения условия ΔI_дег> ΔI путем увеличения вакуума скважин и бурения дополнительных промежуточных контурных скважин по длине столба вне пределов ЗПТ;
В случае ΔI_дег> ΔI добиваются выполнения условия ΔI_дег≥ ΔI путем уменьшения вакуума или сокращения длины и числа основных контурных скважин для получения требуемого относительного коэффициента эффективности дегазации подготовительной выработки; после прохождения первой ЗПТ контурными выработками производят радиоволновое зондирование угольного пласта вновь пройденных участков контурных выработок и уточняют направление и размеры первой ЗПТ; учитывают порядок отработки столбов в блоке; устраивают ниши 20 в ЗПТ; бурят из ниш контурных выработок пласта вдоль ЗПТ в действующий столб угля основные столбовые скважины: одиночные 21 или групповые 22, восстающие 23 или нисходящие 24, параллельные 25 или непараллельные 26, однотипные или сочетающиеся по длине столба, блока всего или его части; подключают к устройству отсоса газа основные столбовые скважины: производят дегазацию первой ЗПТ основными столбовыми скважинами; замеряют газообильность подготовительной выработки, примыкающей к вскрытой ЗПТ, фактическую без дегазации, допустимую по фактору вентиляции без дегазации, повторяют последующие операции и добиваются выполнения условий соотношения газообильности подготовительной выработки со вскрытой ЗПТ путем изменения вакуума, длины и числа основных контурных и столбовых скважин и бурения промежуточных контурных 27 скважин, проходят оконтуривающие выемочный столб выработки в сторону следующих ЗПТ и повторяют последующие операции, после оконтуривания выемочного столба подвигают очистной забой лавы 28 в сторону ЗПТ; отключают скважины, вскрываемые забоем лавы на всю их длину; замеряют газообильность очистной при подходе и проходе лавой ЗПТ фактическую без дегазации, с дегазацией, допустимую газообильность очистной выработки по газу, выделяемому из пласта, по фактору вентиляции, определяют относительный коэффициент эффективности дегазации очистной выработки и добиваются выполнения условий соотношения газообильностей очистной выработки путем изменения вакуума, длины и числа основных столбовых и бурения промежуточных столбовых 29 скважин.

Таким образом существенными отличительными признаками предлагаемого способа являются: повышение расхода газа пластовых дегазационных скважин, оптимизация их длины и числа в пласте и снижение газообильности выработок.

Докажем существенность первого отличительного признака. Опыт работы шахт показывает, что угольные пласты имеют зоны повышенной трещиноватости и газоотдач, при пересечении которых горными выработками возникают различные виды газодинамических проявлений, но в известных способах это не учитывается.

Достоверность первого отличительного признака предлагаемого способа заключается в оптимизации длины и числа ограждающих и столбовых скважин, пробуренных в ЗПТ и вне ЗПТ по пласту, для снижения газообильности подготовительных выработок.

Замеры показали, что оптимизация длины и числа дегазационных ограждающих скважин, пробуренных в ЗПТ и вне ЗПТ по угольному пласту, позволяет получать требуемый расход газа и допустимую газообильность подготовительных выработок при их проходке - табл. 1 (табл. 1 и 2 см. в конце описания) (столб лавы N 1830 пл. Толмачевского ш. "Комсомолец").

Из табл. 1 видно, что бурение второй ограждающей пластовой скважины длиной 80 м в ЗПТ с противоположного борта выработки позволяет увеличить общий расход газа в 2 раза, а бурение промежуточной пластовой ограждающей скважины длиной 70 м, располагаемой вне ЗПТ, позволяет увеличить общий расход газа на 42% - по сравнению с пластовой ограждающей основной скважиной, пробуренной в ЗПТ.

Бурение двух ограждающих основных и одной промежуточной ограждающей скважины в ЗПТ пласта позволило получить величину относительного коэффициента эффективности дегазации угольного пласта при проходке выработки, равную , и обеспечить нормальную работу по проходке выработки.

Таким образом, можно считать доказанным первый существенный отличительный признак предлагаемого способа.

Замеры показали также, что оптимизация длины и числа основных и промежуточных столбовых дегазационных скважин, пробуренных в ЗПТ и вне ЗПТ выемочного столба, позволяет получить требуемый расход газа скважин и допустимую газообильность выработки по газу, выделяющемуся из пласта при ведении добычных работ - табл. 2 (те же условия).

Из табл. 2 видно, что увеличение числа пробуренных в ЗПТ пластовых основных столбовых скважин с 6 до 16 и одной промежуточной столбовой скважины позволило увеличить расход отсасываемого из угольного пласта газа с 1 м³/мин до 3,42 м³/мин и получить величину относительного коэффициента эффективности дегазации угольного пласта при добыче угля в лаве, равную , и обеспечить нормальную работу лавы.

Из табл. 1 видно, что бурение одной пластовой промежуточной столбовой скважины вне ЗПТ позволяет получить дополнительный расход газа, хотя и меньший в 1,4 раза по сравнению с расходом газа скважины, пробуренной в ЗПТ.

Приведенные данные в табл. 1,2 показывают, что оптимизация длины скважин и их числа, пробуренных в угольный пласт в предлагаемом способе, достигается за счет: во-первых, изменения длины и числа основных пластовых скважин, пробуренных по угольному пласту в ЗПТ, и во-вторых путем изменения длины и числа промежуточных пластовых скважин, пробуренных по пласту между зонами. Изменяя длину и число скважин, пробуренных в ЗПТ и вне ЗПТ, в соответствии с величиной газообильности, удается повысить расход отсасываемого газа и получить требуемый уровень газообильности выработок. Таким образом, можно считать доказанным и второй существенный отличительный признак предлагаемого способа.

Достоинством предложенного способа является простота и экономичность в реализации за счет несложного процесса выявления естественных ЗПТ, направления преобладающей трещиноватости в угольном пласте и бурения скважин в ЗПТ, с учетом направления трещиноватости пласта для предотвращения газопроявлений, повышения расхода газа, оптимизации длины, числа скважин, получения экономического эффекта и повышения безопасности ведения горных работ.

В качестве объекта исполнения изобретения был выбран выемочный блок, включающий выемочные столбы лав N 1829, 1830 и 1831 пл. Толмачевского ш. "Комсомолец" АООТ "Ленинскуголь", выбран для подготовки и отработки выемочный столб лавы N 1830, выбраны по периметру блока смежные выработки: столба лавы N 1829, уклона; размечены вдоль всей длины смежных выработок геофизические пикеты с шагом 5 м; измерена с помощью метода РВЗ степень нарушенности угольного пласта и ориентация преобладающей системы трещиноватости; определено наличие двух ЗПТ в пределах столба; измерена протяженность выемочного столба по простиранию - 1730 м, по падению - 175 м и ширина ЗПТ в пределах столба соответственно равная 60 и 70 м от уклона к лаве; определены углы ориентации границ начала конца ЗПТ к нижней выработке столба соответственно у первой и второй ЗПТ 56-50^o, 44-47^o; нанесена полученная информация на план горных работ; выбраны места расположения ниш в контурных выработках столба 1830 не ближе 10 м до ближайшей к ней границы ЗПТ; учтен нисходящий порядок отработки столбов и наличие смежных выработок; пройдены оконтуривающие выемочные столб лавы N 1830 контурные выработки последовательно-вначале верхняя, а затем нижняя в сторону ЗПТ; определен радиус влияния скважины; устроены ниши и пробурены из них по две ограждающие основные скважины длиной 70, 80 м по первой и второй ЗПТ; пробурена промежуточная ограждающая скважина между ЗПТ; подключены ограждающие скважины к вакуумнасосу ВВН-50 и произведена дегазацию первой ЗПТ; замерена газообильность подготовительных выработок; произведено радиоволновое зондирование вновь пройденного участка выработки, уточнено направление и размеры первой ЗПТ; пробурены из ниш контурной выработки ЗПТ по пласту восстающие основные столбовые скважины на всю высоту столба и подключены к вакуумнасосу ВВН-50; пройдены далее оконтуривающие выработки по вскрытию второй ЗПТ и повторены последующие операции; замерена фактическая и допустимая газообильность подготовительных выработок; определена величина относительного коэффициента эффективности дегазации подготовительной выработки и допустимая величина абсолютной газообильности подготовительной выработки (табл. 1); подвигался очистной забой лавы N 1830 в сторону ЗПТ; отключались скважины, вскрываемые на всю их длину забоем лавы; замерялась фактическая и допустимая газообильность очистной выработки; определена величина относительного коэффициента эффективности дегазации очистной выработки и достигнутая величина абсолютной газообильности очистной выработки (табл. 2) обеспечивающая требуемые условия ведения работ.

Источники информации
1. Руководство по дегазации угольных шахт. М.: Типогр. МУП СССР, 1990, с. 8 - 11.

2. То же, с. 9 - 13.

3. Руководство по дегазации угольных шахт. М.: Недра, 1975, с. 22 - 29.

Изобретение предназначено для борьбы с газом, газодинамическими явлениями. Задачей изобретения является повышение безопасности труда горняков, а также улучшение технико-экономических показателей работы шахт. Для этого в газоносном пласте угля выбирают выемочный блок и выемочный столб в блоке. Проходят оконтуривающие выемочный столб подготовительные выработки. Бурят скважины, герметизируют их и подключают к устройству отсоса газа. Дополнительно выбирают смежные выработки, производят разметку вдоль их длины геофизических пикетов. Определяют наличие зон повышенной трещиноватости (ЗПТ) в пласте. Устраивают ниши в контурных выработках, бурят скважины в ЗПТ. Замеряют газообильность выработок. Определяют коэффициент эффективности дегазации и поддерживают его на требуемом уровне за счет изменения вакуума, расстояний между скважинами, длины и числа скважин пробуренных в пласт с учетом ЗПТ и направления преобладающей трещиноватости в угольном пласте. 2 ил., 2 табл.

Способ дегазации разрабатываемого угольного пласта, включающий выбор выемочного блока и выемочного столба в блоке, проходку оконтуривающих выемочный столб подготовительных выработок, бурение скважин, их герметизацию и подключение скважин к устройству отсоса газа с возможностью изменения вакуума, отличающийся тем, что выбирают по периметру блока смежные выработки с выемочным столбом, производят разметку вдоль длины оконтуривающих выработок геофизических пикетов с шагом, обеспечивающим необходимую глубину контроля трещиноватости массива, определяют ориентацию преобладающей системы трещиноватости, наличие зон повышенной естественной трещиноватости (ЗПТ) в массиве методом радиоволнового зондирования и при наличии зон в выемочном столбе замеряют протяженность выемочного столба, ширину и число зон трещиноватости в пределах столба, расстояния между зонами и до выработки, замеряют углы ориентации зон относительно осей оконтуривающих выработок в плоскости пласта, определяют радиус влияния скважин, устраивают ниши в контурных выработках, учитывают порядок отработки столбов, направление ЗПТ в пласте и с учетом этого бурят основные барьерные и столбовые скважины одиночные или групповые, восходящие или нисходящие, параллельные или непараллельные, однотипные или сочетающиеся в установленные ЗПТ по длине всего столба или его части, подвигают забой выработки подготовительной или очистной, замеряют расстояния между скважинами и забоем при определении расхода газа скважин, пробуренных в ЗПТ и вне зон, замеряют газообильность выработок подготовительных и очистных фактическую без дегазации и с дегазацией ЗПТ основными барьерными и столбовыми основными скважинами, определяют допустимую газообильность по фактору вентиляции без дегазации, сравнивают фактические и допустимые значения газообильности, определяют относительный коэффициент эффективности дегазации и поддерживают его на требуемом уровне путем регулирования величины вакуума, изменения расстояний между скважинами, длины и числа основных и дополнительных контурных и столбовых скважин пробуренных в пласт с учетом ЗПТ и направления преобладающей трещиноватости в угольном пласте.