СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ НЕРАЗГРУЖЕННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 2012 года по МПК E21F7/00 

Способ относится к горному делу и может быть использован при дегазации неразгруженных угольных пластов месторождений, которые могут быть отработаны в дальнейшем традиционными способами, месторождений, которые являются источником метана, с целью его каптирования и дальнейшего потребления, прежде всего в химической промышленности для получения традиционных материалов и веществ, а также наноматериалов, рыночная потребность в которых резко возрастает.

Известен способ дегазации угольных пластов, который включает вскрытие 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, И., 1966, стр.7-13).

В 1963 году в шахтоуправлении «Краснодонецкое» комбината «Ростовуголь», разрабатывающем высокогазоносный пласт M₈ ¹ мощностью 0,95-1,65 м с относительной газообильностью 106,5 м³/т.с.д. с двумя высокогазоносными спутниками M₉ ^0,3 мощностью 0,45-0,58 м на расстоянии 47-50 м от рабочего пласта при бурении двух разведочных скважин по рабочему пласту на воду, скопившуюся в горных выработках, было замечено обильное газовыделение из них: одна из скважин была направлена по восстанию пласта, а вторая - близко к простиранию. Особенно интенсивно газ выделялся из последней скважины, расположенной поперек кливажным трещинам пласта.

Чтобы исследовать возможности применения замеченного явления для дегазации рабочего пласта и использовать его на практике из разрезных печей подготавливаемых лав было пробурено по простиранию 4-8 скважин глубиной до 100 м с расстоянием между ними 15-20 м, и во избежание затопления скважин водой при бурении и предотвращения закачивания воды в пласт направление их составляло с подъемом к линии простирания пласта не менее 2-3°.

Для контроля интенсивности газоотдачи из опережающих штреков №317, 318 действующего горизонта были пробурены две скважины по восстанию пласта, вдоль кливажных трещин (рис.1).

Количество выделяемого газа из скважин в том и другом случаях определялось при свободном истечении газосчетчиком ГКФ.

Анализ работы скважины показал, что из скважин, пробуренных по простиранию, поперек кливажным трещинам пласта, газа выделяется в десятки раз больше, чем из скважин, пробуренных по восстанию, вдоль кливажных трещин.

Следует отметить, что последние в зоне повышенного опорного горного давления при обработке лав начинают снова отдавать газ, но их дебит возрастает незначительно и практического значения не имеет.

Дегазация опытных участков с лавами проводилась в течение года, пока из скважин не прекращалось поступление метана.

Обработка данных результатов работы скважин за период выделения из них метана и вентиляционных рапортов при эксплуатации лав в зоне дегазации и после показывает, что абсолютная газообильность рабочего пласта уменьшилась на 44-50%. Снижение абсолютного газовыделения позволило увеличить нагрузку на лавы, улучшить технико-экономические показатели и обеспечить безопасные условия работ.

Руководствуясь достигнутым положительным опытом, в шахтоуправлении «Краснодонецкое» была принята схема бурения скважин для дегазации рабочего пласта (см. рис.2) и рекомендовано применять ее на других газообильных шахтах. См. статью М.В.Попова, главного инженера шахтоуправления «Краснодонецкое», В.К.Болдырева, участкового горнотехнического инспектора, Н.И.Одинцова, начальника вентиляции, Б.М.Дрюкова, начальника дегазации, А.И.Белова, главного экономиста, «Дегазация разрабатываемого пласта», Жур. «Безопасность труда в промышленности», №4, 1969.

В тот период времени у профессиональных специалистов горного дела господствовала большая ответственность и добросовестность, в сочетании с полной отдачей энергии и времени творческому труду. Так что в достоверности полученных результатов дегазации неразгруженного пласта сомневаться ни в коем случае нельзя.

К сожалению, буровые станки шестидесятых годов прошлого века не обладали производительным и направленным бурением, были громоздкими, при забуривании штанги упирались то в кровлю, то в почву пласта, направить их по пласту угля приходилось со второго или третьего раза, при этом скважину пробурить удавалось на длину не более 100 м. Мощность пласта 1,5 м в разрезных печах не позволяла разместить буровой станок, для этого требовалось делать камеры в местах его установки. Разрезные печи для целей дегазации необходимо было проходить лавами через каждые 200 м, вместе с построенными в них камерами через каждые 15-20 м, что составляло определенные трудности. В связи с этим дальнейшее развитие дегазации неразгруженного пласта было приостановлено.

Прошло время, и на смену старой технике пришла новая техника для бурения скважин для дегазации неразгруженных пластов. Способ дегазации неразгруженных пластов, таких как в шахтоуправлении «Краснодонецкое», должен быть переосмыслен и пересмотрен с новыми параметрами, которые позволили бы снизить абсолютное газовыделение не менее чем на 70-80%.

К сожалению, шахтоуправление «Краснодонецкое» ликвидировано, так что остается дегазировать его высокогазоносный рабочий пласт и его такие же газоносные спутники с поверхности с другими намерениями и замыслами.

Известны способы дегазации угольных пластов с целью придания им помимо наличия естественной трещиноватости еще дополнительно искусственной трещиноватости массива. Создание искусственной трещиноватости в большинстве случаев осуществляется с применением технологии гидроразрыва пласта, в результате чего предполагается, что происходит раскрытие имеющихся трещин и образование новых под воздействием избыточного давления жидкости, закачиваемой в пласт.

Основным недостатком технологии гидроразрыва для оживления имеющейся сети природных трещин и создания новых считалось снижение газопроницаемости массива после снятия давления жидкости и под влиянием горного давления смыкания трещин после откачки из них жидкости гидроразрыва, что приводило к уменьшению площадей обнажения, через которые, в основном, и происходило газовыделение в каналы фильтрации, соединяющие с добычной скважиной, а также трудностям при эксплуатации в связи с нарушением целостности горного массива.

По-видимому это весьма упрощенное понятие, что касается снижения эффективности газовыделения метана при гидроразрыве и после всех видов нагнетания воды в пласт.

«Южгеологией» при анализе товарных углей в г.Шахты установлено, что они содержат элементы, такие как Ca, Fe, Pb, Co, Ni, Sr, Be, No, V, Mn, Zn, Al, Si, Ti, Cu, Cr, Zr, Sn, Ge, Ca, Sc, Y, Yb, Ba, Ra, Th, Mq, Li, Nb, Aq, P, Hq, As, Sb, Se, и соединения с ними.

Известно из химии, что многие из этих элементов, их окислы и другие вещества, способны образовывать при контакте с водой более сложные молекулы, увеличиваясь в объемах, нередко в виде кристаллов. Они, расширяясь, заполняют в пласте трещины, микротрещины и нанотрещины в массиве угля, препятствуя фильтрации метана, который является устойчивым гамогеном к соединениям с другими элементами и веществами в обычных условиях.

Многие газоносные марки углей содержат аналогичные элементы и соединения с ними, отличаясь разве что количеством и их насыщенностью.

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 на практике, однако в ряде случаев он не применим из-за невозможности или нецелесообразности ведения подземных работ.

Цель изобретения - повышение эффективности способа дегазации неразгруженных угольных пластов за счет максимального использования природной трещиноватости с наибольшей отдачей метана 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 неразгруженных угольных пластов, включающем вскрытие дегазируемых участков угольного пласта скважинами, они должны располагаться так, чтобы вскрывали наибольшее количество природных трещин, как по своей длине, так и при прохождении по мощности пласта, причем как при бурении, так и при эксплуатации не должно быть избыточного давления воды в скважинах с целью недопущения проникновения воды в пласт и вместе с нею образования молекул из элементов, их окислов и других соединений, что приведет к их увеличению, кристаллизации и заполнению трещин, микротрещин и нанотрещин в массиве, препятствуя миграции метана в скважины, которые должны быть подключены к вакуумным станциям.

Реализация предлагаемого способа дегазации неразгруженного угольного пласта поясняется на примере Краснодонецкой синклинали, рис.3, где 1 - скважина, пробуренная вертикально с поверхности с дальнейшим выположением по-над почвой пласта m₈ ¹ во избежание избыточного давления воды в ней, предварительно пересекаясь с пульпоспускной скважиной 3, и далее по направлению бурится по пласту m₈ ¹, пересекая наибольшее количество поперечных трещин, как по длине скважины, так и по мощности пласта, на длину, заданную проектом, тем более что протяженность синклинали 30 км позволяет это сделать.

Пульпа со скважины 1, пройденной по пласту угля с утлом подъема не менее 2-3°, самотеком без избыточного давления из нее вытекает и далее по скважине 3, пройденной по почве падения пласта m₈ ¹, затем насосом 9 по скважине 4 выдается на поверхность. Скважина 1, по которой поступает метан, подключена к вакуумной станции 5 и далее потребителю. В нижней части скважины 3 постоянно находится пробка из пульпы 10, которая во избежание утечки метана через скважину 4 никогда полностью не откачивается. Последующие скважины 2 и т.д. пробуриваются по той же схеме, что и скважина 1 с поверхности и далее по пласту m₈ ¹, и подключаются к вакуумной станции 5.

Дегазация высокогазоносных спутников рабочего пласта M₉ ^0,3 и M₉ ³-7 производится по такой же схеме, как и скважины №1 и 2.

Способ относится к горному делу и может быть применен при дегазации неразгруженных угольных пластов. Способ включает вскрытие дегазируемых участков неразгруженных угольных пластов путем бурения скважин. При этом пробуренные скважины должны максимально пересекать количество макротрещин, микротрещин и нанотрещин. Давление воды не должно быть избыточным в скважинах, чтобы предотвратить ее проникновение в пласт. Так как измельченные частицы угля и содержащиеся в нем элементы, окислы, вещества при соединении с водой изменяют свои свойства и становятся в своей совокупности вязкими в сочетании с образованием сложных молекул и увеличением их объемов в результате физического и химического взаимодействия с другими веществами, перекрывают почти все виды трещин в угле, препятствуя свободному выходу метана в пробуренные скважины. Для этого пульпа, образовавшаяся в процессе бурения, отводится самотеком под углом 2-3° и далее, по другой скважине, начиная с места их пересечения по углю, с последующей независимой выдачей на поверхность, с сохранением пульпы в нижней части скважины в целях прекращения подсоса. Действующая скважина подключена к вакуумной станции до полного прекращения выхода из нее метана. Технический результат заключается в повышении эффективности способа дегазации неразгруженных угольных пластов из пробуренных в них скважин, как в подземных условиях, так и с поверхности. 3 ил.

Способ дегазации неразгруженных угольных пластов, включающий вскрытие дегазируемых участков угольного пласта скважинами при всех видах нагнетания воды в пласты с последующим выделением из них метана, отличающийся тем, что в основе дегазации неразгруженных пластов пробуренные по пласту скважины должны максимально пересекать количество природных макротрещин, микротрещин и нанотрещин как по всей своей длине, так и по мощности пласта во избежание избыточного давления воды в пласт и образования сложных с увеличением их объемов новых молекул содержащимися в угле элементами, их окислами и другими веществами как физическим, так и химическим взаимодействием с их кристаллизацией и заполнением ими макротрещин, микротрещин, нанотрещин и неизбежным прекращением фильтрации метана в скважины, давление воды в скважинах во избежание ее попадания в пласт не должно быть избыточным, что достигается отводом образовавшейся из нее в процессе бурения пульпы самотеком под углом не менее 2-3° и далее по другой скважине, начиная с места их пересечения по углю, с последующей независимой выдачей на поверхность, с сохранением пульпы в нижней ее части в целях прекращения подсоса действующая скважина подключена к вакуумной станции до полного прекращения выхода из нее метана.