СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА Российский патент 2014 года по МПК E21F7/00 

Описание патента на изобретение RU2534881C1

Изобретение относится к горной промышленности и может использоваться для предварительной дегазации разрабатываемых угольных пластов.

Известен способ дегазации разрабатываемого угольного пласта, заключающийся в бурении скважин в угольном пласте на расстоянии 10…20 м друг от друга с некоторым опережением относительно очистных работ, подключении скважин к вакуум-насосу и непрерывной работе в течение 6…8 месяцев (Бурчаков А.С., Мустель П.И., Ушаков К.З. Рудничная аэрология. - М. - Недра. - 1971. - С.42).

Недостатки этого способа заключаются в следующем:

1. Низкая эффективность дегазации разрабатываемого угольного пласта.

2. Большое количество дегазационных скважин.

3. Разрушение дегазационных скважин в зоне опорного давления.

4. Низкая эффективность герметизации устья скважин.

Известен способ предварительной дегазации разрабатываемого угольного пласта, включающий проходку в выемочном столбе конвейерного, промежуточного и вентиляционного штреков, подачу свежего воздуха в лаву по вентиляционному и промежуточному штрекам, бурение дегазационных скважин и проведение в них поинтервальных гидроразрывов, осуществление дегазации пласта. При этом дегазационные скважины бурят в промежуточном штреке с интервалом 20÷25 м по восстанию пласта, не достигая вентиляционного штрека на 5÷10 м, и по падению пласта с выходом дегазационных скважин в борт конвейерного штрека, производят осушение пласта путем свободного истечения пластовой воды через дегазационные скважины на промежуточный и конвейерный штреки, после осушения пласта в устьях дегазационных скважин, выходящих в борт конвейерного штрека, устанавливают цементные пробки и производят поинтервальные гидроразрывы в пласте с расстоянием между трещинами гидроразрыва 10÷15 м (Колмаков В.В., Колмаков В.А., Мазикин В.П., Гараев З.М. Способ дегазации разрабатываемого угольного пласта. - Патент №2133344, МПК6 E21F 7/00, 1999 г.).

Недостатки данного способа предварительной дегазации разрабатываемого угольного пласта заключаются в следующем:

1. Необходимо проходить промежуточный штрек, что приводит к существенному увеличению затрат на дегазацию.

2. Необходимо осуществлять целую серию гидроразрывов, что увеличивает трудоемкость и стоимость дегазации.

3. Законтурный массив скважин, ослабленный гидроразрывами, будет являться причиной раннего разрушения дегазационных скважин и практически полного разрушения скважин в зоне опорного давления.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ предварительной дегазации разрабатываемого угольного пласта (а.с. №1800061, МПК8 E21F 4/00, 1979 г.), включающий бурение дегазационных скважин в плоскости пласта, герметизацию их устья с последующим подключением к газопроводу, в котором с целью повышения эффективности дегазации и снижения трудозатрат на дегазацию за счет увеличения газоотдачи в скважины и уменьшения числа дегазационных скважин в зоне опорного давления, скважины бурят с шагом 35…70 м, но не более 0,7 длины зоны опорного давления, при этом в каждую скважину, приближающуюся к границе зоны опорного давления, закладывают перфорированные трубы с диаметром, равным 0,7…0,8 от диаметра скважины, а по мере приближения очистного забоя к скважине на расстояние 3…5 м перфорированные трубопроводы извлекают. Для облегчения извлечения перфорированного трубопровода, перед извлечением в него закачивают жидкость.

Недостатки прототипа предлагаемого технического решения заключаются в следующем:

1. Извлечение перфорированного трубопровода из отработавшей скважины является весьма трудоемкой технологической операцией.

2. В процессе извлечения перфорированного трубопровода из отработавшей скважины возможны разрывы трубопровода, и тогда часть трубопровода остается в скважине.

3. Закачивание жидкости в перфорированный трубопровод на расстоянии 3…5 м от скважины до груди очистного забоя не обеспечивает эффективного увлажнения призабойной части разрабатываемого угольного пласта и, как следствие, практически не снижает выделения пыли и газа в очистной забой.

4. При обрыве перфорированного трубопровода выемочная машина (очистной комбайн или струг) будет рубить этот трубопровод зубками исполнительного органа, что приведет к активному искрообразованию, которое может воспламенить метановоздушную смесь или взвешенную в атмосфере очистного забоя угольную пыль.

Задача изобретения заключается в уменьшении выделения пыли и газа в очистной забой за счет интенсивного увлажнения призабойной части разрабатываемого угольного пласта и снижении трудоемкости процесса ликвидации отработавшей скважины.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе предварительной дегазации разрабатываемого угольного пласта, включающем бурение дегазационных скважин в плоскости пласта, с шагом 35…70 м, но не более 0,7 длины зоны опорного давления герметизацию их устья, закладывание перфорированных трубопроводов в скважины с диаметром, равным 0,7…0,8 от диаметра скважины, герметизацию устья скважин, с последующим подключением к дегазационному газопроводу, закачивание жидкости в отработавшую скважину, для уменьшения выделения пыли и газа в очистной забой за счет интенсивного увлажнения призабойной части разрабатываемого угольного пласта и снижения трудоемкости процесса ликвидации отработавшей скважины перфорированный трубопровод монтируют из облегченных перфорированных труб, изготовленных из водорастворимых материалов, стыки труб соединяют упругими муфтами, на расстоянии 1,5…2 м от скважины до груди очистного забоя растворяют в скважине перфорированный трубопровод, нагнетая в него воду с добавками поверхностно-активных веществ и растворителей, и интенсивно увлажняют уголь в призабойной части разрабатываемого пласта, при этом обеспечивают темп нагнетания жидкости в отработавшую скважину не менее 15 л/мин.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется схемой, представленной на фиг.1.

Схема реализации предлагаемого способа предварительной дегазации угольного пласта содержит разрабатываемый угольный пласт 1, в котором пробурены рабочая дегазационная скважина 2 и отработавшая дегазационная скважина 3. В эти скважины помещены перфорированные трубопроводы 4, соединенные с дегазационным газопроводом 5. Водопровод высокого давления 6, соединенный со смесителем 7 с добавками поверхностно-активных веществ и растворителей, подключен к отработавшей дегазационной скважине 3. В очистном забое 8 расположен очистной комбайн 9 и механизированная крепь 10. Конвейерный штрек 11 и вентиляционный штрек 12 формируют контур выемочного столба. За механизированной крепью 10 расположено выработанное пространство 13. Пластовое давление образовывает фильтрационный поток газа из угольного пласта 14. А вода, поступающая из водопровода высокого давления 6, с добавкой растворителя из смесителя 7 растворяет перфорированный трубопровод 4 и создает фильтрационный поток воды с добавками поверхностно-активных веществ 15.

Для реализации предлагаемого способа предварительной дегазации угольного пласта бурят рабочие дегазационные скважины 2 и отработавшие дегазационные скважины 3 в плоскости угольного пласта 1, с шагом 35…70 м, но не более 0,7 длины зоны опорного давления. Закладывают перфорированные трубопроводы 4 в рабочие дегазационные скважины 2 и отработавшие дегазационные скважины 3 с диаметром, равным 0,7…0,8 от диаметра скважины, герметизируют их устья и подключают к дегазационному газопроводу 5. Перфорированные трубопроводы 4 монтируют из облегченных перфорированных труб, изготовленных из водорастворимых материалов, стыки труб соединяют упругими муфтами. По мере приближения очистного забоя к скважине на расстояние 1,5…2 м в перфорированный трубопровод 4 отработавшей дегазационной скважины 3 нагнетают воду с добавками поверхностно-активных веществ и растворителей, поступающими из смесителя 7, и растворяют перфорированный трубопровод 4. Образовавшуюся водную смесь растворенного перфорированного трубопровода 4 и поверхностно-активных веществ фильтруют в сторону груди очистного забоя 8, и она интенсивно увлажняет уголь в призабойной части разрабатываемого угольного пласта 1. Повышенная влажность угля снижает пылевыделение при его разрушении исполнительным органом очистного комбайна. Образовавшаяся водная смесь блокирует газ в порах угольного вещества и затрудняет выход газа из разрушенного угля. Таким образом, происходит уменьшение выделения пыли и газа в очистной забой.

Применение перфорированных трубопроводов из облегченных перфорированных труб, изготовленных из водорастворимых материалов, во-первых, снижает в целом трудоемкость монтажа трубопроводов, а главное, позволяет использовать технологический процесс растворения трубопровода в скважине. Для этого можно использовать трубы из таких водорастворимых материалов, как природные водорастворимые полимеры, водорастворимая бумага и др. Трубы из таких материалов имеют малый вес и являются достаточно прочными для удаления газа из дегазационных скважин.

Начало растворения перфорированного трубопровода на расстоянии 1,5…2 м от груди очистного забоя обусловлено, тем, что это зона так называемого отжима краевой части угольного пласта в очистном забое, где происходит активное трещинообразование и увеличение газовой проницаемости на 2…3 порядка. Вода с соответствующими добавками будет фильтроваться в сторону груди очистного забоя, и увлажнять уголь в призабойной части. Режим фильтрационного увлажнения реализуют, соблюдая темп нагнетания жидкости, который не должен превосходить естественной приемистости пласта. Перепад давления, который обеспечивает выполнение этого условия при линейном законе фильтрации, определяют по формуле

Δ P = Р н Р п л ,                         ( 1 )

где ΔР - требуемый перепад давления, МПа; Рн - давление нагнетания, МПа; Рпл - пластовое давление газа. (Пучков Л.А., Сластунов С.В., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. - М. - МГГУ. - 2002. - С.153-154).

При этом рекомендуемый перепад давления нагнетания составляет 3…10 МПа (Рудничная вентиляция. Справочник. - М. - Недра. - 1988. - С.36). Учитывая, что скважина находится в зоне повышенной фильтрационной проницаемости угольного пласта, целесообразно принять перепад давления нагнетания равным 3 МПа.

Рассматривая фильтрацию жидкости от скважины к груди очистного забоя с использованием приближенной одномерной модели, можно записать, что

V ф = k в d P μ в d x ,                             ( 2 )

где Vф - скорость фильтрации воды в угольном пласте, м/с; kв - проницаемость угольного пласта для воды, м2; µв - динамическая вязкость волы, Па·с; P - давление воды в порах и трещинах угольного пласта, МПа; х - пространственная координата, направленная в сторону груди очистного забоя, с началом отсчета на оси скважины, м.

Уравнение неразрывности для фильтрационного потока воды в данном случае имеет вид

d 2 P d x 2 = 0.                                    ( 3 )

(Пучков Л.А., Сластунов С.В., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. - М. - МГГУ. - 2002. - С.124-125).

Интегрируя уравнение (3) для граничных условий Vф(0)=Рн и Vф(δ)=Рн, где δ - расстояние от оси скважины до груди очистного забоя, м, получим, что

P = Р н ( Р н Р а ) x δ ,                    ( 4 )

где Pа - атмосферное давление, МПа.

Тогда, учитывая зависимость (2), можно записать

Темп нагнетания жидкости в скважину можно определить по формуле: Q=0,5πdcLcVф, где Q - темп нагнетания жидкости в скважину, м3/с; dc - диаметр скважины, м; Lc - длина скважины, м. Таким образом, с учетом формулы (5) получим, что

В настоящее время бурят скважины для предварительной дегазации угольных пластов с dc=60…100 мм и Lc=150…200 м. Применительно к условиям Кузбасса в зоне отжима угольного пласт kв≈10-15…10-14 м2. Требуемый перепад давления нагнетаемой жидкости составляет 3…10 МПа. Расчеты по формуле (6) для исходных данных, соответствующих практическим условиям, показывают, что минимальное значение темпа нагнетания жидкости в скважину составляет 2,4·10-4 м3/с. Учитывая погрешность инженерных расчетов, целесообразно принять минимальное значение темпа нагнетания жидкости в скважину равным 2,5·10-4 м3/с=0,015 м3/мин=15 л/мин.

Поверхностно-активные вещества и растворители для материалов, из которых выполняют перфорированный трубопровод, выпускаются промышленностью в широком ассортименте.

Похожие патенты RU2534881C1

название год авторы номер документа
Способ дегазации разрабатываемого угольного пласта 1990
  • Качурин Николай Михайлович
  • Вакунин Евгений Иванович
  • Кузнецов Владимир Васильевич
  • Авдеев Олег Юрьевич
  • Новикова Лидия Федоровна
SU1800061A1
Способ дегазации пластов-спутников 1989
  • Разварин Дмитрий Евгеньевич
  • Гусельников Лев Митрофанович
  • Зуев Владимир Александрович
  • Осипов Анатолий Николаевич
SU1693264A1
СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ГАЗОНОСНЫХ РУДНЫХ И УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО 2009
  • Шахназарян Борис Севанович
  • Маргулов Рантик Джаванширович
  • Джангиров Владимир Андреевич
  • Алиев Натикбек Алиевич
  • Акопов Седрак Геворкович
  • Баласанян Георгий Рубенович
  • Алиев Парвиз Натикбекович
RU2394159C1
Способ подготовки газоносного угольного пласта к отработке 2017
  • Сластунов Сергей Викторович
  • Каркашадзе Гиоргий Григолович
  • Коликов Константин Сергеевич
  • Ютяев Евгений Петрович
  • Мазаник Евгений Васильевич
  • Садов Анатолий Петрович
  • Понизов Александр Владимирович
  • Никитин Сергей Геннадьевич
RU2659298C1
Способ дегазации и увлажнения угольного пласта 1984
  • Забурдяев Виктор Семенович
  • Сергеев Иван Владимирович
  • Рудаков Борис Евгеньевич
  • Беломойцев Евгений Александрович
  • Садчиков Виктор Александрович
SU1278468A1
СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА 2013
  • Леконцев Юрий Михайлович
  • Салихов Альберт Фидаилович
  • Исамбетов Вячеслав Фаритович
  • Темиряева Оксана Александровна
RU2520669C1
БЕЗОПАСНАЯ УГОЛЬНАЯ ШАХТА ЗОЛОТАРЕВА 2009
  • Золотарев Григорий Михайлович
RU2422639C1
СПОСОБ ГИДРОРАЗРЫВА УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ 2011
  • Клишин Владимир Иванович
  • Кокоулин Даньяр Иванович
RU2472941C1
СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГЛЕНОСНОЙ ТОЛЩИ 2012
  • Ковалев Олег Владимирович
  • Мозер Сергей Петрович
  • Тхориков Игорь Юрьевич
  • Лейсле Артем Валерьевич
  • Руденко Геннадий Викторович
RU2487246C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ ПРИ ОТРАБОТКЕ СКЛОННОГО К САМОВОЗГОРАНИЮ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА 2012
  • Забурдяев Виктор Семенович
RU2512049C2

Реферат патента 2014 года СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предварительной дегазации разрабатываемых угольных пластов. Техническим результатом является уменьшение выделения пыли и газа в очистной забой за счет интенсивного увлажнения призабойной части разрабатываемого угольного пласта и снижение трудоемкости процесса ликвидации отработавшей скважины. Предложен способ предварительной дегазации угольного пласта, включающий бурение дегазационных скважин в плоскости пласта, с шагом 35-70 м, но не более 0,7 длины зоны опорного давления, закладывание перфорированных трубопроводов в скважины с диаметром, равным 0,7-0,8 от диаметра скважины, герметизацию устья скважин, с последующим подключением к дегазационному газопроводу и закачивание жидкости в отработавшую скважину. При этом перфорированный трубопровод монтируют из облегченных перфорированных труб, изготовленных из водорастворимых материалов, а стыки труб соединяют упругими муфтами. На расстоянии 1,5-2 м от скважины до груди очистного забоя перфорированный трубопровод растворяют в скважине, нагнетая в него воду с добавками поверхностно-активных веществ и растворителей. При этом интенсивно увлажняют уголь в призабойной части разрабатываемого пласта. Темп нагнетания жидкости в отработавшую скважину обеспечивают не менее 15 л/мин. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 534 881 C1

Способ предварительной дегазации угольного пласта, включающий бурение дегазационных скважин в плоскости пласта, с шагом 35-70 м, но не более 0,7 длины зоны опорного давления, закладывание перфорированных трубопроводов в скважины с диаметром, равным 0,7-0,8 от диаметра скважины, герметизацию устья скважин, с последующим подключением к дегазационному газопроводу, закачивание жидкости в отработавшую скважину, отличающийся тем, что перфорированный трубопровод монтируют из облегченных перфорированных труб, изготовленных из водорастворимых материалов, стыки труб соединяют упругими муфтами, а на расстоянии 1,5-2 м от отработавшей дегазационной скважины до груди очистного забоя растворяют в ней перфорированный трубопровод, нагнетая в него жидкость с добавками поверхностно-активных веществ и растворителей, и интенсивно увлажняют уголь в призабойной части разрабатываемого угольного пласта, при этом обеспечивают темп нагнетания жидкости в отработавшую скважину не менее 15 л/мин.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2534881C1

Способ дегазации разрабатываемого угольного пласта 1990
  • Качурин Николай Михайлович
  • Вакунин Евгений Иванович
  • Кузнецов Владимир Васильевич
  • Авдеев Олег Юрьевич
  • Новикова Лидия Федоровна
SU1800061A1
СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ 2010
  • Булкин Александр Васильевич
  • Гусельников Лев Митрофанович
  • Самаров Леонид Юрьевич
  • Иванова Марина Николаевна
RU2419723C1
СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ОТРАБАТЫВАЕМОГО УГОЛЬНОГО ПЛАСТА 2008
  • Полевщиков Геннадий Яковлевич
  • Козырева Елена Николаевна
  • Шинкевич Максим Валериевич
RU2392442C1
US 4065927 A, 03.01.1978
CN 102720528 A, 10.10.2012

RU 2 534 881 C1

Авторы

Качурин Николай Михайлович

Борщевич Андрей Михайлович

Качурин Александр Николаевич

Даты

2014-12-10Публикация

2013-07-02Подача