МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕВЫХ ПРИОРИТЕТНЫХ ПУТЕЙ МИГРАЦИИ ГАЗА, А ТАКЖЕ ОТВОДА И ДОБЫЧИ ГАЗА Российский патент 2019 года по МПК E21F7/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область технического применения

Настоящее изобретение относится к методу построения сетевых приоритетных путей миграции газа, а также отвода и добычи газа, который в частности применяется при активном строительстве сетевой структуры путей разрывов внутри кровли, а также при отводе газа и выполнении контроля при условии, что угольный пласт покрывает устойчивая кровля.

Уровень техники

Китай имеет сложные условия залегания подземных угольных пластов. Условия залегания в кровле и подошве угольного пласта влияют на распределение напряжения перемычки и изменчивость трещин в слое углеродной породы и, следовательно, влияют на порядок миграции и направления прохождения добычи газа. При наличии условия покрытия толстослойной устойчивой кровли, ввиду устойчивой и компактной кровли, то процесс формирования и изменения трещин затрудняется. Быстрое формирование путей разрывов в кровле является сложным, если оно осуществляется исключительно путем воздействия напряжения, вызванного ведением горных работ. Кроме того, устойчивая кровля имеет относительно большую прочность и не разрушается легко, и поэтому большая территория кровли легко формируется в выработанном пространстве. Трудно, чтобы пути разрывов и пространство отделения пластов были быстро сконструированы и сформированы внутри устойчивой кровли под воздействием влияния, вызванного ведением горных работ, и газ не может мигрировать и легко скапливаться вдоль путей разрывов в кровле. Большое количество газа скапливается в выработанном пространстве, что приводит к избытку газа. Кроме того, большая площадь кровли внезапно рушится для проталкивания газа, который скапливается в выработанном пространстве, чтобы вылиться на рабочую поверхность. В результате безопасность производства на рабочей поверхности оказывается под серьезной угрозой, а контроль за газом становится затрудненным. Как построить пути миграции газа внутри кровли над угольным пластом в покрытии толстослойной устойчивой кровли, чтобы реализовать эффективный отвод и контроль над газом, становящегося проблемой, которая срочно должна быть решена для безопасной и эффективной добычи угольных пластов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача: Целью настоящего изобретения является преодоление недостатков предшествующего уровня техники и предоставление метода построения сетевых приоритетных путей миграции газа, а также отвода и добычи газа, который является простым, действенным, научным и эффективным, а также который может эффективно решать такие проблемы, как трудности в генерации трещин внутри толстого слоя устойчивой кровли, скопление газа в выработанном пространстве, затруднение прохождения и концентрация газа по приоритетным путям миграции, а также проблемы с отводом газа.

Для достижения вышеуказанной цели метод построения сетевых приоритетных путей миграции газа, а также отвода и извлечение газа в рамках настоящего изобретения создает искусственно направляемые трещины вокруг отверстия образования трещины, направленного распространения трещины и расширения отверстия, а также отверстия ответвления разрыва и отверстия соединения трещины, используя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса, и включает в себя следующие этапы:

a. в соответствии с залеганиями угольного пласта и кровли, определение графической характеристики распределения напряжения рабочей поверхности и определение длины L зоны изменения продвижения напряжения;

b. на противоположных местах в основном вентиляционном штреке и боковом вентиляционном штреке с ограниченным входом соответственно, которые находятся на расстоянии длиной L от зоны изменения продвижения напряжения перед рабочей поверхностью, создается соответственно отверстие образования трещины вовнутрь устойчивой кровли над угольным пластом в направлении, обращенном к рабочей поверхности, выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в отверстии образования трещины, таким образом, что большое количество трещин создаются путем проведения взрывных работ и формируются вокруг отверстия образования трещины внутри устойчивой кровли, ослабляя соединение между устойчивой кровлей и вышележащим пластом устойчивой кровли, а также вызывая и ускоряя образование трещин при отделении пластов;

c. в месте, где сконструировано отверстие образования трещины, строится направленное распространение трещины и расширение отверстия в устойчивой кровле над угольным пластом в направлении, обращенном к рабочей поверхности, выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в направленном распространении трещины и расширении отверстия, таким образом что большое количество трещин формируются вокруг направленного распространения трещины и расширения отверстия и соединены с трещинами, образованными вокруг отверстия образования трещины, чтобы обеспечить контроль над изменением и развитием трещин;

d. в месте, где сконструировано отверстие образования трещины, делается отверстие ответвления разрыва вовнутрь устойчивой кровли над угольным пластом в направлении, обращенном к рабочей поверхности для ослабления зоны ответвления устойчивой кровли и контроля положения ответвления разрыва устойчивой кровли;

e. в месте, где сконструировано отверстие образования трещины, делается отверстие соединения трещины вовнутрь устойчивой кровли над угольным пластом в направлении, противоположном рабочей поверхности, выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в отверстии соединения трещины, таким образом что отверстие соединения трещины соединяется с трещинами, сформированными вокруг отверстия образования трещины, направленного распространения трещины и расширения отверстия, а также отверстия ответвления разрыва, в конечном счете формируя группу искусственно направляемых трещин, имеющих конкретные направления и морфологические характеристики внутри устойчивой кровли, которая находится на расстоянии длиной L от зоны изменения продвижения напряжения;

е. выполняется выемка на рабочей поверхности обычным способом, при этом во время выемки напряжение, вызванное ведением горных работ, увеличивается до достижения пиковой точки напряжения, напряжение, вызванное ведением горных работ, вызывает образование трещин в угольном пласте и устойчивой кровле, газ внутри угольного пласта начинает десорбироваться и рассеиваться, а вокруг группы искусственно направляемых трещин, образованных внутри устойчивой кровли, образуется большое количество новых трещин, которые соединяются с трещинами, образованными при разработке месторождения;

g. каждый раз рабочая поверхность продвигается на 1/2 длины L зоны изменения продвижения напряжения, повторяя этапы от b до е, при которых делается группа отверстий для искусственно направляемых трещин;

h. по мере того, как рабочая поверхность продвигается, напряжение, вызванное ведением горных работ, начинает падать с пиковой точки напряжения, где уменьшение ограничивающего давления приводит к появлению большого количества трещин в устойчивой кровле, отверстие соединения трещины начинает продуцировать эффект соединения межгрупповых трещин, смежные искусственно направляемые трещины начинают соединяться друг с другом, сетевые приоритетные пути миграции газа формируются внутри устойчивой кровли, в то же время развитие трещин внутри устойчивой кровли и снижает жесткость и несущую способность устойчивой кровли, устойчивая кровля начинает проседать, начинают формироваться трещины от отделения пластов, а газ, десорбированный из угольного массива, начинает мигрировать и проходить вверх по сетевым приоритетным путям миграции газа и накапливаться в трещинах, вызванных отделением пластов;

i. по мере того, как рабочая поверхность продолжает продвигаться, трещины внутри устойчивой кровли дополнительно развиваются за рабочей поверхностью, где сетевые приоритетные пути миграции газа постепенно развиваются в полную форму, в то же время разрывы, образованные при отделении пластов, в кровле продолжают расширятся, а газ постепенно концентрируется внутри разрывов, полученных от отделения пластов, в кровле по сетевым приоритетным путям миграции газа;

формирование сетевых приоритетных путей миграции газа внутри устойчивой кровли снижает общую прочность и жесткость устойчивой кровли, время посадки и разрушения, а также протяженность устойчивой кровли уменьшаются, разрушение происходит за рабочей поверхностью, зона трещин разрыва от отделения пластов формируется над выработанным пространством, а газ в выработанном пространстве мигрирует вверх и концентрируется в зоне трещин разрыва от отделения пластов;

j. определение, в соответствии с расположениями выполненного отверстия образования трещины, направленного распространения трещины и расширения отверстия, а также характеристик залегания в кровле, местоположения зоны трещин разрыва от отделения пластов в кровле над выработанным пространством и расположений скважин для отвода и извлечения газа в ограниченной выработке;

k. построение скважин для отвода и извлечения газа в зоне разрыва от отделения пластов над выработанным пространством в ограниченной выработке за рабочей поверхностью и осуществление централизованного отвода и извлечения газа в зоне трещин разрыва от отделения пластов.

Высота забоя скважины в отверстии образования трещины составляет от 2 до 3 м над уровнем устойчивой кровлей.

Расстояние между концами двух направленных распространений трещин и расширения отверстия, противоположно сконструированных в основном вентиляционном штреке и боковом вентиляционном штреке с ограниченным входом не превышает 20 м, а расстояние b между концами двух отверстий образования трещин не превышает 1/3 от длины рабочей поверхности.

В ограниченной выработке делается множество скважин для отвода и извлечения газа.

Угол наклона α скважины для отвода и извлечения газа, построенной в ограниченной выработке, больше, чем угол наклона отверстия образования трещины.

Положительный эффект: В настоящем изобретении, ввиду проблем, наряду с которыми трудно сформировать путь миграции газа в кровле при условии устойчивой кровли, а также трудно реализовать избирательную концентрацию и централизованную добычу газа, активно строятся скважины для искусственно направляемых трещин в устойчивой кровле, в зоне изменения продвижения напряжения перед рабочей поверхностью, а также генерируются сетевые искусственно направляемые трещины внутри угольного массива. Посредством изменения напряжения, вызванного ведением горных работ, далее формируются сетевые приоритетные пути миграции газа. Газ проходит вверх по сетевым приоритетным путям миграции в кровле, тем самым решая проблему, из-за которой трудно создавать трещины устойчивой кровли, и в результате, высококонцентрированный газ скапливается в выработанном пространстве в течение длительного времени. Между тем, скважины для искусственно направляемых трещин вызывают образование сетевых трещин внутри устойчивой кровли, таким образом, что прочность и жесткость устойчивой кровли снижаются, период разрушения кровли сокращается, образование зоны трещин разрыва от отделения пластов в выработанном пространстве ускоряется, газ в выработанном пространстве концентрируется в зоне трещин разрыва от отделения пластов по сетевым путям трещин в кровле, а базовая точка обеспечивается в целях построения ориентаций скважин для добычи газа в кровле, чтобы создать желаемые условия для централизованного отвода и контроля газа в горной выработке. Скважины для искусственно направляемых трещин заранее активно строятся для активного построения и формирования сетевых приоритетных путей миграции газа внутри устойчивой кровли, таким образом что разрушение кровли ускоряется, чтобы обеспечить миграцию газу и его концентрацию в зоне трещин разрыва от отделения пластов в кровле во время прохождения по приоритетным путям, с тем чтобы облегчить централизованный отвод и контроль газа в горной выработке угольного пласта. Определенная часть проблем по газу, обусловленных устойчивыми кровлями, решаются эффективно, благодаря чему реализуются исследовательский контроль и активно управляемые потоки газа в горной выработке. Метод, предусмотренный настоящим изобретением, прост и предусматривает выполнение удобных операции, желаемые эффекты и широкую практичность в технической области.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СХЕМ

ФИГ. 1 представляет собой схематическое изображение метода построения сетевых приоритетных путей миграции газа в соответствии с настоящим изобретением;

ФИГ. 2 представляет собой схематическое изображение плана расположения скважин для искусственно направляемых трещин и отвода газа, а также скважин для отвода и извлечения газа в соответствии с настоящим изобретением; а также

ФИГ. 3 представляет собой схематическое изображение в разрезе расположения скважин для отвода и извлечения газа в направлении А-А', в месте расположения выработанного пространства согласно настоящему изобретению.

На чертежах: 1 - боковой вентиляционный штрек с ограниченным входом, 2 - основной вентиляционный штрек, 3 - отверстие ответвления разрыва, 4 - направленное распространение трещины и расширение отверстия, 5 - отверстие образования трещины, 6 - отверстие соединения трещины, 7 - рабочая поверхность, 8 - угольный пласт, 9 - выработанное пространство, 10 - ограниченная выработка, 11 - газодобывающая скважина, 12 - газовый трубопровод, 13 - кровля, 14 - устойчивая кровля, 15 - искусственно направляемая трещина, 16 - газ, 17 - приоритетный путь миграции газа, 18 - трещины от отделения пластов, 19 - зона трещин разрыва от отделения пластов, 20 - вышележащий пласт устойчивой кровли, 21 - кривая характеристики распределения напряжения, 22 - направление трещины устойчивой кровли, 23 - гидравлическая опора и 24 - глухая стена.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение более подробно описано ниже со ссылкой на варианты его осуществления и сопроводительные чертежи:

Согласно методу построения сетевых приоритетных путей миграции газа, а также отвода и извлечения газа в рамках настоящего изобретения создаются искусственно направляемые трещины вокруг отверстия образования трещины (4), направленного распространения трещины и расширения отверстия (5), а также отверстия ответвления разрыва (3) и отверстия соединения трещины (6), используя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса. Конкретные меры заключаются в следующем:

a. в соответствии с залеганиями угольного пласта 8 и кровли 13, определение кривой характеристики распределения напряжения 21 рабочей поверхности и определение длины L зоны изменения продвижения напряжения;

b. на противоположных местах в основном вентиляционном штреке 2 и боковом вентиляционном штреке с ограниченным входом 1 соответственно, которые находятся на расстоянии длиной L от зоны изменения продвижения напряжения перед рабочей поверхностью 7, создается соответственно отверстие образования трещины 4 вовнутрь устойчивой кровли 14 над угольным пластом 8 в направлении, обращенном к рабочей поверхности 7, выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в отверстии образования трещины 4, таким образом, что большое количество трещин выполняются путем проведения подрывных работ и формируются вокруг отверстия образования трещины 4 внутри устойчивой кровли 14, ослабляя соединение между устойчивой кровлей 14 и вышележащим пластом устойчивой кровли 20, а также вызывая и ускоряя образование трещин от отделения пластов 18;

c. в месте, где сконструировано отверстие образования трещины 4, строится направленное распространение трещины и расширение отверстия 5 внутри устойчивой кровле 14 над угольным пластом 8 в направлении, обращенном к рабочей поверхности 7, выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в направленном распространении трещины и расширении отверстия 5, таким образом, что большое количество трещин формируются вокруг направленного распространения трещины и расширения отверстия 5 и соединены с трещинами, образованными вокруг отверстия образования трещины 4, чтобы обеспечить контроль над изменением и развитием трещин;

d. в месте, где сконструировано отверстие образования трещины 4, строится отверстие ответвления разрыва 3 вовнутрь устойчивой кровли 14 над угольным пластом 8 в направлении, обращенном к рабочей поверхности 7 для ослабления зоны ответвления устойчивой кровли 14 и контроля положения ответвления разрыва устойчивой кровли 14;

e. в месте, где сконструировано отверстие образования трещины 4, выполняется отверстие соединения трещины 6 вовнутрь устойчивой кровли 14 над угольным пластом 8 в направлении, противоположном рабочей поверхности 7, выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в отверстии соединения трещины 6, таким образом, что отверстие соединения трещины 6 соединяется с трещинами, сформированными вокруг отверстия образования трещины 4, направленного распространения трещины и расширения отверстия 5, а также отверстия ответвления разрыва 3, в конечном счете формируя группу искусственно направляемых трещин 15, имеющих конкретные направления и морфологические характеристики внутри устойчивой кровли 14, которая находится на расстоянии длиной L от зоны изменения продвижения напряжения;

f. выполняется выемка на рабочей поверхности 7 обычным способом, при этом во время выемки напряжение, вызванное ведением горных работ, увеличивается до достижения пиковой точки напряжения, напряжение, вызванное ведением горных работ, вызывает образование трещин в угольном пласте 8 и устойчивой кровле 14, газ 16 внутри угольного пласта 8 начинает десорбироваться и рассеиваться, а вокруг группы искусственно направляемых трещин 15, образованных внутри устойчивой кровли 14, образуется большое количество новых трещин, которые соединяются с трещинами, образованными при разработке месторождения;

g. каждый раз рабочая поверхность продвигается на 1/2 длины L зоны изменения продвижения напряжения, повторяя этапы от b до е, при которых делается группа отверстий для искусственно направляемых трещин;

h. по мере того, как рабочая поверхность продвигается, напряжение, вызванное ведением горных работ, начинает падать с пиковой точки напряжения, где уменьшение ограничивающего давления приводит к развитию большого количества трещин в устойчивой кровле 14, отверстие соединения трещины 6 начинает продуцировать эффект соединения межгрупповых трещин, смежные искусственно направляемые трещины 15 начинают соединяться друг с другом, сетевые приоритетные пути миграции газа 17 формируются внутри устойчивой кровли 14, в то же время развитие трещин внутри устойчивой кровли 14 снижает жесткость и несущую способность устойчивой кровли 14, устойчивая кровля 14 начинает проседать, начинают формироваться трещины от отделения пластов 18, а газ 16, десорбированный из угольного массива 8, начинает мигрировать и проходить вверх по сетевым приоритетным путям миграции газа 17 и накапливаться в трещинах от отделения пластов 18;

i. по мере того, как рабочая поверхность 7 продолжает продвигаться, за рабочей поверхностью 7 дополнительно развиваются трещины внутри устойчивой кровли 14, где сетевые приоритетные пути миграции газа 17 постепенно формируются в полную форму, в то же время разрывы от отделения пластов 18 в кровле продолжают увеличиваться, а газ 16 постепенно концентрируется внутри разрывов от отделения пластов 18 в кровле по сетевым приоритетным путям миграции газа 17;

формирование сетевых приоритетных путей миграции газа 17 внутри устойчивой кровли 14 снижает общую прочность и жесткость устойчивой кровли 14, время посадки и разрушения, а также протяженность устойчивой кровли 14 уменьшаются, разрушение происходит за рабочей поверхностью 7, зона трещин разрыва от отделения пластов 19 формируется над выработанным пространством 9, а газ 16 в выработанном пространстве 9 мигрирует вверх и концентрируется в зоне трещин разрыва от отделения пластов 19;

j. определение, в соответствии с расположениями выполненного отверстия образования трещины 4, направленного распространения трещины и расширения отверстия 5, а также характеристик залегания в кровле 13, местоположения зоны трещин разрыва от отделения пластов 19 в кровле над выработанным пространством 9 и расположений скважин для отвода и извлечения газа 11 в ограниченной выработке 10, где множество скважин для отвода и извлечения газа 11 сконструированы в ограниченной выработке 10, а угол наклона α скважины для отвода и извлечения газа 11, построенной в ограниченной выработке 10, больше, чем угол наклона отверстия образования трещины 4; а также

k. построение скважин для отвода и извлечения газа 11 в зоне трещин разрыва от отделения пластов 19 над выработанным пространством 9 в ограниченной выработке 10 за рабочей поверхностью 7 и осуществление централизованного отвода и извлечения газа 16 в зоне трещин разрыва от отделения пластов 19.

Вариант осуществления 1, толстослойная устойчивая кровля 14 покрывает кровлю в угольном пласте, толщина устойчивой кровли составляет 17 м, а протяженность рабочей поверхности - 150 м. Метод построения сетевых приоритетных путей миграции газа, а также отвода и извлечения газа выглядит следующим образом:

Как показано на ФИГ. 1, в первую очередь, анализируется характеристика распределения напряжения перед рабочей поверхностью в соответствии с залеганиями угольного пласта 8 и кровли 13. Наличие устойчивой кровли увеличивает протяженность зоны изменения продвижения напряжения. Из кривой характеристики распределения напряжения 21 перед рабочей поверхностью определяется, что длина зоны изменения продвижения напряжения составляет 50 м, то есть расстояние конструкции продвижения скважин для искусственно направляемых трещин. Как показано на ФИГ. 2, в месте, которое составляет 50 м перед рабочей поверхностью в основном вентиляционном штреке 2 и боковом вентиляционном штреке с ограниченным входом 1 рабочей поверхности 7 в направлении, обращенном к рабочей поверхности 7, построено отверстие образования трещины 4 в устойчивой кровле 14 над угольным пластом 8. Высота забоя скважины в отверстии образования трещины 4 составляет от 2 до 3 м над уровнем устойчивой кровли 14. Определено, что высота забоя скважины составляет 20 м. Контурное бурение глубокой скважины путем подрыва проводится в отверстии образования трещины 4. Подрыв осуществляется внутри устойчивой кровли 14, чтобы вызвать образование трещин, имеющих определенное направление. В то же время соединение между устойчивой кровлей 14 и вышележащим пластом устойчивой кровли 20 ослабевает, а также происходит и ускоряется образование трещин при отделении пластов 18. Направленное распространение трещины и расширение отверстия 5 строится внутри устойчивой кровли 14 над угольным пластом 8 в направлении, обращенном к рабочей поверхности 7, где после контурного бурения глубокой скважины путем проведения подрывных работ в направленном распространении трещины и расширении отверстия 5 трещины формируются вокруг направленного распространения трещины и расширения отверстия 5 и соединены с трещинами, образованными вокруг отверстия образования трещины 4, чтобы обеспечить контроль над изменением и развитием трещин. Для обеспечения эффекта обработки и дальности буровых скважин для искусственно направляемых трещин на устойчивой кровле 14, определяется, что расстояние между концами направленного распространения трещины и расширения отверстия 5 в основном вентиляционном штреке 2 и боковом вентиляционным штреком с ограниченным входом 1 рабочей поверхности 7 составляет 20 м. Расстояние между концами отверстий образования трещин 4 не превышает 1/3 длины рабочей поверхности, и это расстояние составляет 50 м. Отверстие ответвления разрыва 3 сконструировано вовнутрь устойчивой кровли 14 над угольным пластом 8, обращенным к рабочей поверхности 7 для ослабления зоны ответвления устойчивой кровли 14 и контроля положения ответвления разрыва устойчивой кровли 14. Отверстие соединения трещины 6 строится вовнутрь устойчивой кровли 14 над угольным пластом 8 в направлении, противоположном рабочей поверхности 7. Контурное бурение глубокой скважины путем выполнения подрыва выполняется в отверстии соединения трещины 6. Отверстие соединения трещины 6 соединяется с трещинами, сформированными отверстием образования трещины 4, направленным распространением трещины и расширением отверстия 5, а также отверстием ответвления разрыва 3. В конечном счете, искусственно направляемые трещины 15, имеющие конкретные направления и морфологические характеристики, формируются в месте, которое составляет 50 м перед рабочей поверхностью внутри устойчивой кровли 14. По мере того как происходит продвижение рабочей поверхности 7, напряжение, вызванное проведением горных работ, сначала увеличивается, достигая точки пика напряжения. В этом процессе напряжение, вызванное проведением горных работ, вызывает образование трещин в угольном пласте 8 и устойчивой кровле 14. Газ 16 внутри угольного пласта 8 начинает десорбироваться и рассеиваться, а вокруг группы искусственно направляемых трещин 15, образованных внутри устойчивой кровли 14, образуется большое количество новых трещин, которые соединяются с трещинами, образованными при разработке месторождения в целях развития. Напряжение, вызванное проведением горных работ, увеличивается до достижения пиковой точки напряжения, а после понижается. Уменьшение ограничивающего давления приводит к развитию большого количества трещин в устойчивой кровле 14, отверстие соединения трещины 6 начинает продуцировать эффект соединения межгрупповых трещин, смежные искусственно направляемые трещины 15 начинают соединяться друг с другом, сетевые приоритетные пути миграции газа 17 формируются внутри устойчивой кровли 14, в то же время развитие трещин внутри устойчивой кровли 14 снижает жесткость и несущую способность устойчивой кровли 14, устойчивая кровля 14 начинает проседать, начинают формироваться трещины от отделения пластов 18, а газ 16, десорбированный из угольного массива 8, начинает мигрировать и проходить вверх по сетевым приоритетным путям миграции газа 17 и накапливаться в трещинах от отделения пластов 18 По мере того, как рабочая поверхность 7 продолжает продвигаться, за рабочей поверхностью 7 дополнительно развиваются трещины внутри устойчивой кровли 14, где сетевые приоритетные пути миграции газа 17 развиваются в полную форму постепенно, в то же время разрывы отделения слоев 18 в кровле продолжают развиваться, а газ 16 постепенно концентрируется внутри разрывов от отделения пластов 18 в кровле по сетевым приоритетным путям миграции газа 17. Формирование сетевых приоритетных путей миграции газа 17 внутри устойчивой кровли 14 снижает общую прочность и жесткость устойчивой кровли 14, время посадки и разрушения, а также протяженность устойчивой кровли 14 уменьшаются, разрушение происходит на определенном расстоянии за рабочей поверхностью 7, зона трещин разрыва от отделения пластов 19 формируется над выработанным пространством 9, а газ 16 в выработанном пространстве 9 мигрирует вверх и концентрируется в зоне трещин разрыва от отделения пластов 19. Местоположения зоны трещин разрыва от отделения пластов 19 в кровле над выработанным пространством 9 и расположения скважин для отвода газа 11 в ограниченной выработке 10 определяются в соответствии с расположением построенных скважин для искусственно направляемых трещин и характеристиками залегания в кровле 13. Необходимо чтобы угол наклона α скважины для отвода и извлечения газа 11, построенной в ограниченной выработке 10, был больше, чем угол наклона отверстия образования трещины 4. Он рассчитывается в соответствии с высотой и шириной отверстия образования трещины 4, чтобы угол наклона отверстия образования трещины 4 составлял 22°. В соответствии с характеристикой разрыва пласта определяется, что угол наклона α скважин для отвода и добычи газа 11 составляет 25-30°. Как показано на ФИГ. 3, скважины для отвода и добычи газа 11 сконструированы в зоне трещин разрыва, вызванного отделением пластов 19 над выработанным пространством 9 в ограниченной выработке 10 за рабочей поверхностью 7, а централизованный отвод и контроль добычи производится с газом 16 в зоне трещин разрыва, обусловленного отделением пластов 19.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации угольных пластов. Техническим результатом является обеспечение простого и эффективного способа извлечения газа метана из отрабатываемых пластов. Предложен метод построения сетевых приоритетных путей миграции газа, а также отвода и извлечения газа, который включает в себя следующие этапы: определение графической характеристики распределения напряжения рабочей поверхности и определение длины L изменения продвижения напряжения; на противоположных местах в основном вентиляционном штреке (2) и боковом вентиляционном штреке с ограниченным входом (1) соответственно создают отверстие образования трещины (4) вовнутрь устойчивой кровли (14) над угольным пластом (8) в направлении, обращенном к рабочей поверхности (7), выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в отверстии образования трещины (4) таким образом, что большое количество трещин созданы взрывной работой и сформированы вокруг отверстия образования трещины (4) внутри устойчивой кровли (14), ослабляя соединение между устойчивой кровлей (14) и вышележащим пластом устойчивой кровли (20), а также вызывая и ускоряя образование трещин от отделения слоев (18). Далее в месте, где сконструировано отверстие образования трещины (4), строится направленное распространение трещины и расширение отверстия (5) внутри устойчивой кровли (14) над угольным пластом (8) в направлении, обращенном к рабочей поверхности (7), выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в направленном распространении трещины и расширении отверстия (5) таким образом, что большое количество трещин формируются вокруг направленного распространения трещины и расширения отверстия (5) и соединены с трещинами, образованными вокруг отверстия образования трещины (4), чтобы обеспечить контроль над изменением и развитием трещин. Затем в месте, где сконструировано отверстие образования трещины (4), строится отверстие ответвления разрыва (3) вовнутрь устойчивой кровли (14) над угольным пластом (8) в направлении, обращенном к рабочей поверхности (7) для ослабления зоны ответвления устойчивой кровли (14) и контролирования положения ответвления разрыва устойчивой кровли (14). Далее в месте, где сконструировано отверстие образования трещины (4), строится отверстие соединения трещины (6) вовнутрь устойчивой кровли (14) над угольным пластом (8) в направлении, противоположном рабочей поверхности (7), выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в отверстии соединения трещины (6) таким образом, что отверстие соединения трещины (6) соединяется с трещинами, сформированными вокруг отверстия образования трещины (4), направленного распространения трещины и расширения отверстия (5), а также отверстия ответвления разрыва (3), в конечном счете формируя группу искусственно направляемых трещин (15), имеющих конкретные направления и морфологические характеристики внутри устойчивой кровли (14). Затем выполняется выемка угла на рабочей поверхности (7) обычным способом. Также осуществляют построение скважин для отвода и извлечения газа (11) в зоне разрыва от отделения пластов (19) над выработанным пространством (9) в ограниченной выработке (10) за рабочей поверхностью (7) и осуществление централизованного отвода и извлечения газа (16) в зоне разрыва отделения пластов (19). 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Метод построения сетевых приоритетных путей миграции газа, а также отвода и извлечения газа, включающий в себя построение искусственно направляемых трещин вокруг отверстия образования трещины (4), направленного распространения трещины и расширения отверстия (5), а также отверстия ответвления разрыва (3) и отверстия соединения трещины (6), используя контурное бурение глубокой скважины путем выполнения подрывов, отличающийся тем, что метод включает в себя следующие этапы:

a. с учетом залегания угольного пласта (8) и кровли (13) определяют графическую характеристику распределения напряжения (21) рабочей поверхности и определяют длину L изменения продвижения напряжения;

b. на противоположных местах в основном вентиляционном штреке (2) и боковом вентиляционном штреке с ограниченным входом (1) соответственно, которые находятся на расстоянии длиной L от зоны изменения продвижения напряжения перед рабочей поверхностью (7), создают соответственно отверстие образования трещины (4) вовнутрь устойчивой кровли (14) над угольным пластом (8) в направлении, обращенном к рабочей поверхности (7), выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в отверстии образования трещины (4) таким образом, что большое количество трещин созданы взрывной работой и сформированы вокруг отверстия образования трещины (4) внутри устойчивой кровли (14), ослабляя соединение между устойчивой кровлей (14) и вышележащим пластом устойчивой кровли (20), а также вызывая и ускоряя образование трещин от отделения слоев (18);

c. в месте, где сконструировано отверстие образования трещины (4), строят направленное распространение трещины и расширение отверстия (5) внутри устойчивой кровли (14) над угольным пластом (8) в направлении, обращенном к рабочей поверхности (7), выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в направленном распространении трещины и расширении отверстия (5) таким образом, что большое количество трещин формируется вокруг направленного распространения трещины и расширения отверстия (5) и соединяется с трещинами, образованными вокруг отверстия образования трещины (4), чтобы обеспечить контроль над изменением и развитием трещин;

d. в месте, где сконструировано отверстие образования трещины (4), строят отверстие ответвления разрыва (3) вовнутрь устойчивой кровли (14) над угольным пластом (8) в направлении, обращенном к рабочей поверхности (7), для ослабления зоны ответвления устойчивой кровли (14) и контролируют положение ответвления разрыва устойчивой кровли (14);

е. в месте, где сконструировано отверстие образования трещины (4), строят отверстие соединения трещины (6) вовнутрь устойчивой кровли (14) над угольным пластом (8) в направлении, противоположном рабочей поверхности (7), выполняя контурное бурение глубокой скважины путем подрывного процесса в отверстии соединения трещины (6) таким образом, что отверстие соединения трещины (6) соединяется с трещинами, сформированными вокруг отверстия образования трещины (4), направленного распространения трещины и расширения отверстия (5), а также отверстия ответвления разрыва (3), в конечном счете формируя группу искусственно направляемых трещин (15), имеющих конкретные направления и морфологические характеристики внутри устойчивой кровли (14), которая находится на расстоянии длиной L от изменения продвижения напряжения;

е. выполняют выемку на рабочей поверхности (7) обычным способом, при этом во время выемки напряжение, вызванное ведением горных работ, увеличивается до достижения пиковой точки напряжения, напряжение, вызванное ведением горных работ, вызывает образование трещин в угольном пласте (8) и устойчивой кровле (14), газ (16) внутри угольного пласта (8) начинает десорбироваться и рассеиваться, а вокруг группы искусственно направляемых трещин (15), образованных внутри устойчивой кровли (14), образуется большое количество новых трещин, которые соединяются с трещинами, образованными в разработке месторождения;

g. каждый раз рабочая поверхность продвигается на 1/2 длины L зоны изменения продвижения напряжения, повторяя этапы от b до е, при которых делают группу отверстий для искусственно направляемых трещин;

h. по мере того как рабочая поверхность продвигается, напряжение, вызванное ведением горных работ, начинает падать с пиковой точки напряжения, где уменьшение ограничивающего давления приводит к развитию большого количества трещин в устойчивой кровле (14), отверстие соединения трещины (6) начинает продуцировать эффект соединения межгрупповых трещин, смежные искусственно направляемые трещины (15) начинают соединяться друг с другом, таким образом сетевые приоритетные пути миграции газа (17) формируются внутри устойчивой кровли (14), в то же время развитие трещин внутри устойчивой кровли (14) снижает жесткость и несущую способность устойчивой кровли (14), устойчивая кровля (14) начинает проседать, начинают формироваться трещины отделения пластов (18), а газ (16), десорбированный из угольного массива (8), начинает мигрировать и проходить вверх по сетевым приоритетным путям миграции газа (17) и накапливаться в трещинах отделения слоев (18);

i. по мере того как рабочая поверхность (7) продолжает продвигаться, трещины внутри устойчивой кровли (14) дополнительно развиваются за рабочей поверхностью (7), где сетевые приоритетные пути миграции газа (17) постепенно формируются в полную форму, в то же время разрывы от отделения пластов (18) в кровле продолжают расширяться, а газ (16) постепенно концентрируется внутри разрывов отделения слоев (18) в кровле по сетевым приоритетным путям миграции газа (17);

формирование сетевых приоритетных путей миграции газа (17) внутри устойчивой кровли (14) снижает общую прочность и жесткость устойчивой кровли (14), время посадки и разрушения, а также протяженность устойчивой кровли (14) уменьшаются, разрушение происходит за рабочей поверхностью (7), зона трещин разрыва от отделения слоев (19) в кровле формируется над выработанным пространством 9, а газ 16 в выработанном пространстве 9 мигрирует вверх и концентрируется в зоне трещин разрыва от отделения пластов 19;

j. определяют, в соответствии с расположениями построенного отверстия образования трещины (4), направленное распространение трещины и расширение отверстия (5), а также характеристики залегания в кровле (13), местоположение зоны трещин разрыва отделения пластов (19) в кровле над выработанным пространством (9) и расположение скважин для отвода и извлечения газа (11) в ограниченной выработке (10);

k. строят скважины для отвода и извлечения газа (11) в зоне разрыва от отделения пластов (19) над выработанным пространством (9) в ограниченной выработке (10) за рабочей поверхностью (7) и осуществляют централизованный отвод и извлечение газа (16) в зоне разрыва отделения пластов (19).

2. Метод по п. 1, отличающийся тем, что высота забоя скважины в отверстии образования трещины (4) составляет от 2 до 3 м над уровнем устойчивой кровли (14).

3. Метод по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между концами двух направленных распространений трещин и расширения отверстия (5), противоположно сконструированных в основном вентиляционном штреке (2) и боковом вентиляционном штреке с ограниченным входом (1), не превышает 20 м, а расстояние b между концами двух отверстий образования трещин (4), противоположно сконструированных в основном вентиляционном штреке (2) и боковом вентиляционном штреке с ограниченным входом (1), не превышает 1/3 от длины рабочей поверхности (7).

4. Метод по п. 1, отличающийся тем, что множество скважин для отвода и извлечения газа (11) сконструированы в ограниченной выработке (10).

5. Метод по п. 1 или 4, отличающийся тем, что угол наклона α скважины для отвода и извлечения газа (11), построенной в ограниченной выработке (10), больше, чем угол наклона отверстия образования трещины (4).