Способ дегазации при проходке выработок Советский патент 1988 года по МПК E21F7/00 

Ю

О5

00

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовяно для снижения газообильности и предотвра- Шения газодинамических явлений при нро- ходке выработок.5

Целью изобретения является повышение эффективности дегазации за счет увеличения газоотдачи массива в скважины, а также повышение безопасности буровых работ. На фиг. 1 представлена схема расположения скважин; на фиг. 2 - разрез А-А на 0 фиг. 1, расположение дегазационных и разгрузочной скважин при проходке выработки по мошному угольному пласту; на фиг. 3 - схема расположения разгрузочной и дегазационных скважин при проведении выработ- |г ки по пластам тонким и средней мошности с расположением разгрузочной скважины, пробуренной из специально проведенного гезенка, в устойчивых породах кровли; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3: на фиг. 5 - схема расположения дегазационных и раз- 20 грузочной скважин при наличии выбросо- опасной пачки угля в почве проводимой выработки и расположений разгрузочной скважины под выбросоопасной пачкой; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - график изменения газовыделения из контрольной скважины в процессе ее проведения. Способ дегазации осуществляют следующим образом.

Из выработки 1 (фиг. 1, 3 и 5) проводят по пласту скважины 2 за контур будущей .,Q выработки 3 на глубину зоны дренирования пласта выработкой в разгруженном массиве.

Скважины 2 обсаживают у устья герме- тизаторами и подключают к газопроводу. После предварительной дегазации через 5 скважины 2 массива по ходу выработки начинают проходку выработки 3. Из забоя выработки бурят на длину проведения барь- ерных скважин разгрузочную скважину 4 (фиг. I-6), обсаживают ее трубами впереди забоя выработки на длине разгрузки масси- 40 ва выработкой и производят разгрузку массива. В разгруженную зону из боков выработки бурят барьерные скважины 5.

При торпедировании массива путем взрывания предохранительных зарядов ВВ их дг располагают против каждой скважины, проведенной перекрестно направлению подви- гания выработки. Делают глиняную забойку в скважине у ее устья, затем скважину заполняют водой и в водонаполненной скважи- н е взрывают заряды ВВ.50

Разгрузку массива можно выполнять и другими известными способами, например, электрогидравлическим воздействием с использованием эффекта Юткина, схлопыва- нием вакуумиых баллонов и т. д. В зависимости от способа разгрузки массива будут 55 предъявляться и соответствующие требования к устройству разгрузочной скважины, обсадке и герметизации.

На период разгрузки массива перекрестные выработке скважины на участке длины разгрузочной скважины отключают от вакуума, а после проведения разгрузки их вновь подключают к газопроводу и на них сосредотачивают вакуум и поддерживают его на максимально возможном уровне в период бурения барьерных скважин в разгрузочной зоне.

При проведении выработки на мощном пласте скважины, перекрестные выработке, располагают в слое ниже выработки, чтобы иметь возможность дегазировать пласт после прохода выработки над ними и снижать газовыделение в выработку из нижнего слоя пласта.

На пластах тонких и средней мощности перекрестные выработке и барьерные скважины располагают в пределах высоты выработки (фиг. 4).

При значительной нарущенности пласта разгрузочную скважину располагают на контакте пласта с вмещающими породами или в породах кровли (почвы) пласта (фиг. 3 и 4). В кровле выработки провод 1т гезенк б, из которого над пластом бурят разгрузочную скважину 4 по устойчивым породам кровли выше зоны трещинообразо- вания над выработкой (3-4 м). Скважину после проведения разгрузки обсаживают, герметизируют у устья и подключают к газопроводу. В тех случаях, когда разгрузочную скважину проводят на контакте пласта с кровлей, после разгрузки массива разгрузочную скважину обсаживают цельнонатяну- тыми трубами и герметизируют у устья, а на остальной части обсаживают перфорированными трубами и подключают к газопроводу. Подключение разгрузочной скважины к газопроводу повышает безопасность бурения барьерных скважин в разгрузочной зоне.

При наличии оборудования для направленного бурения разгрузочную скважину целесообразно бурить по вмещающим пласт породам или на контакте с ними непосредственно из выработки. Надобность в проведении специального гезенка в кровле выработки в этом случае отпадает. Скважину бурят в кровле выработки вначале с подъемом, а затем на нужной высоте над выработкой выводят в параллельное пласту направление. Аналогичным образом поступают при бурении разгрузочной скважины из почвы выработки в подстилающие пласт породьи

В тех случаях, когда выработку проводят по выбросоопасному пласту, имеющему выбросоопасную- пачку угля, разгрузочные скважины бурят над или под выбросоопасной пачкой (фиг. 5 и 6). Разгрузочную скважину 4 проводят под выбросоопасной пачкой 7. Скважину бурят в почву подготовительной выработки с выходом под выбросоопасную пачку, после чего ее отклоняют до

направления, параллельного пласту, и добу- ривают до проектной длины.

Расстояние между параллельной пласту частью разгрузочной скважины и выбросо- опасной пачкой принимают из условия хоро- шей сохранности скважины до проведения разгрузки массива, что необходимо для удобного размещения в скважине энергоносителя. Из практики ведения горных работ известно, что разгрузочное влияние скважины обычно не превышает 5-7 ее радиусов. Таким об- разом, расположение скважины на расстояние свыше 7 радиусов от выбросоопасной пачки гарантирует от того, чтобы она оказала разгрузочное влияние на выбросоопасную пачку и в скважине мог произойти выброс и нарушиться целостность скважины до раз- мешения в ней энергоносителя.

Герметизацию разгрузочной скважины, проведенной над или под выбросоопасной пачкой, производят до длины, начиная с которой скважина идет параллельно пласту.

Величину заряда энергоносителя при торпедировании массива взрывом ВВ, закладываемого в разгрузочной скважине, устанавливают из условия пересечения треш.ина- ми разгрузки пласта на всю мош.ность слоев, из которых происходит газовыделение в выработку. По существующим нормативным документам с учетом принятого типа ВВ устанавливают величину заряда для обеспечения требуемого радиуса трещинообразо- вания. Если разгрузку производят другими способами (электрогидравлическим воздействием, схлопыванием вакуумных баллонов и т. д.), для которых не разработаны инженерные методы расчета параметров трещино- образования, энергию воздействия опреде- ляют опытным путем.

В пределх мощности пласта скважины предварительной пластовой дегазации, перекрестные выработке, располагают из условия равномерной дегазации пласта по мощности. На мощных пластах их размещают ниже (выше) выработки с тем, чтобы дегазировать массив и после прохода выработки. Барьерные скважины в пределах мощности пласта располагают согласно нормативным документам исходя из общих соображений, Нет необходимости в непосредственном пересечении барьерными скважинами перекрестных выработке компенсационных скважин, поскольку связь между ними достигается при разгрузке массива.

Разгрузка массива увеличивает ширину зоны дренирования пласта выработкой. Местоположение разгруженной зоны устанавливают опытным путем. При первоначальном применении предлагаемого способа дегазации на конкретном пласте устанавливают ширину этой зоны. Для этого от начала выемочного столба из выработки 1 (фиг. 1) проводят компенсационные скважины 2 за контур будущей выработки 3 на длину, равную ширине зоны дренирования пласта выработкой в неразгруженной зоне. Затем из оконтуриваюшей панельной (этажной) выработки проводят разгрузочную скважину по ходу подготовительной участковой выработки и производят разгрузку массива на компенсационные полости. При этом протяженность первоначально обуренного компенсационными скважинами участка пласта должна равняться принятой длине серии барьерных скважин (длине разгрузочной скважины), которая обычно составляет 100-150 м.

После осуществления разгрузки массива из выработки 1 проводят дополнительную контрольную скважину, параллельную компенсационным скважинам. При проведении контрольной скважины измеряют газовыделение из скважины. Затем графически представляют изменение газовыделения из контрольной скважины по мере увеличения ее длины. Резкое возрастание газовыделения в скважину свидетельствует о пересечении забоем контрольной скважины границы зоны разгрузки.

Путем проведения касательных к кривой изменения газовыделения в скважину перед и после резкого возрастания газовыделения находят положение границы зоны разгрузки.

На величину полученной таким образом ширины зоны разгрузки увеличивают ширину зоны дренирования пласта выработкой в неразгруженном массиве, известную для данного пласта из опыта или определенную согласно нормативным документам. В дальнейшем обуривают выемочный столб скважинами, перекрестными выработке, с учетом полученной щирины зоны дренирования пласта подготовительной выработкой в разгруженной зоне.

В связи с тем, что на первоначальном участке проведения выработки компенсационные скважины перебуривают за контур выработки только на ширину зоны дренирования пласта выработкой в неразгруженной зоне, в выработку будет происходить повы- щенное газовыделение, поскольку остается недегазированной часть массива, фактически отдающая газ в выработку. Однако это будет иметь место лишь в первый период проведения выработки, когда ее длина еще невелика и газоотдача со стенок выработки также незначительна.

Результаты проведенных исследований показали, что скважины предварительной пластовой дегазации через 10-15 сут на одну треть и более своей длины оказываются неработоспособными вследствие нарушения целостности их стенок и переваливания скважин, заполнения угольным штыбом и глинистой массой. Этим эффектом объясняется недостаточная и неравномерная дегазация массива пластовыми скважинами, особенно удаленного от устья скважины участка. Указанные причины обусловили недостаточную распространенность способа дегазации пласта по ходу подготовительной выработки скважинами предварительной пластовой дегазации, пробуренными за контур будущей выработки, несмотря на возможность дегазации пласта в течение длительного времени (б мес и более).

Переваливание скважины ведет к образованию замкнутой полости, в которой накапливается газ. При высокой газоносности пласта и значительном газовом давлении в нем в этой полости может накопиться газ под большим давлением. Вскрытие таких полостей подготовительной выработкой, особенно на участках пласта, сложенных тектонически нарушенным, ослабленным углем, : может привести к развитию выброса угля ; и газа в выработку.

Для исключения подобных отрицатель- : ных явлений, обеспечения эффективной и равномерной дегазации массива при проход- : ке выработки предлагаемый способ предусматривает дополнительное проведение по пласту впереди выработки компенсационных полостей перекрестно направлению движения выработки и осуществление разгрузки ; массива по ходу выработки на эти полости. Компенсационные полости можно образовывать с помощью резания пласта канатными пилами с помощью гидрорезания. Наи- :более простым с технической точки зрения и экономичным является использование в ;качестве компенсационных полостей скважин предварительной пластовой дегазации, : если уже имеется одна из подготовительных ; выработок, оконтуривающих вые.мочный |столб. В тех случаях, когда выработка ведет- |ся первой по пласту, компенсационные полости создают через скважины, пробуренные вкрест пласта из полевых выработок или из выработок ближайшего пласта. До настоящего времени считалось, что если скважинами предварительной пласто- ;вой дегазации не удается в течение длительного времени (6 мес и более) дегазировать угольный пласт, то тем более это невозможно осуществить барьерными скважинами, срок действия которых не превышает 1,5 мес. Поэтому для дегазации при проведении выработок применялся или первый или второй известный способ снижения газоносности угольного массива. При этом, исходя из меньшего объема бурения, обычно использовался способ дегазации барьерными скважинами. Поскольку продолжительность их функционирования невелика и согласно нашим иссле- ,1ов аниям через 10-15 сут может произойти их переваливание, данный способ не давал возможности равномерно дегазировать массив.

В предлагаемом способе сочетают дегазацию массива впереди выработки с помощью компенсационных полостей с дега

5

0

5

0

5

0

5

0

5

зацией блрьерными скважинами. Сочетание скважин предварительной пластовой дегап зации, пробуренных перекрестно подготовительной выработке, и барьерных скважин позволяет исключить вредное влияние переваливания скважин и повысить эффективность и равномерность дегазации.

Газовыделение из пласта в выработку происходит из зоны его дренирования подготовительной выработкой. При разгрузке массива и повышении его проницаемости ширина зоны дренирования пласта выработкой увеличивается. С целью равномерной и эффективной дегазации этой зоны предусмотре- по проведение компенсационных полостей на ширину зоны дренирования пласта выработкой.

Вследствие малого времени функционирования барьерных скважин необходимо интенсифицировать газоотдачу массива в скважины. Это важно для устранения высокого давления газа в переваленных участках скважин предварительной дегазации. Проведенные исследования показали, что случаи попадания одной скважины в другую при их перекрестном бурении чрезвычайно редки. Поэтому из-за малого срока функционирования барьерных скважин для надежного газоотсоса из переваленных участков скважин предварительной дегазации необходимо создать трещинную связь между перекрестными выработке и барьерными скв1ажинами.

С целью повышения проницаемости массива и его газоотдачи в скважину, создания трещинной связи между перекрестными выработке и барьерными скважинами в предлагаемом способе предусмотрена в период проведения выработки разгрузка массива на образованные ранее компенсационные полости - перекрестные выработке скважины, например, путем торпедирования массива. Таким образом, проведенные торпедирования после основного срока дегазации массива по ходу выработки перекрестными ей скважинами сделают несущественным вредное влияние возможного нарушения целостности перекрестных выработке скважин при динамическом воздействии на пласт из разгрузочной скважины. В предлагаемом способе барьерные скважины проводят в уже разгруженном пласте, поэтому вероятность их переваливания значительно меньше, чем в том случае, если они были бы проведены до разгрузки массива. Для надежного обеспечения трещинной связи между перекрестными выработке и барьерными скважинами и уменьшения затрат энергоносителя торпедирование из разгрузочной скважины осуществляют против каждой скважины, пробуренной перекрестно выработке.

После разгрузки массива и бурения барьерных скважин по ходу выработки пласт окажется разделенным на блоки шириной.

равной расстоянию между скважинами предварительной пластовой дегазации и простирающимися на ширину зоны дренирования пласта подготовительной выработкой в разгруженном массиве, для чего предусмотрено проведение перекрестных выработке скважин именно на ширину зоны дренирования пласта подготовительной выработкой в разгруженной зоне. В период разгрузки массива перекрестные скважины являются линиями формирования треш,ин; от них сеть трещин проникает в глубь блоков. Проходящие через блоки барьерные скважины объединяют в единую транспортную систему, образованную при разгрузке сеть трещин, через которую осуществляется движение газа к газо- проводу и эффективная дегазация массива. Повыщает эффективность дегазации дополнительный отсос газа через разгрузочную и непереваленные пластовые скважины, пробуренные перекрестно выработке.

При бурении берьерных скважин в раз- тружённой зоне скважины через трещины соединяются со скважинами, проведенными перекрестно выработке. В случае встречи барьерной скважиной переваленного участка перекрестной скважины с повышенным газовым давлением в барьерную скважину может произойти обильное газовыделение или выброс угля и газа. Для повыщения безопасности буровых работ после разгрузки массива и в период бурения барьерных скважин разгрузочную скважину подключают к газопроводу, а также сосредотачивают вакуум на перекрестных выработке скважинах на протяжении участка бурения барьерных скважин. Подключение разгрузочной скважины и увеличение вакуума на перекрестных выработке скважинах после раз- грузки массива позволяет снизить давление газа в разгруженной зоне, в том числе в переваленных участках скважин, а в период бурения барьерных скважин уменьшить газовыделение в проводимую выработку за счет отведения газа в разгрузочную и перекрестные выработке скважины.

На выбросоопасных пластах скважины, проведенные по выбросоопасной пачке, сложенной обычно слабым перемятым углем, плохо сохраняются. Рагрузочная скважина предназначена для размещения в ней энергоносителя и обязательным условием является хорошая ее сохранность. Поэтому в предлагаемом способе разгрузочную скважину проводят над иЛи под опасной по внезапным выбросам пачкой угля по пласту, на контакте пласта с породами почвы или кровли, по породам почвы или кровли, а выбросоопас- ную пачку вскрывают сетью трещин из разгрузочной скважины. При этом возрастает сохранность трещин в разгруженной зоне, выбросоопасная пачка угля хорошо сообщается с барьерными и перекрестными выработке скважинами, эффективно и равномерно дегазируется. Повышается безопасность

5

0 5 0 5

0

с 0 5

буровых работ, так как исключается или сводится к минимуму бурение скважин по выбросоопасной пачке, которое нередко вызывает выбросы угля и газа в скважину.

В тех случаях, когда разгрузочной скважиной встречаются тектонические нарущен- ные участки пласта, ее укрепляют путем закачки в скважину твердеющих в пластовых условиях растворов. После запЪлнения раствором прискважинных трещин раствор удаляют из скважины (самотеком или специальными устройствами), дают выдержку для затвердевания его в трещинах пласта, а затем размещают в скважине энергоноситель и осуществляют разгрузку массива.

Разгрузочная скважина, проведенная по достаточно устойчивым породам, разветвленной сетью трещин связана с газоносным массивом по ходу выработки, в том числе и с выбросоопасной пачкой угля.

Выбросоопасные угли характеризуются хорошей газоотдачей в трещины и скважины однако радиус газоотдающей зоны очень мал. Поэтому эффективная дегазация выбросоопасной пачки угля возможна только при наличии частой сети трещин (скважин). Подключение к газопроводу разгрузочной скважины, сообщенной с выбросоопасной пачкой разветвленной сетью трещин, позволяет существенно повысить эффективность ее дегазации по ходу выработки. Таким образом, разгрузочную скважину целесообразно подключать к газопроводу не только на период бурения барьерных скважин, но и для дальнейшей дегазации массива при проведении выработки.

Пример. Отрабатывается выбросоопас- ный пласт Дб. Выемка ведется по системе слой-пласт лавами по падению. Применяется столбовая система разработки. Пласт Де имеет среднюю мощность 5,4 м, верхний слой вынимается мощностью 2,6 м, нижний слой 2,4 м. Угли верхнего слоя крепкие, сухие, нижнего слоя трещиноватые с примесью глинистого материала, перемятые. При проведении выработок по верхнему слою пласта Дб отмечаются внезапные поднятия и разломы почвы выработки и обильное газовыделение в нее из нижнего слоя пласта.

Способ дегазации при проведении выработки по пласту Дб осуществляется следующим образом.

Из подготовительной выработки, прилегающей к подготавливаемому выемочному столбу, над выбросоопасным нижним слоем проводят компенсационные скважины за контур будущей выработки на ширину зоны дренирования пласта выработкой в неразгруженной зоне. Расстояние между скважинами 10 м. Барьерные скважины прн проведении выработки принято бурить длиной ПО м. Поэтому обуривают участок выемочного столба компенсационными скважинами на протяжении 110 м. Из транспортерного просека верхнего горизонта по ходу выработки на уровне ее середины проводят разгрузочную скважину длиной 110 м.

Разгрузку массива производят путем его торпедирования зарядами предохранительного ВВ. В качестве взрывчатого вещества взят аммонит ПЖВ-20. Для проведения торпедирования рекомендован мииималь ный диаметр скважины 120 мм. Заряды аммонита ПЖВ-20 массой по 3 кг размещают в разгрузочной скважине против каждой компенсационной скважины. Для того, чтобы точно знать расположение компенсационных скважин по ходу выработки, необходимо применять направленное бурение. При отсутствии устройств для направленного бурения скважин необходимо известными в практике бурения методами установить точное положение компенсационных скважин. ; После размещения в скважине зарядов I ВВ на длине 5 мм от устья скважины делают : глиняную забойку с пропущенными через нее двумя металлическими трубками для заполнения разгрузочной скважины водой. Скважину заполняют водой и перекрывают металлические трубки. Производят торпедирование массива.

Между двумя компенсационными сква- ;жинами параллельно им проводят контроль- ;ную скважину с постоянной фиксацией га- .зовыделения в нее. Строят график (фиг. 7) изменения газовыделения в скважину (g, ) по мере увеличения длины контрольной скважины {4„в, м). Резкий рост газовыделения в скважину свидетельствует о вхождении забоя скважины в разгруженную зону. Для определения границы зоны разгрузки к кривой газовыделения проводят касательные перед и после ее перегиба (линии АВ и ВС на фиг. 7). Точку В пересечения касательных принимают за границу зоны разгрузки. Она расположена на расстоянии 8 м от будущей выработки. С учетом установленной протяженности зоны разгрузки обу- ривают оставшуюся часть выемочного столба и последующие выемочные столбылю данному пласту скважинами, используемыми в качестве компенсационных полостей, увеличенной на 8 м длиной по отношению к их длине при отсутствии разгруженной зоны в пласте, составляющей для пласта Де 15 м.

По прошествии срока предварительной дегазации пласта, составляющего 10 мес (согласно расчету), по ходу подготовительной выработки из панельной выработки (транспортерного просека) бурят первую серию барьерных скважин. В период бурения

барьерных скважин разгрузочную скважину подключают к газопроводу, а на компенсационных скважинах сосредотачивают вакуум на участке бурения барьерных скважин.

Барьерные скважины подключают к газопроводу и на обуренном барьерными скважинами участке пласта проводят подготовительную выработку, предварительно отключив от газопровода разгрузочную скважину.

С учетом неснижаемого запаса дегазируемой барьерными скважинами зоны впереди выработки 10 м останавливают забой выработки, бурят из него разгрузочную скважину а в боках выработки разделывают камеры для следующей серии барьерных скважин.

Проводят разгрузку массива, выполняют бурение очередной серии барьерных скважин и возобновляют проходку выработки.

Формула изобретения

I. Способ дегазации при проходке выработок, включающий периодическое проведение по ходу выработки барьерных и разгрузочной забойной скважин, разгрузку массива путем создания трещин в пласте, подключение барьерных скважин к газопроводу и отсос газа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности дегазации за счет увеличения газоотдачи массива в скважины, вначале по пласту впереди выработки перекрестно направлению ее проходки проводят

компенсационные скважины за контур выработки на радиус дренирования массива выработкой в разгруженной зоне и производят предварительную дегазацию массива, после чего проводят разгрузочную забойную скважину на длину проведения барьерных

скважин и осуществляют разгрузку массива, а затем проводят барьерные скважины.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что разгрузку массива осуществляют торпедированием его зарядами ВВ против каждой компенсационной скважины.

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности буровых работ, в период проведения барьерных скважин разгрузочную забойную скважину подключают к газопроводу, а на компенсационНых скважинах, расположенных на участке проведения барьерных скважин, создают вакуум.

4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что на выбросоопасных пластах разгрузочную забойную скважину проводят над или под опасной по внезапным выбросам пачкой угля

±

l 11

n

II

LL

H

I

i

1

i/

Изобретение относится к области горной пром-ти и М. б. использовано для снижения газообильности и предотвращения газодинамических явлений при проходке выработок. Цель изобретения - повышение эффективности дегазации за счет увеличения газоотдачи массива в скважины (С). Для этого впереди выработки по пласту перекрестно направлению ее проходки проводят компенсационные С за контур выработки на радиус дренирования массива выработкой в разгруженной зоне, после чего проводят разгрузочную забойную С на длину проведения барьерных С. Разгружают массив с помошью торпедирования зарядами ВВ против каждой компенсационной С. Затем проводят барьерные С. Для повышения безопасности буровых работ в период проведения барьерных С разгрузочную забойную С подключают к газопроводу, а на компенсационных С, расположенных на участке проведения барьерных С, создают вакуум. На выбросоопасных пластах разгрузочную забойную С проводят над или под опасной по внезапным выбросам пачкой угля. Расстояние между параллельной частью разгрузочной С и выбросоопасной пачкой принимают из условий хорошей сохранности до проведения массива. Это необходимо для удобного размещения в С энергоносител-я. 3 3. п. ф-лы, 7 ил. с е (Л

I р

UJLI

ТГ

II

Г

IL

|l Ji.

г

Lltl

I

l

II

-/f

фиг. 2

f о

/

2 фигМ

5

о

о

Q

1

фаг.5 В-В

Н 5

:i

фаг.б

д., . 0,20т w,/v