Способ дегазации выемочных полей Советский патент 1989 года по МПК E21F7/00 

|

сд со о

05

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с газом и газодинамическими явлениями на шахтах, отрабатываюших газоносные пласты.

Целью изобретения является повышение эффективности и равномерности дегазации за счет интенсификации газоотдачи уголь- |ного массива и увеличения пропускной способности дегазационной системы.

дегазацию осушествляют согласно схеме (фиг. 2).

Схему, изображенную на фиг. 3, предпочтительно использовать при отработке выемочных столбов лавами по падению или восстанию, а также при отработке пластов лавами по простиранию при восходящем порядке отработки выемочных столбов (участков).

В процессе обуривания выемочных участНа фиг. 1 изображена схема дегаза- Ю ков (столбов) пластовые скважины сразу ции параллельно-одиночными скважинами же после проведения подключают к де- выемочных полей до начала их отработки лавой; на фиг. 2 - схема дегазации

пласта перекрестными скважинами; на i фиг. 3 - схема дегазации выемочного I поля до проведения выработки, оконтури- вающей участок; на фиг. 4 - схема I дегазации выемочного поля в период его отработки лавой.

Способ дегазации выемочных полей реа- |лизуется следующим образом.

Выемочное поле оконтуривают выработками 1--4 (фиг. I и 2), а центральной выработкой 5 разделяют поле на участки (на фиг. 1 и 2 показано два участка). Из оконтуривающих или цен15

газационному трубопроводу (на фиг. 1 и 2 не. показан), используя при этом переносные герметизаторы.

На центральную выработку 5 проводят с поверхности вертикальные скважины 10, а после завершения буровых работ центральную выработку герметизируют от шахтной атмосферы перемычками 11 и 12. Пробуренные с поверхности скважины под- 20 ключают к газопроводу, проложенному на поверхности. Выделяющийся в лробуренные по пласту скважины 6 и 8 метан и подсасываемый в небольших количествах из оконтуривающих выработок 1 и 3 воздух

;,-.д.,.. .. ....j....... , ..транСпортируются в центральную выработку

тральной выработок бурят по пласту на 5, а затем через вертикальные скважины всю ширину выемочного участка сквоз- 10 - на поверхность за счет вакуума, ные скважины 6, которые со стороны создаваемого в центральной выработке через оконтуривающих выработок 1 и 3 оборудуют устройствами 7 с клапанами, исключающими утечки газа в эти выработ- п й через сквозные пластовые скважины ки.смеси и создания -в пластовых скважинах

оптимальной интенсивности просасывания

Скважины 6 по пласту проводят па- воздуха на выходах скважин в оконтури- раллельно очистному забою (фиг. 1) или вающие выработки устанавливают устройст- с разворотом навстречу ему 8 (фиг. 2). за 7 с регуляторами аэродинамического Для повыщения равномерности дегазации сопротивления скважин. В регуляторах такэ я puAT ыгч/п ыа QTA пицпт талглаиыа ,-

же могут быть установлены предохранительные клапаны, предотвращающие поступление метана из пластовых скважин в оконту- ривающие выработки в случае переваливания или затопления участка скважины.

нутые на забой лавы. В этом случае об- 40 Предохранительные клапаны в регуляторах ратные клапаны в регуляторах 7 на сква- g обязательном порядке устанавливают при

проведении одиночных пластовых с кважин 6 (фиг. 1), а при проведении перекрестных скважин 6 и 8 (фиг. 2) предохранительные клапаны на скважинах можно не устаскважины с поверхности.

Для регулирования метана в отсасываеза счет исключения отрицательного влияния эффекта переваливания скважин или затопления участков скважин водой целесообразно проводить по пласту перекрестные скважины 6 и скважины 8 (фиг. 2), развержинах можно не устанавливать.

При использовании схем подготовки вь1е- мочных полей с последовательной нарезкой выемочных столбов в панели (фиг. 3) на оконтуренном выемочном столбе проводят навливать сквозные одиночные скважины 6 или перекрестные скважины 6 и 8, а на соседнем с центральной выработкой 5 не полностью оконтуренном выемочном столбе проводят перекрестные скважины 6 и 8 за контур будущей выработки 9. До начала проведения выработки 9 прилегающий к центральной выработке на полностью оконтуренный выемочный столб дегазируют перекрестными скважинами 6 и 8, образующиУстройство 7 может быть выполнено в виде диафрагмы с калиброванным отверстием и гибким клапаном. Регулированием, например, с помощью задвижки количества подсасываемого в пластовую скважину воздуха создают оптимальные условия в скважине для смыва диффузионного метанового слоя со стенок скважины и снижения

парциального давления метана в ней, что ми аэродинамически замкнутую равномер- 55 интенсифицирует газоотдачу угольного мас- ную сетку полостей в угольном массиве. сива в скважину. Кроме того, просасыва- После проведения выработки 9 эти сква- ние воздуха через скважину ускоряет осу- жины станут сквозными и в последующем шение скважины и прилегающей к ней зоны

дегазацию осушествляют согласно схеме (фиг. 2).

Схему, изображенную на фиг. 3, предпочтительно использовать при отработке выемочных столбов лавами по падению или восстанию, а также при отработке пластов лавами по простиранию при восходящем порядке отработки выемочных столбов (участков).

В процессе обуривания выемочных участ ков (столбов) пластовые скважины сразу же после проведения подключают к де-

5, а затем через вертикальные скважины 10 - на поверхность за счет вакуума, создаваемого в центральной выработке через й через сквозные пластовые скважины смеси и создания -в пластовых скважинах

скважины с поверхности.

Для регулирования метана в отсасывае навливать

Устройство 7 может быть выполнено в виде диафрагмы с калиброванным отверстием и гибким клапаном. Регулированием, например, с помощью задвижки количества подсасываемого в пластовую скважину воздуха создают оптимальные условия в скважине для смыва диффузионного метанового слоя со стенок скважины и снижения

угольного пласта, предотвращает затопление скважины водой. В конечном счете с помощью регулирования задвижек устанавливают максимальный дебит метана на устьях скважин 10.

Преимущество предлагаемого способа дегазации выемочных полей состоит в том, что благодаря небольщой протяженности и высокой пропускной способности транспортных путей для метановоздущной смеси оказывается несущественной величина концентрации метана в отсасываемой смеси. В случае, когда извлекаемую метановоздушную смесь утилизируют, с помощью задвижек устанавливают нормативную концентрацию меустьях вертикальных скважин. со стороны оконтуривающих выработок 1

тана на

При этом условия просасывания воздуха через пластовые скважины могут отклоняться от оптимальных по смыву метана и осушению скважин, однако дебит пластовых скважин по метану будет значительно преи 3 клапанов в регуляторах 7, а если не требуется регулировать концентрацию метана в отсасываемой смеси, нет надобности и в целом в установке регуляторов 7.

Для предотвращения газовыделения из

выщать дебит пластовых скважин при при- 20 пластовых скважин в выработки в период

обуривания выемочного столба пробуренные скважины временно соединяют с ближайшими вертикальными скважинами и подключают последние к вакуум-насосу.

меняемом в настоящее время способе дегазации. Вследствие использования в предлагаемом способе дегазации смыва воздухом диффузного слоя метана, снижения парциального давления метана в скважинах и их осушения существенно повышается равномерность дегазации.

Проведение сквозных скважин на всю ширину выемочного столба дает возможность по подсосам воздуха в скважину

25

Перед началом очистных работ (пбсле дегазации выемочных полей) вертикальные скважины 10 отключают от газопровода и убирают герметизирующие центральную выработку перегородки 11 и 12. В связи с

на устройствах 7 контролировать со стороны ЗО выемочные поля могут быть

оконтуривающей выработки состояние скважин, их работоспособность.

Резкое снижение количества подсасываемого воздуха в скважину свидетельствует о переливании части сечения скважины, а причиной постепенного уменьшения является затопление скважин. При нарушении работоспособности скважины можно принять оперативные меры по восстановлению ее целостности или осушению. Благодаря этому обеспечивается равномерная и эффективная дегазация угольного пласта.

Равномерность и эффективность дегазации может быть повышена также путем проведения скважин 8, перекрестных параллельным очистному забою скважинам 6 (фиг. 2). Перекрестное расположение скважин 6 и 8 исключает отрицательное влияние переваливания скважин и предотвращает затопление скважин воДой не только за счет испарения влаги в просасываемый по скважине воздух, но и вследствие пепредставлены участками с различной газоотдачей, например, вследствие наличия геологических нарушений, и учитывая повышенную газоотдачу пласта в зоне техногенного трещинообразования, скважины 6

ос (фиг. 1) или 6 и 8 (фиг. 2) герметизируют со стороны центральной выработки и подключают к газопроводу 13 (фиг. 4), который через вертикальную скважину сообщен с вакуум-насосом (не показан). Пластовые скважины функционируют до под40 хода к ним очистного забоя.

После подработки лавой скважины, пробуренной с поверхности, скважину 10 вновь подключают к газопроводу и с ее помощью дегазируют выработанное пространство (фиг. 4). Для дегазации выработанного пространства вертикальная скважина должна иметь перфорацию в обсадной колонне на высоту от кровли пласта до границы зоны трещинообразования и расслоения пород в подрабатываемой толще.

45

ретока жидкости по сетке скважин и тре- сп - ичину зоны трещинообразования и расщинам между ними.

При бурении пластовых скважин по схеме, изображенной на фиг. 2, переваливание отдельных участков скважин не вызывает неравномерную дегазацию пласта, так как

слоения в подрабатываемой толще определяют по нормативным документам. Чтобы скважина с поверхности могла служить многократно, т. е. вначале в качестве газопровода при дегазации выемочных полей

прилегающая область дегазируется пере- 55 ДО начала очистных работ, а затем для крестной скважиной и в целом газ мо- дегазации выработанного пространства, применяют специальную конструкцию скважины.

жет свободно перемещаться между скважинами по трещинам, образующимся в месте пересечения скважин благодаря их разгрузочному действию на массив, а также по природным трещинам. Поэтому при переваливании скважины только ее небольшой

участок, прилегающий к оконтуривающей выработке, может отдавать метан в нее. Однако этот участок скважины находится в зоне дренирования пласта выработкой и газовыделение из него в оконтуривающую выработку не может быть существенно большим естественного газовыделения со стенками выработки. Поэтому при использовании для дегазации выемочного столба перекрестных скважин 6 и 8 {фиг. 2) не является обязательной установка на скважинах

со стороны оконтуривающих выработок 1

и 3 клапанов в регуляторах 7, а если не требуется регулировать концентрацию метана в отсасываемой смеси, нет надобности и в целом в установке регуляторов 7.

Для предотвращения газовыделения из

пластовых скважин в выработки в период

25

Перед началом очистных работ (пбсле дегазации выемочных полей) вертикальные скважины 10 отключают от газопровода и убирают герметизирующие центральную выработку перегородки 11 и 12. В связи с

ЗО выемочные поля могут быть

представлены участками с различной газоотдачей, например, вследствие наличия геологических нарушений, и учитывая повышенную газоотдачу пласта в зоне техногенного трещинообразования, скважины 6

ос (фиг. 1) или 6 и 8 (фиг. 2) герметизируют со стороны центральной выработки и подключают к газопроводу 13 (фиг. 4), который через вертикальную скважину сообщен с вакуум-насосом (не показан). Пластовые скважины функционируют до под0 хода к ним очистного забоя.

После подработки лавой скважины, пробуренной с поверхности, скважину 10 вновь подключают к газопроводу и с ее помощью дегазируют выработанное пространство (фиг. 4). Для дегазации выработанного пространства вертикальная скважина должна иметь перфорацию в обсадной колонне на высоту от кровли пласта до границы зоны трещинообразования и расслоения пород в подрабатываемой толще.

5

п - ичину зоны трещинообразования и рас - ичину зоны трещинообразования и расслоения в подрабатываемой толще определяют по нормативным документам. Чтобы скважина с поверхности могла служить многократно, т. е. вначале в качестве газопровода при дегазации выемочных полей

1453046.

5

Для обеспечения высокого вакуума в цен-пользовании перекрестных скважин (фиг. 2

тральной выработке, исключения поступле-и 3), поскольку не только ускоряется

ния воды внутрь скважины на периодосушение массива за счет просасывания

дегазации выемочных полей пластовымивоздуха через скважины, но и обеспечискважинами и центральной выработкой вг вается переток жидкости по развитой сисскважину 10 опускают внутреннюю колоннутеме полостей (скважин) и трещин, а при

трубы и соединяют ее с газопроводомналичии отдельных затопленных участков

на поверхности. К этой, колонне можноскважин остаются каналы для миграции

также присоединить пластовые скважины 6газа.

(фиг. 1) или скважины 6 и 8 (фиг. 2) в

период обуривания выемочных полей, а в пе- Весьма эффективно применение предлариод их отработки лавой подсоединятьгаемого способа дегазации на пластах,

пластовые скважины, функционирующие вподвергающихся подработке или надработке.

зоне техногенного трещинообразования, иБлагодаря возможности обеспечить с малыдругие на дегазируемых участках,, если вми гидравлическими потерями транспорт

этом есть необходимость. Наружная колонна. метановой смеси от газоотдающих коллектруб на участке газоотдающих коллекто-торов на поверхность (использование в каров имеет перфорацию.честве транспортного канала центральной

При подходе лавы к скважине 10,выработки и укороченного газопровода -

пробуренной с поверхности, ее отключаютвертикальной скважины) создаются удобстот газопровода, извлекают внутреннюю ко-ва для эффектив ного отсоса больших объелонну, а вместо нее опускают в сква-20 мов выделяющегося в раскрываемые в массижину перфорированную трубу, перекрываю-ве трещины, скважины и центральную выращую участок газоотдающих коллекторов вботку метана. При этом вертикальную сквакровле разрабатываемого пласта. После про-жину 10 большого диаметра проводят на

хода очистным забоем скважины 10 ее вновьцент ральную выработку 5 в стороне, протиподключают к газопроводу и используют длявоположной расположению лавы на подра: дегазации выработанного пространства.батывающем (надрабатывающем) пласте.

В случае, когда применяют возвратноточ-В том случае, когда отсутствуют подго- ную на массив схему проветривания (фиг. 4)товительные выработки на надрабатываемом устраивают кроссинг 14 и исходящую(подрабатываемом) пласте, проводят внача- струю направляют по центральной выработ-ле одиночную центральную выработку, из ке 5. Ча сть исходящей струи, поступающей которой бурят пластовые перекрестные сква- в выработанное пространство лав, направ-жины на оба выемочных столба, примы- ляют в глубь выработанного пространствакающих к центральной выработке. При этом за счет вакуума, создаваемого вертикаль-перекрестные скважины проводят за контур ными скважинами 10. Это способствуетбудущих выработок на ширину зоны снижению газообильности сопряжений лав сдренирования пласта подготовительной вы- центральной выработкой, исключает их зага- работкой. В период работы по отрабаты- зование. ваемому пласту выемочные поля на под- Использование вертикальных скважин срабатываемом пласте эффективно дегази- поверхности вначале в качестве газопроводаруют через пластовые перекрестные сква- для пластовой дегазации, а затем для де-жины, а также центральную выработку, газации выработанного пространства позво-40 В послед ующем в дегазированном массиве ляет сократить затраты на дегазацию вые-с высокой скоростью проводят оконтуриваю- мочных полей, а использование сквозныхщие выработки и осуществляют дегазацию скважин по схемам, изображенным навыемочных полей на подработанном пласте фиг. 1-4, - повысить эффективность ис помощью сквозных скважин и централь- равномерность пластовой дегазации.ной выработки. При использовании предла- Для интенсификации газоотдачи угольно- гаемого способа в случаях подработки мощ- го массива в скважины применяют гидро-ных пластов, имеющих большие запасы газа, разрыв пласта, разгрузку пласта путемобеспечивается в 5-15 раз более высокая надработки или подработки, используютгазоотдача пласта по сравнению с извест- эффект трещинообразования в зоне влиянияными величинами газоотдачи неразгружен- очистного забоя.ных пластов. В короткое время осущест- При использовании предлагаемого спосо-° вляют дегазацию пласта до уровня, обес- ба дегазации выемочных полей в сочета-печивающего переведение его в безопас- нии с гидроразрывом пласта создаютсяное по газу состояние, и отработку его с условия, которые значительно снижаютлюбой нагрузкой на лаву без ограничения отрицательное влияние заводнения уголь-по газовому фактору. Предлагаемый способ ного пласта, обеспечивается более благо-55 позволяет также предотвратить обильное приятное воздействие гидроразрыва на ин-газовыделение из подрабатываемого (над- тенсификацию газоотдачи угля. Особеннорабатываемого) пласта в лаву на под- благоприятные условия создаются при ис-рабатывающем (надрабатывающем) пласте.

Схема дегазации с использованием эффекта подработки (надработки) является перспективной для подготовки газоносных, в том числе и выбросоопасных пластов для

пиллярной влаги позволит создать базу для глубокой дегазации угольного пласта. Использование схем подготовки и дегазации выемочных полей в условиях подбезопасной и интенсивной разработки как работки (надработки) позволит создать выпри восходящем, так и при нисходящем порядке отработки угольных пластов в свите, т. е. когда ведение очистных работ на одном из пластов свиты оказывает разгружающее влияние на другие пласты свиты.

В период подготовки угольного пласта в свите к разработке по сближенным пластам проводят передовые выработки, которые в дальнейшем оказываются центральными. Из центральных выработок по сблисокую концентрацию горных работ с интенсивной отработкой выемочных полей и высокими технико-экономическими показателями.

Формула изобретения

вительные выработки. Газовыделение в эти выработки незначительное благодаря тому,

что они проводятся в хорошо дегазированной зоне, а также вследствие образо1. Способ дегазации выемочных полей, включающий бурение скважин из выработок по пласту и скважин с поверхности до пе- женным пластам проводят на всю ширину . ресечения с пластом, герметизацию скважин, будущих выемочных столбов и за контур подключение их к газопроводам и отсос будущих выработок перекрестные скважины газа, отличающийся тем, что, с целью по- (аналогичио схеме на фиг. 3). В период вышения эффективности и равномерности де- подготовки к отработке сближенных плас- газации за счет интенсификации газоотдачи тов в дегазированной зоне проводят ско- угольного массива и увеличения пропуск- ростным способам оконтуривающие подгото- 20 ной способности дегазационной системы, перед бурением скважин выемочное поле окон- туривают выработками и разделяют на участки центральной выработкой, причем скважины по пласту бурят сквозными на вания при проходке выработок сообщения всю ширину выемочного участка, а сква- через сквозные скважины зоны пласта, при- жины с поверхности бурят на централь- легающей к одной из стенок выработки, ную выработку, при этом подключение с центральной выработкой, находящейся под пластовых скважин к газопроводам произво- вакуумом.дят в процессе обуривания выемочного

Таким образом, газовыделение в прово- участка, а после завершения буровых ра- димую выработку происходит практически ЗО ° пластовые скважины отключают от га- только с одной стенки, а впереди выра- зопроводов, а центральную выработку гер- ботки и со стороны другой стенки метан метизируют от шахтной атмосферы и созда- отсасывается в центральную выработку, ют в ней вакуум путем подключения сква- сообщенную с дегазационной системой.жин, пробуренных с поверхности, к гаПосле проведения оконтуривающих выра- зопроводу, проложенному на поверхности, боток перекрестные скважины становятся 35

сквозными, т. е. через них обеспечивает-2. Способ по п. 1, отличающийся тем,

что скважины, пробуренные по пласту, оборудуют клапанами, которые устанавливают со стороны оконтуривающих выемочное поле выработок, и перекрывают сечения скважин при образовании в ней потока газа в сторону оконтуривающей выработки. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед началом очистных работ центральную выработку вскрывают, а скважины.

ся просасывание воздуха через массив дегазируемых выемочных столбов. Благодаря снижению парциального давления метана в скважинах за счет просасывания воздуха обеспечивается более глубокая дегазация массива, так как со снижением парциального давления метана на границах газо- отдающих блоков угля также снижается и величина остаточной газоносности угля. Сле40

довательно, создаются условия для глу- 45 пробуренные по пласту, подключают к габокой дегазации пласта и перевода его в неопасное по газу состояние по существующим нормативным критериям. Способствует этому интенсификация осушения массива за счет просасывания воздуха. Влага

в мелких порах угля может достигать десятков атмосфер, а основное количество метана в угле содержится в переходных и микропорах, то освобождение их от ка

зопроводу и сообщают их с вертикальной скважиной.

4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что после подработки очистным забоем скважины, пробуренной с поверхности, через нее

удаляется из более мелких капилляров 50 отсасывают газ из выработанного прост- угля. Поскольку капиллярное давление влагиранства.

5.Способ по п. 1, отличающийся тем, что на пластах, сложенных низкопрочными углями, скважины по пласту проводят перекрестными.

пиллярной влаги позволит создать базу для глубокой дегазации угольного пласта. Использование схем подготовки и дегазации выемочных полей в условиях подработки (надработки) позволит создать выработки (надработки) позволит создать высокую концентрацию горных работ с интенсивной отработкой выемочных полей и высокими технико-экономическими показателями.

Формула изобретения

40

Фие,1

Изобретение относится к горной промети. Цель - повышение эффективности. и равномерности дегазации за счет интенсификации газоотдачи угольного массива и увеличения пропускной способности дегазационной системы. Для этого перед бурением скважин выемочное поле оконтури- вают выработками и разделяют на участки центральной выработкой. Скважины по- пласту бурят сквозными на всю ширину выемочного участка, скважины с поверхности - на центральную выработку. В процессе обуривания выемочного участка пластовые скважины подключают к газопроводам, после завершения работ их отключают от газопроводов. Центральную выработку герметизируют от шахтной атмосферы и в ней создают вакуум путем подключения скважин, пробуренных с поверхности к газопроводу, проложенному на поверхности. После проведения оконтуривающих выработок перекрестные скважины становятся сквозными, т. е. через них обеспечивается просасывание воздуха через массив дегазируемых выемочных столбов. 4 з.п. ф- лы, 4 ил. « (Л

I

Л/

л г

V

О

V

j.r

J.

Фи.2

L

k

L

L

.

L/

о

/

r

/«

J2 /«

J.

5

11