Способ дегазации пластов-спутников Советский патент 1991 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации пластов-спутников и сближенных пластов при отработке свиты пологонаклонных угольных пластов при бесцеликовой системе подготовки выемочных столбов.

Целью изобретения является повышение эффективности дегазации пластов-спутников путем увеличения срока эксплуатации скважин при интенсификации газовыделения.

На фиг 1 представлена схема расположения разрабатываемого угольного пласта и пласта-спутника над ним в горном массиве, вертикальный разрез на фиг 2 - разрез А-А на фиг 1, на фиг .4 разрез Б- Б на фиг. 1

на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - размещение в скважине бурового состава со щелеобразователем в момент нарезания зародышевой щели; на фиг.6- размещение в скважине оборудования для гидрораэры- ва пород после нарезки зародышевой щели; на фиг.7 - схема размещения технологического оборудования в выемочном штреке для производства гидроразрыва и отсос газа; на фиг,8 - разрез Г-Г на фиг.7; на фиг.9

-представлена схема совместного расположения пластов-спутников над и под разрабатываемым угольным пластом в горном массиве; на фиг.10 - разрез Д-Д на фиг.9; на фиг.11 - разрез Е-Е на фиг.9; на фиг.12

-разрез Ж-Ж на фиг.9.

Пласт-спутник 1 дегазируют в процессе гюдвигания очистного забоя 2 между конвейерным штреком 3 и вентиляционным штреком 4, пройденными по разрабатываемому угольному пласту 5 и образующими выемочный столб 6. Смежный выемочный столб 7 оконтуривают штреком 8 (фиг.1 и 2).

Над угольным пластом 5 впереди очистного забоя 2 расположена зона 9 геостатических напряжений, зона 10 опорного горного давления, а над подрабатываемым пластом-спутником 1 - зона 11 влияния опорного горного давления от отрабатываемого выемочного столба 6. Позади очистного забоя 2 в породах почвы 12 угольного пласта 5 расположена зона 13 разгрузки, а в породах кровли 14 - зона 15 обрушения, зона 16 трещин и зона 17 изгиба пород кровли. За зоной 13 разгрузки расположена зона 18 возрастания давления с переходом в зону 19 восстановленных напряжений.

На чертежах обозначены первая часть 20 скважины, пробуренная из штрека 8 смежного выемочного столба 7 в сторону восстания пласта 5, граница 21 сдвижения пород кровли 14 отрабатываемого выемочного столба 6 со смежным выемочным столбом 7, зона 22 перехода, расположенная на контакте 23 пород кровли 14с пластом-спутником 1 и одновременно на границе 21 сдвижения пород кровли 14 отрабатываемого выемочного столба 6, вторая часть 24 скважины, расположенная на контакте 23 пород кровли 14с пластом-спутником 1, буровой став 25, щелеобразователь 26, зародышевая трещина 27, пакер 28 с набором уплотнительных колец 29, высоконапорный трубопровод 30, устье 31 первой части 20 скважины, высоконапорный насос 32, емкость 33 с расклинивающим материалом, смеситель 34, запорный вентиль 35 высоконапорного трубопровода 30, дегазационный трубопровод 36. шламоотделитель 37, водоотделитель 38, запорный вентиль 39 дегазационного трубопровода 36, низконапорный трубопровод 40, манометр 41, граница 42 обрушения пород Кровли 14, разделяющая отрабатываемый выемочный

столб 6 и ранее отработанный выемочный столб 43, трещины 44 расслоений вокруг первой части 20 скважины, зона 45 повышенной трещиноватости и выработанное пространство 46 выемочного столба 6.

0 Способ осуществляют следующим образом.

Впереди очистного забоя 2 вне зоны 10 опорного горного давления в породы кровли 14 бурят первую часть 20 скважины из штре5 ка 8 смежного выемочного столба 7 в сторону восстания угольного пласта 5 до границы 21 сдвижения пород кровли 14 выемочного столба 6. Забой первой части 20 скважины располагают на этой границе, т.е. в целике

0 и до контакта 23 пород кровли 14 с пластом- спутником 1.

Затем приступают к выполнению второй части 24 скважины. Для этого в первую часть 20 скважины вводят буровой став 25

5 со щелеобразователем 26, с помощью которых из забоя первой части 20 скважины нарезают зародышевую трещину 27 в сторону восстания угольного пласта 5 на контакте 23 с пластом-спутником 1. После нарезки заро0 дышевой трещины 27 буровой став 25 со щелеобразователем 26 извлекают из первой части 20 скважины. Ниже зародышевой- трещины 27 в первой части 20 скважины устанавливают пакер 28 с набором уплотни5 тельных колец 29, чреез которые пропускают высоконапорный трубопровод 30.

Устье 31 первой части 20 скважины обсаживают, цементируют и подсоединяют к нему высоконапорный трубопровод 30 с еы0 соконапорным насосом 32, емкостью 33 с

расклинивающим материалом, смесителем

34 и дегазационный трубопровод 36 со шламоотделителем 37 и водоотделителем 38.

Вторую часть 24 скважины выполняют

5 из зародышевой трещины 27 вымыванием полости в пласте-спутнике 1 путем подачи жидкости под высоким давлением и быстрым ее сбросом. Полость второй части 24 скважины создают направленно из зоны 22

0 перехода, т.е. по напластованию на контакте 23 пород кровли 14 с пластом-спутником 1, ориентируя ее параллельно основной системе эндокливажа горного массива до границы 42 обрушения пород кровли 14.

5 Резкий сброс рабочей жидкости сопровождается интенсивным выносом угольного штыба пласта-спутника 1 по первой части 20 скважины и далее по дегазационному трубопроводу 36 в шламоотделитель 37 и водоотделитель 38 с образованием вымытой

полости. Неоднократно повышая и резко сбрасывая давление производится дальнейшее вымывание полости, в результате чего образуется вторая часть 24 скважины. Нагнетание и сброс рабочей жидкости производится открытием и закрытием запорного вентиля 35 высоконапорного трубопровода 30, при этом, запорный вентиль 39 дегазационного трубопровода 36 находится в закрытом положении; По окончании циклов нагнетания и сброса путем открытия запорного вентиля 39 .подключается дегазационный трубопровод 36, по которому производится удаление штыба, воды и каптаж газа.

Так как после сброса жидкости под действием горного давления происходит смыкание вымытой полости, то для сохранения ее раскрытое™ и создания трещин 44 расслоений производят гидроразрыв углепо- родного массива.

Гидроразрыв углепородного массива производят по мере подвигания очистного забоя 2 к первой части 20 скважины и осуществляют его между границей 21 сдвижения и противоположной ей границей 42 обрушения пород кровли 14 над выемочным столбом 6. .

Гидроразрыв углепородного массива производят при открытом запорном вентиле 35 высоконапорного трубопровода 30 и закрытом на дегазационном трубопроводе 36 запорного вентиля 39, который препятствует попаданию рабочей жидкости при нагнетании в дегазационный трубопровод 36.

Гидроразрыв углепородного массива с образованием трещин 44 расслоений сопровождается повышенным газовыделением из пласта-спутника 1. В момент поступления газа в первую часть 20 скважины последнюю подключают к дегазационному трубопроводу 36. открыв запорный вентиль 39 для каптажа газа из заполненных газом трещин 44 расслоений и полости второй части 24 скважины. При отсосе газа запорный вентиль 35 высоконапорного трубопровода 30 перекрыт. При очередном резком сбросе рабочей жидкости и газа, поступающих из полостей, происходит дальнейшее вымывание с помощью рабочей жидкости углепородного шлама из трещин 44 расслоений и полости второй части 24 скважины. Углепородный шлам транспортируется по дегазационному трубопроводу 36 в шламоотделитель 37, а рабочая жидкость - соответственно в водоотделитель 38, газ транспортируется далее по трубопроводу,

По мере засорения шламоотделителя 37 его периодически очищают от шлама, а рабочую жидкость с водоотделителя 38 сбрасывают в водосточную канавку. Порядок открытия и закрытия запорных вентилей 35 и 39 аналогичен выше описанному.

По мере подвигания очистного забоя 2.

5 когда полость второй части 24 скважины оказывается в зоне 10 опорного горного давления, в нее нагнетают расклинивающий материал, который препятствует закрытию (смыканию) полости второй части

0 24 скважины. Расклинивающий материал подают в скважину по высоконапорному трубопроводу 30 посредством высоконапорного насоса 32 с емкости 33 через смеситель 34. Нагнетание расклинивающего

5 материала производят по известной технологии гидроразрыва угольных пластов, .предварительно перекрыв запорный вентиль 39 дегазационного трубопровода 36. После крепления трещин и полости рас0 клинивающим материалом переключение скважины на каптаж газа производится закрытием запорного вентиля 35 высоконапорного трубопровода 30 и открытием запорного вентиля 39 дегазационного тру5 бопровода 36. Каптаж выделяющегося газа продолжают вести и после прохода очистным забоем 2 створа второй части 24 скважины, т.е. когда ее вторая часть 24 остается в выработанном пространстве 46 выемочно0 го столба 6.

По мере дальнейшего подвигания очистного забоя 2 интенсивность газовыделения из второй части 24 скважины в зонах разгрузки 13 и возрастающих напряжений

5 18 снижается, что обусловлено уплотнением пород кровли 14 и снижением их газопроницаемости. В зоне 19 восстановленных напряжений интенсивность газовыделения снижается до уровня газовыделения пород,.

0 имеющего место при естественном состоянии массива. Поэтому для увеличения газовыделения за зоной 13 разгрузки производят повторный гидроразрыв вмещающих пород кровли 14 второй части 24 сква5 жины по ширине отрабатываемого выемочного столба 6 между границами сдвижения 21 и обрушения 42 пород кровли 14. Повторный гидроразрыв производят с помощью высоконапорного насоса 32 по

0 высоконапорному трубопроводу 30, предварительно закрыв запорный вентиль 39 дегазационного трубопровода 36 и открыв запорный вентиль 35 высоконапорного трубопровода 30.

5 В результате повторного гидроразрыва в районе забоя второй части 24 скважины в породах кровли 14 образуются зоны 45 по- вышенной трещиноватости. Повторный гидроразрыв интенсифицирует процесс газовыделения не только пласта-спутника 1,

но и выработанного пространства 46 выемочного столба 6 за счет повторного раскрытия трещин 44 расслоений и сообщения зон 45 повышенной трещиноватости с системами трещин 16 и 17 пород кровли 14 в районе границы 21 сдвижения ниже пласта- спутника 1. Это позволяет поддерживать интенсивность газовыделения на высоком уровне до конца отработки выемочного столба 6.

Повторный гидроразрыв производят до тех пор, пока не произойдет резкое устойчивое падение давления рабочей жидкости и невозможность поднятия давления до требуемых значений. После повторного гидроразрыва рабочую жидкость сбрасывают из скважины и производят каптаж газа.

Дальнейшие технологические операции по дегазации пласта-спутника 1 по другим скважинам производят в аналогичном порядке по мере подвигания очистного забоя 2 до границы отработки выемочного столба 6.

Бурение первой части 20 скважины производят в целике буровыми станками до границы 21 сдвижения пород кровли 14. В качестве рабочей жидкости при гидроразрыве и вымывании полостей используют воду с добавлением химически активных веществ, а в качестве расклинивающего материала для крепления вторых частей 24 . скважин используют песок. Высоконапорное оборудование (насос, смеситель, емкость с расклинивающим материалом) по мере подвигания очистного забоя переносят с одной скважины на другую. Скважины оборудуют дегезационными устройствами для каптажа газа. Высоконапорный трубопровод заглушают с помощью запорного вентиля.

При совместном расположении пластов-спутников над и под разрабатываемым пластом 5, дегазацию нижнего пласта-спутника 47 производят так же. как и пласта- спутника, 1. Из выработки 8 смежно со столбом 7 впереди очистного забоя 2 вне зоны 10 опорного горного давления в породы почвы 12 бурят первую часть 48 скважины в сторону восстания пласта 5 до границы 49 разгрузки пород почвы 12 выемочного столба 6. Забой 50 первой части 48 скважины располагают на этой границе, т.е. в целике на контакте 51 пород почвы 12 с пластом-спутником 47. Над надрабатывае- мым пластом-спутником 47 так же, как и над подрабатываемым пластом-спутником 1, располагается зона 52 повышенного горного давления, образующаяся в результате влияния опорного горного давления разрабатываемого пласта 5 в процессе его отработки.

Создание вторых частей 53 скважины, расположенных над надрабатываемым

пластом-спутником 47 под отрабатываемым выемочным столбом 6, осуществляют описанным способом и с использованием того же оборудования.

В забое 50 первой части 48 скважины

посредством щелеобразователя 26 на контакте 51 пород почвы 12 с пластом-спутником 47 нарезают зародышевую трещину, аналогичную зародышевой трещине 27, из которой вымыванием полостей в пластеспутнике 47 создают вторую часть 53 скважины. Дополнительные трещины 54 расслоения вокруг забоя 50 первой части 48 скважины создают гидроразрывом углепо- родного массива, осуществляемого между

границами 49 и 55 разгрузки пород почвы 12 под выемочным столбом 6. Повторный гидроразрыв осуществляют в зоне 13 разгрузки с образованием в породах почвы 12 зон 56 повышенной трещиноватости, расположенных выше надрабатываемрго пласта-спутника 47 между границами 49 и 55 разгрузки пород почвы 12 выемочного столба 6,

Каптаж газа, выделяющегося в процессе вымывания полостей и производства гидроразрыва до и после прохода очистным забоем 2 створа второй части 53 скважины, производят аналогично каптажу газа по пла- сту-спутнику 1. При этом соблюдают все технологические приемы по всем скважинам до

конца отработки выемочного столба 6.

Пример. Проводят дегазацию пласта- спутника, залегающего выше разрабатываемого пласта на расстоянии 25 м.

Способ подготовки разрабытываемого

пласта - погоризонтный, система разработки - длинные столбы по простиранию. Длина лав или ширина выемочных столбов по этому пласту составляет 250 м. Глубина ведения горных работ 750 м. Прочность пород

коовли междупластья на сжатие 70-90 МПа. Прочность угля пласта-спутника на сжатие 10-20 МПа. Внутрипластовое давление газа пласта-спутника 4 МПа.

0В период подготовки смежного выемочного столба 7 из проводимого штрека 8 в породы кровли 14 в сторону отрабатываемого выемочного столба 6 бурят первую часть 20 скважины до границ 21 сдвижения пород

5 кровли 14. Границу 21 сдвижения расчитывают по формуле (70°-0,6 а), где а - угол залегания. Согласно расчетам приа 0 границу 21 сдвижения расчитывают под углом 70° к горизонту.

Забой первой части 20 скважины располагают на границе 21 сдвижения пород кровли 14 и одновременно вблизи контакта 23 его с почвой пласта-спутника. Первую часть 20 скважины выполняют серийным бу- ровым станком типа СБГ-1 диаметром снаряда 93 мм.

После создания первой части 20 скважины буровой став 25 оснащают щелеобра- зователем 26 и вводят в скважину для выполнения зародышевой трещины 27, глубина которой должна быть не менее половины диаметра скважины, а длина по оси скважины 0,6-0,7 м. Местоположение зародышевой трещины 27 по длине первой части 20 скважины контролируют по данным геолого-разведочных работ, например, по предварительно пробуренным скважинам с керном.

После извлечения из скважины буро- вого става 25 с щелеобразователем 26 в скважину вводят пакер 28 с набором уплот- нительных колец 29. Пакер 28 устанавливают ниже зародышевой трещины 27 и приступают к выполнению второй части 24 скважины.

Вторую часть 24 скважины выполняют вымыванием с использованием гидроимпульсного воздействия на массив путем нагнетания рабочей жидкости через первую часть 20 скважины под давлением, равным геостатическому, yi последующим резким сбросом его до уровня гидростатического.

Полость второй части 24 скважины образуется следующим процессом. При нагне- тании рабочей жидкости в пласт-спутник 1 напряженное состояние угля, обусловленное геостатическим напряжением и внутри- пластовым давлением газа, усиливается в результате высоконапорного нагнетания рабочей жидкости. При резком сбросе давления возникает волна разгрузки, которая совместно с запасами энергии газа и упругих деформаций реализуется в разрушении угля. В результате разрушения угля образу- ется полость и разрушенный уголь под скоростным напором воды и газа выделяется через скважину в виде пульпы.

Процесс нагнетания и сброса повторяют многократно пока не образуется вторая часть 24 скважины.

Для выполнения второй части 24 скважины используют оборудование и насосы, применяемые при нагнетании жидкости в горный массив.

При реализации способа для выполнения второй части 24 скважины, а также для гидроразрыва используют высоконапорные насосы типа 2УГН с производительностью 94 л/мин и максимальным давлением 40

МПа. В качестве рабочей жидкости применяют воду с добавками ПАВ Д010 концентрации 0,06-0,1%.

Для выполнения второй части 24 скважины после установки пакера 28 к зародышевой треЧцине 27 по высоконапорному трубопроводу 30 подают рабочую жидкость под давлением 19 МПа, после стабилизации его в скважине производят резкий сброс давления до 7,5 МПа и разрушенный уголь в виде пульпы и газа выбрасывается через первую часть 20 скважины.

Процесс нагнетания, сброса, удаления пульпы и газа повторяют многократно и заканчивают после стабилизации давления в скважине ниже уровня газового давления в лласте, равного 4 МПа, что означает выход второй части 24 скважины в выработанное пространство 46 ранее отработанного выемочного столба, т.е. она выполнена на полную, длину до границы 42 обрушения пород кровли 14, пространственное положение которой задано углом, равным 53°. Расстояние между скважинами составляет 80-100 м.

После создания второй части 24 скважины и сброса жидкости для сохранения рас- крытости полости и создания трещин 44 расслоения производят гидроразрыв и нагнетание расклинивающего материала.

Давление нагнетания рабочей жидкости при гидроразрыве определяют по формуле

Р 0,25Н- Рпл+ Ор. 0,25x750-4.0+2 16 МПа, где Рпл - давление газа в пласте, МПа.

Ор - предел прочности угля на растяжение, МПа;

Н - глубина ведения работ, м.

В качестве расклинивающего материала используют кварцевый песок крупностью 0,5-1,0 мм.

Повторный гидроразрыв производят по мере подвигания очистного забоя 2 к первой части 20 скважины. Необходимость и периодичность проведения гидроразрыва углепородного массива определяют на основании контроля за газовым давлением и количеством каптируемого газа из пласта- спутника 1 и вмещающих его пород.

Формула изобретения

1. Способ дегазации пластов-спутников, включающий бурение скважин впереди очистного забоя в зону расположения пласта-спутника, обсадку, цементацию и герметизацию скважин, подключение скважин к дегазационному трубопроводу и отсос газа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности дегазации пластов-спутников путем увеличения срока эксплуатации скважин при интенсификации газовыделения, часть скважины бурят в целике из выработки смежного выемочного столба до границы сдвижения пород отрабатываемого выемочного столба, а другую часть скважины выполняют вдоль пласта- спутника, по контактам его с почвой, до границы обрушения пород, разделяющей отрабатываемый и отработанный ранее выемочные столбы, при этом переход из одной части скважины и другую осуществляют предварительным выполнением зародышевой трещины щелеобразователем из забоя скважины, пробуренной в целике, затем ще- леобразователь извлекают, подключают эту

I

Li.

5

часть скважины к ставу, по которому подают жидкость под высоким давлением и вымывают полость части скважины, расположенной вдоль пласта-спутника.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что при расположении пласта-спутника в почве разрабатываемого пласта бурят дополнительную скважину, при этом часть скважины бурят в целике до границы разгрузки пород почвы, а другую часть скважины проходят в направлении залегания пласта-спутника, причем конец этой части располагают на противоположной границе разгрузки пород почвы разрабатываемого выемочного столба.

1ШШШ.Ш ГГГПП

-13 . 18 -12

item

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для дегазации пластов- спутников (ПС) и сближенных пластов при отработке свиты пологонаклонных пластов при бесцеликовой системе подготовки выемочных столбов. Цель - повышение эффективности дегазации ПС путем увеличения срока эксплуатации скважин при интенсификации газовыделения. Первую часть дегазационной скважины ДС бурят в ПС впереди очистного забоя из выработки смежного выемочного столба до границы сдвижения пород кровли выемочного столба. Вторую часть ДС проводят по ПС до границы обрушения пород кровли. Переход из первой части ДС во вторую ее часть осуществляют предварительным выполнением зародышевой трещины из забоя первой части ДС с последующим вымыванием полости второй части ДС. Вымывание полости осуществляют, подавая жидкости по высоконапорному трубопроводу (ТП). При этом периодически подключают к ДС дегазационный ТП для удаления штыба, жидкости и газа. После создания полости до подхода очистного забоя производят гидроразрыв углепородного массива и нагнетание в ДС расклинивающего материала. Каптаж метана осуществляют по дегазационному ТП После прохода очистным забоем створа ДС производят повторный гидроразрыв и продолжают каптаж метана из выработанного пространства. При расположении ПС в почве разрабатываемого пласта одну часть ДС бурят в целике до границы разгрузки пород почвы, а другую часть ДС выполняют по ПС до границы разгрузки пород почвы разрабатываемого столба. 1 з п. ф-лы, 12 ил СО с о о со N) сх Јь

фиг. i

А-1

22

bpzf I т 2я

43

В - В

Фиг. 4

Фиг. 5

/

У У XК

:/Ш-45 ///.

45

%я

/7

Фиг. 6

СО О С- 00 СО СО

INVч(О

см со о

(О

00

&

со

(О

г

S:-6

fr92E69t

«ИГ. 10

. II

,0-JIU ,0-1

/4

12

55

/

7

К- В

5053