Способ дегазации высокогазоносного угольного пласта Советский патент 1992 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно к угольной, и может быть использовано для дегазации высокогазоносных выбросоопас ных пластов с низкой естественной проницаемостью.

Известен способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважины с дневной поверхности на угольный пласт, нагнетание рабочей жидкости в него с темпом, превышающим естественную приемистость пласта, выдержку рабочей жидкости в пла-,, сте в течение трех-шести месяцев, ее откачку и отсос газа из пласта.

Этот способ характеризуется тем недостатком, что в нем затруднено извлечение газа из участка пласта, залегающего ниже места вскрытия, вследствие низкой проницаемости пласта.

Наиболее близким к предлагаемому является способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважины с поверхности на угольный пласт, нагнетаниев него рабочей жидкости с темпом, превышающим естественную приемистость пласта, бурение после нагнетания рабочей жидкости серии подземных скважин из горной выработки в зону гидрообработки, соединение всех скважин с газоотсасывающими системами и отсос газа из всех скважин.

Однако известный способ характеризуется недостаточной эффективностью извлечения газа вследствие отсутствия учета свойств массива как блочно-трещиноватого, образующегося в результате гидрообработки пласта, и выбором расстояния между подземными скважинами без задания величины необходимого снижения газоносности массива за определенное время дегазации.

а также, без выяснения характера фильтрации газа из блоков в трещины и в скважины с течением временем, что затрудняет возможность достоверного определения параметровг бурения подземных скважин и снижает эффективность извлечения газа из обрабатываемой зоны пласта.

Кроме того, прототип не дает возможности проведения пластовой подготовительной выработки по уже дегазированному массиву и не обеспечивает достаточный срок дегазации до начала ведения очистных работ.

Цель изобретения - повышение эффективности извлечения газа из зон гидрообработки пласта за счет целенаправленного бурения подземных дегазационных скважин.

Цель изобретения достигается тем, что одновременно с гидрообработкой в почве пласта через один выемочный столб до начала ведения подготовительных работ по пласту проходят полевые выработки, из которых в зону гидрообработки пласта перпендикулярно к оси выработки бурят серию скваЗкин, а интервал бурения скважин определяют из выражения

i+f

(1)

h 10

d Ч-5 ч -21,552

)

lg g-(

4,962

Р2

(1 - 0,32 t)-0,014

t

f 1,04 ( Vo,81gC-1 - 0,398 ,968);

2 Ki „ m2 g -777-; С TT«1

t

tx

h - интервал бурения подземных скважин, м;

KI - проницаемость системы трещин,

«1 - функция перетока газа из блоков в трещины;

mi - пористость трещин;

т2 - фиктивная пористость блоков;

t - время дегазации, с;

tx - характеристическое время, с;

нормированное время;

/и - вязкость газа. Па с;

Ра - атмосферное давление, Па;

РО - начальное газовое давление. Па;

Р2 - давление, до которого необходимо снизить начальное газовое за время дегазации t. Па.

На фиг, 1 представлена схема горизонтальной подготовки шахтного поля; на фиг. 2 - схема панельной подготовки шахтного поля.

5Способ осуществляют следующим образом.

С дневной поверхности бурят скважины 1, через них в пласт нагнетают рабочую жидкость с темпом, превышающим естественную приемистость пласта в объеме, составляющем 1-5% от обьема жидкости, необходимой для обработки всей зоны пласта. Затем скважины 1 соединяют с газоотсасывающей системой (не показана).

15 Одновременно с зтим в почве пласта до начала ведения подготовительных работ на участке шахтного поля через.один выемочный столб 2 проводят полевые вы работки 3, располагаемые в почве пласта и. в нескольких метрах от участковой пластовой выработки 4, из которых осуществляют бурение дегазационных скважин 5 в зону гидрообработки, преимущественно в область проведения пластовых участков выработок 4.

5 Интервал бурения скважин в зону гидрообработки пласта определяют из выражения (1).

Подземные скважины 5 соединяют с газоотсасывающей системой. Из поверхности

0 и подземных скважин 5 газ отсасывают совместно.

Известно, что в результате гидрообработки пласт разбивается системой магистральных трещин на блоки. Фильтрация газа

5 в таком массиве происходит из блоков в трещины и по трещинам в скважины. Характер фильтрации газа в блочно-трещинова. том массиве необходимо учитывать для , достоверного определения параметров заложения скважин.

Приток газа к скважине зависит от целого ряда свойств массива: проницаемости системы трещин, скорости газоотдачи блоков, пористости трещин и блоков, начального га5 зового давления в блоках.

Все эти и другие параметры были учтены при решении задачи о притоке газа к скважине в блочно-трещиноватом массиве, В результате решения дифференциальных

0 уравнений, описывающих зтот процесс, методом конечных разностей было получено выражение (1).

Полученное выражение учитывает все основные свойства массива. Это дает основание говорить об учете этих параметров для достоверного определения интервале бурения и времени дегазации, основывается преимущественно на соображениях геометрического характера и не дает возможности определить величину снижения газоносности в зависимости от времени дегазации, что затрудняет планирование ведения горных работ.

Анализ полевых схем подготовки шахтных полей в Карагандинском бассейне показывает, что магистральные полевые штреки проводятся до флангового вентиляционного ствола задолго (4-6 лет) до начала ведения очистных и подготовительных работ на участках шахтного поля (крыла), вблизи которых они проведены. Это позволяет осуществить проходку специальных полевых выработок с привязкой к имеющимся. В этом случае данные выработки (бремсберги или уклоны при погоризонтном и штрекипри панельном способе подготовки шахтного поля) также будут существовать длительное время (3-5 лет).

При этом скважины, пробуренные из этих выработок в зону гидрообработки, позволят дегазировать массив в течение 3-5 лет, что увеличит эффективность дегазации пласта.

Пример. Для выяснения степени расхождения в определении интервалов бурения скважин по предлагаемому способу и по способу-прототипу проведены расчеты применительно к условиям шахты им. В.И.Ленина п/р Карагандауголь.

С второго полевого откаточного штрека пласта дб на пласт пробурен ряд скважин, загерметизированных таким образом, чтобы можно было замерять газовое давление.

По снятым кривым восстановления давления бьгли получены фильтрационные характеристики массива вобласти

гидрорасчленения.

Этими данными воспользуемся для проведения расчетов.;

Пример расчета по методике прототипа.

Азимут распространения трещин наибольшей гидропроводности град; азимут простирания горной выработки у5 175 град. Величины соответственно наименьшей и наибольшей гидропроводности по пласту (а 52,5 м и b 75 м) Кмин , 0,11 мД, 0,16 мД. Интервал бурения скважин определяется по формуле, указанной в прототипе. Расчет дает величину, равную h 43,4 м.

Пример расчета по предлагаемому способу.,Г :-; Исходные данные, полученные из эксперимента: РО 3-10 Па; Ki 1,5-10 ® ,0-102°; mi 0,01; m2 1,0; ,7x

1п5

Ч-5

.с; Pa 10 Па.

Пусть давление в блоках необходимо снизить до 2,7 10 Па (т.е. на 10%) за время дегазации t 500 сут.

Проводим расчеты по формуле(1), предварительно рассчитав коэффициенты:

g 100; С ТОО; tx 0,57.10 с 660 сут; t 0,75; f -0,384; « -0,141; n 0,428; h 16,4 м.

Как видим, расхождение в значениях интервалов бурения скважин, найденных по двум способам, является значительным: в 2,6 раза. В прототипе не оговаривается, за какое время и на сколько будет снижена газоносность массива, если скважины бурить с интервалом 43,4 м.

Таким образом, предлагаемый способ дегазации позволяет достаточно точно определить параметры заложения дегазационных скважин, пробуренных в зоне гидрообработки пласта, а также время дегазации, в течение которого необходимо достичь заданного коэффициента эффективности дегазации; обеспечить длительный (3-5 лет) срок дегазации пласта за счет бурения подземных скважин из заблаговременно проведенных полевых выработок; частично или полностью исключить проведение противовыбросных мероприятий при проходке и ведении очистных работ, отказаться от проведения барьерной и предварительной дегазации пластовых скважин, а также парной выработки при проходке; использовать полевые дегазационные выработки для транспортировки полезного ископаемого и подачи свежего воздуха в лаву (или.для подсвежения), дегазировать из этих выработок выработанное постранство выемочных участков; обеспечить максимально возможный в данных условиях коэффициент эффективности дегазации, что позволит увеличить нагрузку на очистительный забой по газовому фактору и темпы проведения выработок по пласту.

Форму л а и 3 о бретени я Способ дегазации высокогазоносного угольного пласта, включающий бурение скважины с дневной поверхнрсти на угольный пласт, нагнетание в него рабочей жидкости с темпом, превышающим естественную приемистость пласта, бурение серии подземных скважин в зону гидрообработки, соединение всех скважин с газоотсасывающими системами и отсос газа из подземных скважин, отличающийс я тем, что, с целью повышения эффективности извлечения газа, серию подземных скважин бурят из полевых выработок, которые проходят в почве пласта одновременно

с гидрообработкой через один выемочный столб до начала ведения подготовительных работ на участке шахтного поля, при этом подземные скважины бурят перпендикулярно к оси выработки, причем интервал бурения скважин определяют из выражения d +5 ч -21.55 где п 9-9-(Т962-) ln(1-0,32t )f 1,04(Vo.8lgC-1 - 0,398 ,968); 2 Ki . p.m2 . , «1 mi t .. mi;

h - интервал бурения подземных скважин, м;

Ki - проницаемость системы трещин,

5ai - функция перетока газа из блоков в

трещины;

Фиа1 mi - пористость трещин; т2 - фиктивная пористость блоков; t - время дегазации, с; tx - характеристическое время, с; нормированное время; ; -вязкость газа,с-Па; Ра - атмосферное давление. Па; РО - начальное газовое давление. Па; РГ - давление, до которого необходимо зить начальное газовое за время дегазаt. Па.

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение зффективности извлечения газа из зон гидрообработки пласта. Бурят скважины с дневной поверхности наугольный пласт и проводят его гидрообработку. Одновременно с гидрообработкой в почве пласта через один выемочный столб до начала ведения подготовительных работ по пласту проходят полевые выработки. После проведения гидрообработки из полевой выработки бурят в зону гидрообработки серию подземных скважин перпендикулярно оси выработки. Интервал бурения скважин определяют из математического выражения. Соединяют все дегазационные ск'важи- ны с газоотсасывающими системами и производят отсос газа. Положительный эффект обусловлен большой устойчивостью фильтрующейся части дегазационных скважин, меньшей ихобщей длиной, исключением прохождения парных выработок по. пластуй проведения противовыбросных мероприятий. 2 ил.сл

Ь-Ь