Способ дегазации и увлажнения пласта Советский патент 1993 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно угольной, и может быть использовано для снижения газообильности и запыленности горных выработок, обеспечения по газовому и пылевому факторам безопасных условий труда, а также для снижения выбросоопасности угольных пластов.

Целью изобретения является .интенсификация процессов дегазации и увлажнения угольного массива.

На фиг. 1 приведена схема дегазации оконтуренного выработками участка угольного пласта до начала очистных работ при отработке пласта столбами по простиранию; на фиг.2 - то же, на участке пласта, частично оконтуренном выработками и его

отработке столбами по падению; на фиг.З - схема дегазации и увлажнения участка пласта во время его отработки; на фиг.4 - схема подключения скважин к дегазационному трубопроводу в разгружаемой от горного давления зоне пласта на высокогазоносных и выбросоопасных пластах; на фиг.5 - то же, на невыбросоопасных пластах с низкой водопроницаемостью.

Способ дегазации и увлажнения пласта осуществляют следующим образом.

На участке угольного пласта 1, оконтуренном выработками 2 и 3 или частично выработкой 2 и монтажной камерой 4, из выработки 2 по пласту проводят серию скважин 5 параллельно монтажной камере 4 или линии очистного забоя 6 и серию скважин 7,

00

о ю

о

ориентированных под углом 20-30° к линии, параллельной очистному забою, а также скважину 8 в целике угля, разделяющем блоки друг от друга. Каждую вновь пробуренную скважину подключают к дегазационному трубопроводу 9, сообщенному с вакуум-насосом.

Параллельные очистному забою скважины 5 и 8 проводят на длину, которая на 10-15 м меньше длины лавы, а ориентированные под углом к линии очистного забоя скважины 7 - в пределах выделенного на участке пласта блока.

В том числа, когда по техническим возможностям буровой техники не удается про- бурить заданной длины скважины, последние проводят в частях блока. При этом между скважинами, пробуренными в нижней и верхней частях блока, может быть оставлена не обуренная ск.важинными полоса угольного пласта вдоль столба, равная по ширине 5-10 м (в зависимости от проницаемости пласта), если пласт отрабатывают столбами по падению или восстанию. На пластах, отрабатываемых столбами простиранию, когда в верхней части лавы по всей длине столба необходимо бурить нисходящие скважины, т.е. скважины с отрицательным углом возвышения, в необводненном массиве с высокой проницаемостью можно оставлять необуренную скважинами полосу, разделяющую верхнюю и нижнюю части блоков, ширина которой равна 5-10 м. Во всех других случаях отработки пластов длинными лавами по простиранию целесообразно обуривать столб скважинами без оставления разделительной полосы между частями блока при соблюдении размера целика между блоками по всей длине лавы. Схему расположения скважин в частях блока принимают аналогично схеме, показанной на фиг.1. Отсутствие разделительной полосы между частями блока обеспечивает на первом этапе дегазации осушение нисходящих скважин путем перетока воды в восходящие скважины, пробуренные в нижней части блока, и далее в дегазационный трубопровод. Исключается отрицательное влияние влаги на эффективность дегазации в зонах пласта с природной проницаемостью.

Бурение скважин с применением сухого способа удаления, штыба более предпочтительно, чем промывка скважин водой, особенно в случав проведения ориентированных на очистной забой скважин после бурения скважин, параллельных очистному забою. При сухом способе удаления штыба лучше сохраняется аэродинамическая связь между сериями скважин, что способствует

высокой эффективности дегазации пласта с природной проницаемостью. Трещины, интенсивно формируемые в процессе разгрузки пласта от горного давления в узлах

перекрещивания скважин, расширяют зону дренирования за счет их сообщения с.природными трещинами, имеющимися в угольном пласте, благодаря чему процесс дегазации угольного массива на этапе первичного отсоса газа интенсифицируется.

В процессе ведения очистной выемки угля на угольные блоки, поочередно, начиная от ближайшего к лаве, воздействуют силы повышенного (опорного) горного давления. Поэтому периоды дегазации пласта и его увлажнения устанавливают таким образом, чтобы перед началом воздействия повышенного горного давления на блок завершить первый этап дегазации (первич-ный отсос газа) и осуществить увлажнение пластов в режиме фильтрации. Для.этого все скважины в блоке (скважины обеих систем) отключают от дегазационного трубопровода 9 и подключают к водонапорной системе.

с помощью которой, например, по трубопроводу 10, через все скважины в блоке (скважины 51 и 71) и скважину 81, пробуренную в целике угля, нагнетают жидкость (вода, вод- ные растворы с поверхностно-активными

или химически-активными веществами) в пласт.

В качестве водонапорной системы могут быть использованы противопожарный водопровод (при подаче воды с дневной поверхности или промежуточного горизонта шахты), насос 11, установленный в выработке 2 (или вблизи нее) и сообщенный трубопровод 10 со скважинами 5 , 71 и 81, или гидрозатворы, вводимые в устья скважин и

сообщенные с насосом.

Жидкость в пласт подают до закачки необходимых для увлажнения массива объемов или прекращают подачу жидкости, если давление нагнетания превышает

расчетное (пласт не принимает жидкость в режиме фильтрации).

После прекращения подачи жидкости в скважины (51, 71 и 81) ее выдерживают в

пласте (с периодической подкачкой) до того момента, когда разделяющий блоки целик угля вблизи скважин ы 8 разгрузится от повышенного горного давления. В процессе разгрузки целика угля, и образования трещин в массиве вблизи скважины 81. жидкость, находящаяся в скважине 81 и прилегающих к целику скважинах 51 и 71, поступает по вновь образованным.в массиве целика трещинам в неувлажненные или слабо увлажненные его зоны и тем самым

повышает степень искусственной обвод- неннрсти (влагонасыщения) угля,

Слив неиспользованных в процессе выдержки объемов жидкости из скважин 5, 7, 8 производят после образования трещин в массиве вблизи скважины 8.Этот момент времени устанавливают по фактическим данным или экспериментально, например, путем определения расстояния от забоя лавы до скважины, в которой установлен дат- чик давления (ПГД-1, ПГД-2 или др.). Величина давления жидкости в датчике (первичное давление жидкости) должна соответствовать несущей способности угля на кромке скважины в пласте до начала при- грузки массива в зоне опорного давления, т.е. в зоне пласта, где горное давление равно у Н. Возможны другие методы экспериментального определения или расчета упомянутого расстояния.

После слива жидкости из скважин 5, 7

и 8 последние подключают к дегазационному трубопроводу 9. Через дегазационные скважины б и 7м отсасывают газ, интенсивно выделяющийся в разгружаемой от горного.давления зоне пласта. При этом на высокогазоносных и выбросоопасных пластах все функционирующие скважины и используют для вторичного отсоса газа (после слива жидкости) подключают к дега- зационному трубопроводу 9 только скважины 7 , ориентированные под углом к линии очистного забоя, а скважины 51, параллельные очистному забою, заглушают. В последнем случае процесс осушения искусственно увлажненного жидкостью массива угля замедляется, так как жидкость, заполнившая трещины и поры в угольном массиве вблизи скважин 5 , не извлекается, а в узлах аэродинамической связи между скважинами 5 и 711 процесс извлечения жидкости из скважины 5м в скважины 7П замедлен.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В условиях пласта тзСДонецко-Макеев- ский район Донбасса), мощностью 1,5-1,8 м, при угле падения пласта 8-10°, зоне дренирования пласта подготовительной выработкой 10 м, длине лавы 150 м очистные работы ведут с применением методов дега- зации угольного массива и его увлажнения после отсоса газа. При этом скважины диаметром 76 мм длиной 120-130 м проводят через 10 м по восстанию пласта параллельно линии очистного забоя. Скважины пооче- редно отключают от дегазационной сети на расстоянии 20-30 .м от очистного забоя и через них нагнетают воду в массив с помощью насоса и гидрозатвора Таурус. Эффективность дегазации пласта базовым

способом за 6 мес. не превысила 1,0 м /т, а увлажнения массива - 10 л/т,

Способ дегазации и увлажнения пласта в этих условиях реализуют следующим образом.

Ширину блоков и целика угля, разделяющего блока, определяют по фактическим данным, характеризующим протяженность зоны влияния очистного забоя на массив угля, расположенный впереди лавы, и .протяженность зоны, разгрузки перед забоем, или устанавливают экспериментально, например, путем установки в контрольных скважинах гидродатчиков (ПГД-1, ПГД-2) с первоначальным давлением жидкости- в них, равным (0,1-0,2) у Н, что соответствует нормальным напряжениям в массиве угля, прилегающем к скважине. Контрольные скважины -проводят и оборудуют датчиками в зоне природной проницаемости. С помощью датчиков ПГД-2 с первоначальным давлением жидкости 0,1 у Н и 0,2 у Н установлено, что протяженность зоны влияния очистного забоя составила 80-90 м, а протяженность зоны разгрузки 18-30 м (большие значения сняты с показаний датчика с давлением жидкости 0,1 у Н). Ширину блоков приняли равной 70 м, а ширину целика угля, разделяющего блоки - 20 м, Сумма этих величин равна протяженности зоны влияния лавы (зоны опорного давления впереди лавы).

В каждом блоке, согласно схеме на фиг.1, проводят скважины параллельно очистному забою (8 скважин) и скважины, ориентированные под углом 70° к линии очистного забоя (9 скважин). Угол 70° - это угол между проекцией скважины на пласт и. осью выработки, из которой пробурена скважина. В целике угля проводят одну скважину параллельно линии забоя лавы. Длина параллельной очистному забою скважины в блоке и целике равна 135 м (при длине лавы 150 м), а ориентированных на забой лавы скважин 35-141 м. В каждом блоке 4 скважины, ориентированные на забой лавы, имеют длину 141 м, остальные 5 скважин - соответственно 137, 139 м (в конце блока) и 105, 70, 35 м (в начале блока). Углы возвышения скважин, пробуренных параллельно забою лавы, приняты равными 10°, ориентированных на очистной забой, под углом 70-80°, под углом 76° и 81° приняты равными 9°. Проектная длина всех скважин в блоке 2130 м. Расстояние между устьями скважин обеих серий 10м.

Для ускорения процесса трещинооб-. разования в целике, массив угля в нем ослабляют, например, путем бурения допюлнительных скважин, расширения имеющейся скважины или ее торпедирования, нагнетания водных растворов ПАВ или ХАВ. Наиболее технологично последнее, а также торпедирование скважин после ее бурения, либо совместное их применение.

В упомянутых выше условиях время функционирований скважин в зоне природной проницаемости пласта (до приближения зоны опорного давления впереди лавы) составило 4 мес, При расстоянии между забоем лавы и скважиной в целике угля перед блоком, равным 110м, все скважины в блоке за целиком и скважину в целике угля перед блоком отключают от дегазационной системы и через них сначала нагнетают воду в массив в режиме фильтрации, а затем выдерживают ее в скважинах и массиве при периодической подкачке (нагнетании). Продолжительность нагнетания воды устанавливают по времени, в течение которого давление нагнетания достигает расчетного его значения и не превосходит его, а паузы, между подкачками воды определяют временем снижения давления воды в скважинах до величины, равной половине давления нагнетания.

При расстоянии между забоем лавы и скважиной в целике угля перед блоком, равным 30 м, когда начинается процесс образования трещин в .целике угля вблизи скважины, пробуренной в нем, подготавливают процесс слива жидкости из скважин. При этом слив жидкости производится после того, как сначала резко упадет давление жидкости в скважине, пробуренной в целике угля, что свидетельствует об образовании трещин в массиве (целике) вблизи скважины, а затем оно стабилизируется, так как замедлится процесс истечения воды из скважины по образованным трещинам. Подкачку жидкости в скважины в это время не производят.

После слива из скважины неиспользованных объемов воды (если таковые имеются) скважины вновь подключают к дегазационному трубопроводу и отсасывают газ в разгружаемой от горного давления зоне пласта. При этом на скважинах, которые выходят на забой лавы по мере ее подвйгания, регулируют вакуум, снижая его до величины, при которой концентрация метана в каптируемой смеси составляет не менее 25%. Скважину отключают от дегазационного трубопровода тогда, когда при вакууме, равном 100 мм вод.ст., концентрация метана составляет менее 25%.

На последующих блоках операции повторяют в той же последовательности, как это описано выше.

При фактической длине скважин в блоках 1 и 2, равной 1835 и 1916 м, а в целике угля 120 и 123 м из пласта тздо зоны опорного давления, т.е. в зоне природной проницаемости, за 4 месяца было извлечено 3,2 м3 метана с 1 т угля в блоке 1 и 3,3 м /т а блоке 2, В угольный массив блоков 1 и 2 в процессе нагнетания и подкачки воды подано 47 и 48 л/т соответственно. В разгружаемой от гор0 ного давления зоне пласта из блоков 1 и 2 извлечено соответственно 1,5 и 1,6 м3/т. Таким образом, эффективность нового способа дегазации в блоке (при газоносности пласта 15,7 м3/т, остаточной газоносности

5 отбитого угля 4,0 м3/т) составила 40-42%, степень влагонасыщения пласта увеличилась в 4,5-5 раз. В целике угля эффективность дегазации повысилась в 2,1 раза, а степень влагонасыщения - в 1,7 раза.

0 Внедрение нового способа дегазации и увлажнения пласта обеспечит по сравнению с прототипом повышения эффективности дегазации в 2,5-3 раза, а увлажнения пласта - в 3-3,5 раза. Значительно улучшат5 ся условия ведения очистных работ по газовому и пылевому факторам, что, в свою очередь, будет способствовать повышению безопасности, снижению количества заболеваний шахтеров антрокозом, увеличению

0 нагрузки на очистной забой, снижению себестоимости добываемого угля. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Способ дегазации и,увлажнения пласта, включающий проведение в пласте

5 параллельных очистному забою и ориентированных под углом к линии очистного забоя скважин, подключение скважин к дегазационному трубопроводу, отсос газа, последующее нагнетание в массив угля

0 жидкости через группу скважин, осуществляемое до подхода к ним зоны опорного давления, выдержку жидкости в пласте, слив неиспользованных в процессе выдержки ее объемов, повторное после слива

5 жидкости подключение скважин к дегазационному трубопроводу и отсос газа в разгружаемой от горного давления зоне пласта, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью интенсификации процессов дегазации и

0 увлажнения угольного массива, на подготавливаемом к выемке участке пласта выде- ляют блоки, отделенные друг от друга целиком угля, скважины проводят из одной выработки, при этом в целике угля проводят

5 скважину параллельно очистному забою, а . последующее после первичного отсоса газа нагнетание жидкости и ее слив осуществля-4 ют через группу перекрещивающихся в блоке скважин и скважину в целике угля перед блоком, причем слив жидкости производят

после образования трещин в массиве вблизи скважины, проведенной в целике угля перед блоком.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью ускорения процесса тре- щинообразования в целике, массив угля в нем ослабляют.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью замедления процесса осушения искусственного увлажненного жидкостью массива угля в блоке, на

0

невыбросоопасных пластах с низкой водопроницаемостью к дегазационному трубопроводу повторно подключают скважины, ориентированные под углом к линии очистного забоя, а параллельные очистному за-бою скважины в блоке заглушают.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что через скважину, пробуренную в целике угля, закачивают в пласт водные растворы проверхностно-активных или химически активных веществ.

Использование: для интенсификации процессов дегазации и увлажнения угольного массива. Сущность изобретения: на подготавливаемом к выемке участке пласта выделяют блоки, отделенные друг от друга целиком угля, скважины в пласте проводят из одной выработки перекрестно. В целике угля скважины проводят параллельно очистному забою. Отсос газа и последующее нагнетание жидкости в пласт ведут через перекрещивающиеся скважины в блоке и скважину, проведенную в целике угля перед блоком, до подхода к ним зоны опорного давления. Слив неиспользованных в процессе выдержки объемов жидкости в обрабатываемом блоке осуществляют после образования трещин в массиве вблизи скважины, проведенной в целике угля перед блоком. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.