Спосіб витягання метану з вугленосної товщі

Винахід відноситься до гірничої промисловості, а саме до підземної розробки високогазоносних вугільних пластів і може бути використаний для витягання метану з вугленосної товщі для промислового використання. Відомий спосіб витягання метану з вугленосної товщі, що включає буріння свердловин із земної поверхні до вугільного пласту або в породи ґрунту, обсадку їх трубами, тампонування затрубного простору (Сластунов С.В. «Заблаговременная дегазация и добыча метана из угольных месторождений», М., Изд-во МГГУ, 1996г., с.14-19). У свердловини по черзі подають повітря і воду під тиском, здійснюючи пневмогідровпливання. Робочу рідину витримують у пласті кілька місяців і експлуатацію свердловин починають з видаляння робочої рідини з тріщин і пір відкачкою, а через 1,5-2 роки свердловину підключають до вакуумного насоса. Однак відомий спосіб характеризується великим обсягом підготовчих робіт, їхньою трудомісткістю і значним часом проведення всіх заходів (20-30 місяців), що знижує ефективність способу. Реалізація способу сполучена зі значними витратами, зв'язаними з необхідністю буріння великої кількості свердловин з використанням великої кількості спеціалізованої техніки для інтенсифікації метановиділяння, при цьому концентрація метану, що витягається, недостатня для промислового використання. Найбільш близьким аналогом до винаходу, що заявляється, є спосіб витягання метану з вугленосної товщі при відроблянні вугільного пласта лавами шляхом дегазації виробленого простору, що включає буріння серії вертикальних дегазаційних свердловин із земної поверхні на підготовлювану до відробляння виїмкову дільницю, оконтурювану відкаточним і вентиляційним штреками, з перетинанням вугільного пласта і поглибленням у породи ґрунту на 3-5 метрів і відстанню між свердловинами не більш двох радіусів впливу дегазуючих свердловин, при цьому в напрямку падіння пласта свердловини бурять на відрізку, рівному 1,5-2,0 довжинам лави, а в напрямку простягання пласта - по всій ширині виїмкової дільниці, обсадку свердловин трубами і витягання метану шляхом відсмоктування метаноповітряної суміші вентиляторами, установленими на свердловинах (А.с. СРСР №1460341, кл. Е21F7/00, опубл. 23.02.1989р.). По мірі посування вибою вертикальні дегазаційні свердловини попадають у зону виробленого простору, відкіля здійснюється відсмоктування основної кількості метану, а в свердловинах, розташованих по простяганню пласта, каптирують метан, що рухається по виробленому просторі знизу нагору. Ознаки найближчого аналога, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється: - буріння з земної поверхні на підготовлювану до відробляння виїмкову дільницю свердловин; - обсадка свердловин трубами; - витягання метану шляхом відсмоктування метаноповітряної суміші вентиляторами, установленими на свердловинах. Відомий спосіб не забезпечує одержання необхідного технічного результату по наступних причинах. Максимальна кількість метану виділяється в процесі відробляння виїмкової дільниці з виробленого простору: і геологічних розломів, добуваємого вугілля, різних тріщин пород, при цьому відсмоктується з виробленого простору основна кількість метану. Відомий спосіб витягання метану вимагає значних енергетичних і матеріальних витрат, зв'язаних з бурінням великої кількості дегазаційних свердловин, установлення значної кількості відсмоктувальних вентиляторів високої потужності по падінню і простяганню пласта, або їхнього перенесення (переустановлення) по мірі посування очисного вибою. Спосіб характеризується підвищенням концентрації метану понад припустиму в зоні безпосереднього відробляння виїмкової дільниці, що приводить до утворення вибухонебезпечних об'ємів метану, розташованих у безпосередній близькості від очисного вибою в утворених від обвалу покрівлі склепіннях, і в закритих, не вентильованих обсягах. Безпосереднє витягання метану через конкретну дегазаційну свердловину з обсягу виробленого простору не забезпечує витягання метану з високим дебітом і концентрацією, необхідною для його промислового використання, а одночасне витягання метану з декількох свердловин також знижує його концентрацію при витяганні. По мірі посування лави свердловини по черзі попадають у зону впливу очисного вибою, де підвищення концентрації гірського тиску приводить до інтенсивного зсуву гірських порід від покрівлі вугільного пласта. При цьому стінки свердловин поступово обрушуються і заповнюють її вугільним дріб'язком. Після заповнення свердловини вугільним дріб'язком подальша концентрація гірського тиску приводить до ущільнення вугілля в свердловині і біля неї, що погіршує його проникність і зменшує фільтруючий потік метану, знижуючи його дебіт. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу витягання метану з вугленосної товщі, у якому за рахунок збільшення рівня газовиділення з виробленого простору забезпечується збільшення дебіту витягаємого метану високої концентрації, придатного для промислового використання, зі зменшуванням енергетичних і матеріальних витрат. Поставлена задача вирішується тим, що в способі витягання метану з вугленосної товщі, що включає буріння з земної поверхні на підготовлювану до відробляння виїмкову дільницю свердловин, обсадку свердловин трубами, і витягання метану шляхом відсмоктування метаноповітряної суміші вентиляторами, установленими на свердловинах, відповідно до винаходу буріння свердловин ведуть з боку початку виїмкової дільниці, обсадку свердловин виконують перфорованими трубами в нижній частині на висоту, рівну висоті зони інтенсивного зсуву гірських порід від покрівлі вугільного пласта, а витягання метану здійснюють після обвалення основної покрівлі і досягнення концентрації метану в відсмоктуваній метаноповітряній суміші не менш 40% і направляють його в накопичувальну ємкість. Газоносні метанонебезпечні вугільні пласти у початковому стані містять гази, розчинені як у вугільних породах, так і у виді виділень у закритих порожнинах порід і є могутніми акумуляторами метану, при цьому парціальний тиск розчиненого метану в породах і виділеного у вироблений простір рівні. При розробці вугільних родовищ відбувається порушення динамічної рівноваги і йде виділення метану в утворені порожнини виробок, одна складова виділень обумовлена первинним підроблянням порід, а інша є наслідком погашення порожнин розшарування при активізації зрушення. При посуванні очисного вибою при переміщенні кріпи у виробленому просторі відбувається періодичне обвалення покрівлі з висотою зони повного обвалення, рівної 2,5-3,5 потужності вугільного пласта. Після обвалення по всій довжині лави виїмкової дільниці практично 100% об'єму метану виштовхується у вироблений простір. Відсмоктування метаноповітряної суміші в пропонованому способі характеризується відсмоктуванням метаноповітряної суміші через порожнини виробленого простору, зони розшарування й активізації зрушення порід. Насичення відсмоктуваємого потоку метаноповітряної суміші метаном зі збільшенням концентрації метану в ній відбувається на границі масиву вугілля і виробленого простору, на дільниці зрушення порід за очисним вибоєм у межах виробленого простору розроблювальної виїмкової дільниці, а також з раніше вироблених просторів за рахунок акивізації зрушення порід. Тому обсадку свердловин виконують перфорованими трубами в нижній частині на висоту, рівну висоті зони інтенсивного зсуву гірських порід від покрівлі вугільного пласта. Спосіб здійснюють таким чином. На підготовлювану до відробляння виїмкову дільницю з земної поверхні бурять свердловини з боку початку виїмкової дільниці. Свердловини в нижній частині обсаджують перфорованими трубами на висоту, рівну висоті зони інтенсивного зсуву гірських порід від покрівлі вугільного пласта. Після підготовки свердловин і підключення до них насосів роблять виїмку вугілля. Відсмоктування метаноповітряної суміші починають після первинного обвалення основної покрівлі, коли метан з вугільного пласта надходить у вироблений простір і далі через свердловини в атмосферу, а після повного обвалення основної покрівлі і досягнення концентрації метану в метаноповітряній суміші не менш 40% здійснюють витягання метану відсмоктуванням метаноповітряної суміші вентиляторами, установленими на свердловинах і направляють її в накопичувальну ємкість. Після завершення робіт з відробляння виїмкової дільниці продовжують витягання метану. Приклад. Відомими засобами проведення підготовчих виробок оконтурювали виїмкову дільницю довжиною близько 1500м відкаточним і вентиляційним штреками. До початку ведення очисних робіт із земної поверхні бурили вертикальні свердловини діаметром 1,5м і глибиною 100м над вентиляційним і відкаточним штреками до сполучення з ними з боку початку виїмкової дільниці. Свердловини в нижній частині обсаджували перфорованими трубами на висоту 330м, що складає висоту зони інтенсивного зсуву гірських порід від покрівлі вугільного пласта і приєднували до відцентрового вентилятора продуктивністю 20-30м3/с і депресією 300-400мм. вод. ст. Потім здійснювали виїмку вугілля з видаленням кріпи по мірі посування очисного вибою і після первинного обвалення основної покрівлі робили відсмоктування вентиляторами метаноповітряної суміші через вироблений простір і свердловини на поверхню. У процесі відсмоктування відбирали проби метаноповітряної суміші для визначення концентрації метану, що складала після первинного обвалення основної покрівлі 1-2% при дебіті 1530м3/хв, Після повного обвалення основної покрівлі і досягнення концентрації метану в метаноповітряній суміші 40% (дебіт складав 3000-4200м3/хв) здійснювали витягання метану відсмоктуванням метаноповітряної суміші і направляли її в накопичувальну ємкість. Після завершення робіт з відробляння виїмкової дільниці продовжували витягання метану. Збільшення дебіту метану високої концентрації забезпечується за рахунок збільшення рівня газовиділення з виробленого простору, викликаного очисними роботами і розпушенням виїмкового простору. Реалізація способу забезпечує витягання метану, придатного для промислового використання зі зменшуванням енергетичних і матеріальних витрат, оскільки не вимагає буріння великої кількості свердловин і установлення вентиляторів високої потужності.