Спосіб видобутку метану з вугільних пластів

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для добычи метана из угольных пластов с поверхности, из горных выработок или одновременно - с поверхности и горных выработок. Известен способ интенсификации дегазации угольных пластов в режиме взрыво-гидроимпульсного разрыва угольного пласта, производимый через одну и ту же скважину [1]. Недостатком этого способа является его низкая эффективность, так как через одну скважину производятся различные виды воздействий, что приводит к увеличению длительности процесса. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ предотвращения внезапных выбросов угля и газа, включающий бурение скважин в окрестностях выработки, их герметизацию и гидродинамическое воздействие путем нагнетания жидкости под давлением через скважины с последующим его сбросом, причем вначале бурят две контрольные скважины у контура выработки, затем бурят технологическую скважину по породе на расстоянии не менее 0,1 м от пласта, гидродинамическое воздействие сначала производят через технологическую скважину по : породе, создавая импульсное воздействие на угольный пласт, при этом ведут контроль давления газа в контрольных скважинах и в технологической скважине по углю, и после того, как давление газа в технологической скважине по углю становится постоянным, производят периодический выпуск газа из скважины по углю до допустимых концентраций, а затем осуществляют гидродинамическое увлажнение пласти через скважины по углю до появления жидкости из технологической скважины [2]. Недостатком этого способа является его низкая эффективность из-за применения только одного вида воздействия, а истечение газа из газовыделяющей скважины является неуправляемым, т.е. произвольным. В основу изобретения поставлена задача создания способа добычи метана из угольных пластов и газонасыщенных пород, в котором за счет взаимодействия процессов гидродинамического и вакуумного воздействия и резкого возрастания процесса трещинообразования, обеспечивается повышение эффективности добычи газа и за счет этого возрастает концентрация газа, достижение максимального коэффициента дегазации породно-угольного массива и т.д. Поставленная задача решается тем, что в способе добычи метана из угольных пластов, включающем бурение группы скважин, их обсадку, герметизацию и гидродинамическое воздействие путем нагнетания жидкости под давлением через скважины с последующим его сбросом, в группе скважин, пробуренных с поверхности, из горных выработок или с поверхности и горных выработок одновременно, центральную скважину подключают к системе вакуумного отсоса, оснащают системой динамического воздействия и газгольдером для подачи углекислоты в угольный пласт, производят интенсификацию процесса газовыделения путем синхронно производимых гидродинамического воздействия на угольный пласт, например, в режиме послойного разрушения через крайние скважины и динамического воздействия через центральную скважину, например, путем сброса вакуума и подачи углекислоты в угольный пласт под давлением, при этом процессы воздействий продолжают до выхода жидкости в центральную.скважину, после чего скважины для гидродинамического воздействия освобождают от жидкости и горной массы, осушают сжатым воздухом, подключают к ним систему вакуумного отсоса, оснащают системами динамического воздействия и газгольдером для подачи углекислоты в угольный пласт и во всей группе скважин синхронно производят на угольный пласт динамическое воздействие вакуумом с подачей углекислоты из газгольдера и отсос газа в газосборники, причем процесс ведут до полной дегазации участка. При этом скважины, которые бурят с поверхности, располагают группами из пяти скважин: по углам квадрата - скважины для гидродинамического воздействия, а в центре - скважина для динамического воздействия вакуумом, подачи углекислоты и отсоса метана. Скважины, которые бурят по угольному пласту из горной выработки, располагают, группами из трех скважин: по краям - скважины для гидродинамического воздействия, а в центре, между ними, скважина для динамического воздействия вакуумом, подачи углекислоты и отвода метана. В случае бурения скважин с поверхности и по угольному пласту одновременно, первые располагают группами из четырех скважин для гидродинамического воздействия, а в центре, между ними, бурят скважину по угольному пласту из горной выработки для динамического воздействия вакуумом, подачи углекислоты и отвода метана. Способ добычи метана из угольных пластов (фиг. 1,2,3,4) осуществляют следующим образом. С поверхности (фиг.1, 2) бурят группу скважин 1 до угольного пласта 2, обсаживают стальными трубами 3 и производят герметизацию 4. Группа скважин 1 в этом случае состоит из 5 скважин, 4 из которых располагают по углам квадрата и оснащают системами для гидродинамического воздействия, состоящих из быстродействующих задвижек, гидроцилиндров для открытия -закрытия задвижек, пульта управления и высоконапорных насосных станций, а одна в центре - оснащается системами для вакуумного воздействия и подачи угольной кислоты в пласт, состоящими из быстродействующей задвижки, пульта управления, высоконапорных насосов, газгольдера, с угольной кислотой, и подключают к системе вакуумного отсоса и сброса газа. При добыче метана из угольного пласта в ша хтных условиях (фиг.3) из горной выработки 5 бурят группу скважин 6 по угольному пласту, две из которых крайние, оборудуют системами для гидродинамического воздействия, а среднюю между ними - системами для вакуумного воздействия и подачи угольной кислоты и подключают к системе вакуумного отсоса и сброса газа. При комбинированном варианте добычи метана (фиг.4) группа скважин состоит из пяти скважин, четыре (1) из которых бурят с поверхности до угольного пласта по углам квадрата и оснащают системами для гидродинамического воздействия, а одну (6) бурят из горной выработки по пласту в центр участка и оснащают системами для вакуумного воздействия и подачи угольной кислоты и подключают к системе вакуумного отсоса и сброса газа. Гидродинамическое и вакуумное воздействие на угольный пласт осуществляют во всех скважинах синхронно до появления влаги в скважине для отсоса газа, после чего воздействие в группе прекращают, очищают скважины от воды и шлама, осушают сжатым воздухом и все скважины подключают к системе вакуумного отсоса. После этого осуществляют вакуумное воздействие с подачей углекислоты в пласт во всех скважинах группы, отсос газа и его сброс в газосборники до полной дегазации участка. После этого оборудование демонтируют, скважины герметизируют и производят дегазацию следующей группы скважин. Пример конкретного выполнения способа. В условиях шахты им. А.А.Скочинского проведены горно-экспериментальные работы по проверке заявляемого способа при ведении горных работ по пласту I17 - "Смоляниновский". Пласт h7 - "Смоляниновский" на поле шахты им. А.А.Скочинского является высо-когазонасосным и особо опасным по внезапным выбросам угля и газа. Геолого-разведочные скважины 0200 мм, пробуренные на угольный пласт герметизировались и оснащались системами гидродинамического и вакуумного воздействия и подключались к дегазационной системе вакуумного отсоса. Гидродинамическое воздействие осуществлялось в режиме послойного разрушения без интенсивного выхода угля при сбросе давления. Было произведено 120 циклов подачисброса при давлении подачи до 9 МПа, после чего было отмечено бурное выделение метана и резкое потемнение воды при сбросе. Воздействие было прекращено на 1 час до прекращения бурного выделения метана из скважин. После чего было произведено еще 5 групп воздействий по 30 циклов с перерывами от 20 до 40 мин. В результате этого в скважине через которую производился отсос резко повысилась влажность и воздействие было прекращено. После этого из скважин была откачана вода и они осушены сжатым воздухом; обе скважины были подключены к системе вакуумного отсоса и в течение 10 дней производилось вакуумное воздействие и отсос газа. В результате проведенных работ было добыто 150 тыс.м 3 метана, который был использован в качестве топлива в ша хтной котельной. Экспериментальные работы в шахтных условиях были проведены так же в полевом откаточном штреке сечением 11,2 м 2 в проходке, из которого через породную пробку на пласт были пробурены 3 скважины через 20 м друг от др уга длиной по 30 м. Скважины были обсажены стальными трубами и затам-понированы. Крайние скважины были оснащены системами' гидродинамического воздействия, а средняя - системой вакуумного воздействия. Гидродинамическое воздействие производилось при давлении подачи 3-5 МПа с задержкой сброса давления в скважине до 10-15 мин, в связи с интенсивным газовыделением. Было проведено 30 циклов подачи-сброса в течение 10 часов работы. Выход газа составил 30 тыс.м 3. Вакуумное воздействие производилось одновременно с гидродинамическим вакуумом в 1 МПа, концентрация метана в дегазационном cfaee составляла 40-70%, выход угля из газонасыщенной скважины не наблюдался, а через 30 циклов гидродинамического воздействия пошла вода, т.е. произошло гидравлическое смыкание скважин и процесс воздействия был прекращен. После этого скважины были очищены и оборудованы системами вакуумного воздействия. Вакуумное воздействие длилось 2 смены, по истечении которых поступление метана в дегазационную систему практически прекратилось. В результате проведенных работ было добыто 25 тыс.м^ метана, который был использован в шахтной котельной в качестве топлива.