Спосіб комплексної дегазації порід покрівлі високонавантажених лав, суміжних з відпрацьованими ділянками

Винахід відноситься до вугільної промисловості і може бути використаний для комплексної дегазації порід покрівлі високонавантажених лав, суміжних з відпрацьованими ділянками, на пластах пологого та похилого залягання. Відомий спосіб дегазації підроблених пологих та похилих пластів свердловинами із виробок, який вміщує вибір геологічних об'єктів дегазації, буріння дегазаційних свердловин, їх обсаджування, герметизацію та підключення до дегазаційних трубопроводів [Дегазация угольных шахт Украины. Руководство. Первая редакция. Киев, 2003. - 132 с.]. Недоліком цього способу є неможливість здійснення комплексної дегазації порід покрівлі внаслідок низької газопроникності недоторканого масиву, та руйнування гирла дегазаційних свердловин після проходу очисного вибою. Відомий спосіб дегазації світи тонких пологих пластів, який вміщує проведення в породах покрівлі відроблюємого пласта дегазаційних виробок, буріння із них спадних, з кутом нахилу дорівняним куту повних зрушень порід, дегазаційних свердловин та відбір метану [А.с. СССР № 1125386, МКВ E21F 7/00 Способ дегазации свиты тонких пологих пластов. Куклин Б.К., Лепихов А.Г., Остапенко А.Ф., Гершун О.С. - Опубл. 23.11.84. Бюл. № 43]. Недоліком цього способу є вірогідність високої загазованості дегазаційних виробок внаслідок підвищення проникності підробленого вуглепородного масиву, а також - неможливість виконання попередньої дегазації. В основу винаходу поставлена задача розробки способу комплексної дегазації порід покрівлі високонавантажених лав, суміжних з відпрацьованими ділянками, у якому за рахунок проведення дегазаційних виробок в порушених бокових породах відпрацьованої ділянки на визначеній відстані від вентиляційної виробки нової лави, параметрів буріння дегазаційних свердловин в зони скупчення метану різного походження та схем підключення дегазаційних свердловин до дегазаційних трубопроводів, здійснюється комплексна дегазація порід покрівлі та, як наслідок, підвищення ефективності дегазаційних заходів і поліпшення якості вилучаємої газоповітряної суміші для її подальшої утилізації. Поставлена задача вирішується тим, що в способі комплексної дегазації порід покрівлі високонавантажених лав, суміжних з відпрацьованими ділянками, який вміщує вибір об'єктів дегазації, проведення дегазаційних виробок, буріння із них дегазаційних свердловин, підключення їх до дегазаційної системи та відбір метану, згідно винаходу, дегазаційні виробки проводять в порушених бокових породах відпрацьованої ділянки вздовж вентиляційної виробки нової лави на мінімально допустимій відстані від неї, а дегазаційні свердловини бурять в геологічні та геомеханічні зони скупчення вільного метану для попередньої дегазації, в майбутні склепіння зрушень порід покрівлі для поточної дегазації та в зони техногенного скупчення метану для післяексплуатаційної дегазації, причому кожні із типів свердловин підключають до окремого дегазаційного трубопроводу. Проведення дегазаційних виробок в порушених бокових породах відпрацьованої ділянки запобігає дренажу метану та загазованості виробок внаслідок низької проникності підробленого вуглепородного масиву, в якому відновлений природний гірничий тиск. Розташування дегазаційної виробки на мінімально-допустимій відстані від вентиляційної виробки нової лави, яка гарантує безпечні деформації елементів кріплення від геодинамічного впливу очисного вибою, забезпечує її стійкість від деформування та руйнування внаслідок геодинамічних процесів, які відбуваються в вуглепородному масиві підчас посування очисного вибою. Розміри відстані залежать як від геологічних факторів: літологічного складу вуглепородного масиву, глибини та кута залягання порід, їх фізико-механічних властивостей, товщини розробляємого пласта, ступеню метаморфізму вугілля та параметрів газонасиченості, так і від технологічних: розмірів перетину дегазаційної виробки, типу кріплення та допустимих показників його податливості. Розрахунок мінімально допустимої відстані виконується згідно методики, яка викладена в нормативному документі [Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. -Л.: ВНИМИ, 1985. - 222 с.]. Комплексна дегазація порід покрівлі складається із попередньої, поточної та післяексплуатаційної. Попередня дегазація виконується до початку та підчас ведення робіт з вуглевидобування, але не в зоні впливу очисного вибою, шляхом вилучення вільного метану із природних та техногенних зон його скопичень. Дегазаційні свердловини бурять в геологічні та геомеханічні зони скупчення вільного метану, які визначають до початку або підчас підготовчих робіт на виїмковій дільниці за відомими методиками, наприклад [Забигайло В.Е., Лукинов В.В., Пимоненко Л.И. и др. Тектоника и горно-геологические условия разработки угольных месторождений Донбасса. – Киев: Наук. Думка, 1994. -152 с.]. Попередня дегазація забезпечує значні обсяги вилученого газу з високим вмістом метану за рахунок керування показниками дебіту та ступеню розріджування на гирлі кожної свердловини. Поточна дегазація виконується в зоні прогину та тріщиноутворення в підроблених породах покрівлі шляхом вилучення вільного та десорбованого метану із газонасичених порід і вугільних пластів-супутників підчас видобутку вугілля. Буріння дегазаційних свердловин в майбутні склепіння зрушень порід покрівлі, які утворюються після виїмки вугільного пласта, забезпечує найбільш повний відбір метану, який через розшаровані та потріскані породи перетікає із верхніх прошарків покрівлі в зони з меншим газовим тиском. Поточна дегазація запобігає проникненню метану в робочий простір лави, чим забезпечується безпека праці гірників та можливість збільшення навантаження на очисний вибій. Обсяги вилученого метану залежать від кількості видобутого вугілля, а вміст метану в газоповітряній суміші залежить від якості обсаджування та герметизації свердловин, а також - від своєчасного відключення свердловин від дегазаційної системи. Післяексплуатаційна дегазація виконується після відходу лави, коли в підробленому вуглепородному масиві внаслідок розшарування, на межах порід з різними механічними властивостями створені умови для дренажу сюди метану із зон з більшим газовим тиском і, таким чином, утворюються зони техногенних скупчень вільного метану. Дегазаційні свердловини бурять в напрямку таких зон, перетинаючи їх на повну товщину. Післяексплуатаційна дегазація забезпечує зниження обсягів дренажу метану в гірничі виробки із підробленого масиву та відробленого простору, чим поліпшується газова ситуація на виїмковій дільниці. Обсяги вилученого метану залежать від газонасиченості вугільних пластів-супутників та порід покрівлі, кількості свердловин та часу відкачки газу. Концентрація метану в газоповітряній суміші залежить від якості герметизації свердловин і показників дебіту та вакууму на гирлі кожної свердловини. Підключення кожних із типів свердловин до окремого дегазаційного трубопроводу забезпечує контроль та управління оптимальним дебітом та необхідним вмістом метану в видобуваємій газоповітряній суміші, внаслідок чого підвищується ефективність дегазаційних заходів та поліпшується якість метану для подальшої його утилізації. На Фіг.1 та Фіг.2 представлені план гірничих виробок та вертикальний переріз вуглепородного масиву, які пояснюють схему реалізації способу, що заявляється, комплексної дегазації порід покрівлі високонавантажених лав, суміжних з відпрацьованими ділянками. На схемі позначені: 1 - вугільний пласт нової лави; 2 - відроблений простір відпрацьованої ділянки; 3 - вентиляційна виробка нової лави; 4 - дегазаційна виробка; 5, 6, 7 - дегазаційні свердловини; Lmin – мінімально допустима відстань. Пропонований спосіб комплексної дегазації порід покрівлі високонавантажених лав, суміжних з відпрацьованими ділянками, реалізують таким чином. За даними геологорозвідувальних робіт на полі майбутньої виїмкової ділянки визначають природні геологічні зони скупчення вільного метану. Одночасно з підготовчими виробками виїмкової дільниці в порушених породах покрівлі суміжної відпрацьованої ділянки 2 будують дегазаційну виробку 4. В залежності від геологічних та технологічних умов дегазаційну виробку проводять вздовж вентиляційної виробки нової лави на мінімально-допустимій відстані Lmin, яку обчислюють з умови безпечної деформації елементів її кріплення згідно з нормативними документами. Дегазаційну виробку проводять на повну, чи неповну довжину виїмкового стовпа. Після цього в визначені геологічні та геомеханічні зони скупчення вільного метану із дегазаційної виробки 4 бурять дегазаційні свердловини 5, обсаджують, герметизують та підключають їх до окремого дегазаційного трубопроводу і відкачують метан, здійснюючи попередню дегазацію. Далі, перед початком робіт з вуглевидобутку із дегазаційної виробки назустріч очисному вибою в майбутні склепіння зрушень порід покрівлі бурять дегазаційні свердловини 6, обсаджують, герметизують, підключають їх до окремого дегазаційного трубопроводу та, по мірі посування очисного вибою, вилучають метан. Після проходження очисним вибоєм створу з гирлом чергової свердловини та зниження концентрації метану її відключають від дегазаційного трубопроводу. Таким чином виконується поточна дегазація. Після просування очисного вибою та посадки основної покрівлі визначаються зони техногенного скупчення метану, в які бурять дегазаційні свердловини 7. Свердловини обсаджують, герметизують, підключають до окремого дегазаційного трубопроводу та відбирають метан, здійснюючи післяексплуатаційну дегазацію. Контроль за параметрами дегазації виконують шляхом постійних чи дискретних вимірів, показників вакууму, дебітів та концентрації метану в кожній свердловині та в кожному дегазаційному трубопроводі. Область застосування способу: комплексна дегазація газонасичених порід покрівлі пологого та похилого залягання. Приклад конкретного виконання способу. Спосіб виконувався на шахті ім. О.Ф. Засядька на глибині 1270 м підчас комплексної дегазації 16 західної лави пласта ліз. В породах покрівлі відпрацьованої ділянки 15 західної лави вздовж вентиляційного штрека нової 16 західної лави на 15-метровій відстані від нього було проведено 410 м дегазаційної виробки. Із цієї виробки було пробурено 43 дегазаційні свердловини для проведення попередньої, поточної та післяексплуатаційної дегазації. Свердловини були обсаджені, загерметизовані та підключені до двох дегазаційних трубопроводів: свердловини попередньої та післяексплуатаційної дегазації - до першого трубопроводу; свердловини поточної дегазації - до другого. До підходу очисного вибою за рахунок попередньої дегазації, визначених раніше геологічних зон скупчення вільного метану, вилучено 1,3 млн. м метану. Всього ж свердловинами вилучено 6,0 млн. м3 метану, з них 2,0 млн. м3 метану - за рахунок попередньої дегазації. Середня продуктивність усіх свердловин складає 21,5 м3/хвил (в перекладі на 100% метан). При середньодобовому навантаженні 16 західної лави за лютий-квітень 2004 р. -3326 т, відносна метановість вихідного струменю повітря із лави була 4,97 м3/т. Для порівняння, відносна метановість 15 західної лави, де спосіб не виконувався, при середньому навантаженні на лаву в трьохмісячний термін - 2752 т/добу, склала 6,54 м3/т. Ефективність комплексної дегазації цим способом для зниження метановості 16 західної лави дорівнює 58,9%.