Спосіб запобігання гірничим ударам, раптовим викидам вугілля, породи й газу на метанорясних пластах

Спосіб запобігання гірничим ударам, раптовим викидам вугілля, породи й газу на метанорясних пластах, що включає проведення в покрівлі пласта виробки паралельно осьовій лінії поверху, буріння з неї серії низхідних свердловин до перетинання із ґрунтом пласта, вимірювання темпера 3 при конденсації в них газів, що насичують вугілля. З врахуванням того, що критична температура конденсації, наприклад, метану низька й становить (-82,5°С), малоймовірна фіксація таких низьких значень температур у розроблювальних вугільних пластах. Важливою особливістю газоподібних вуглеводнів є те, що при певних тисках і температурах ці вуглеводні зв'язуються з водою й переходять у гідратний (льодоподібний) стан. Термобаричні умови формування гідратів природних газів варіюють від 1 до 500 атмосфер і температур від -40°С до +40°С і залежать у першу чергу від складу газів. Для гідратів характерні низька газопроникність, зв'язування більших обсягів газу (тому що 1куб.см гідрату може містити 200куб.см газу, збільшення на 26-32% обсягу в порівнянні з водою, з якої вони утворюються (див. наприклад Макогон Ю.Ф. Газові гідрати, попередження їх утворювання й використання. М. Надра, 1985 с.8-122, 41-44, 208). У замкненому просторі масиву це буде приводити до зміцнення гідратонасичуваних шарів у порівнянні із шарами, що містять газ у газоподібному стані й виникненню в масиві додаткових напруг, що можуть викликати гірничий удар. Для гідратів природних газів також має місце ефект Бріджмена - вибухоподібне їхнє руйнування при зрушених деформаціях або по-різному спрямованих знакозмінних навантаженнях. Зв'язане це з тим, що в умовах досягнення критичних тисків зв'язана в гідратах вода переходить у вільну фазу й з неї починається виділення газу, подібне виділенню газу при кипінні рідини. Протягом декількох хвилин цей процес захоплює весь обсяг гідратів, а газ, що виділяється, скидається в ослаблені зони. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу попередження раптових викидів вугілля, породи й газу, у якому шляхом уведення нових технологічних операцій і параметрів досягається можливість створення термобаричних умов, що ініціюють деструкцію гідратів у пластах, у т.ч. і вугільних, що й перешкоджають їхньому новотвору шляхом накачування ингібуючих сумішей з значеннями температури, вище температури гідратоутворення, що приводить за рахунок цього до більш ефективного запобігання раптовим викидам і гірничим ударам, і підвищенню безпеки ведення робіт в очисних виробках викидонебезпечних пластів. Задача вирішується тим, що у відомому способі запобігання раптовим викидам вугілля, породи й газу, що включає проведення в покрівлі пласта виробки паралельно осьової лінії поверху, буріння з неї серії низхідних свердловин до перетинання із ґрунтом пласта, вимірювання температури пласта, на відміну від цього способу попередньо задають значення температур, які відповідають термобаричним умовам гідратоутворення, до проведення виробки роблять виміри пластових температур порід і вугілля уздовж очисних виробок і в результаті зіставлення цих температур із заданими значеннями визначають потенційні зони гідратоутворення, і в ці зони через свердловини подається ингібуюча суміш на основі 88983 4 водних розчинів солей лужних або лужноземельних металів з концентрацією 0,1-30%, з температурою вище температури гідратоутворення для руйнування гідратів і запобігання їх новоутворення, а подачу інгібуючої суміші припиняють після підвищення температури породи вище температури гідратоутворення. Як показують результати досліджень фізикохімічних властивостей вугленосних товщ Центрального району Донбасу, виходячи зі складу рудникового газу, солоності води, порових тисків води й газу, температурного режиму басейну можна зробити висновок, що в природному стані термобаричні умови для гідратоутворення для вуглеводневих газів і вуглекислого газу відсутні, тільки для сірководню можливий перехід газу в гідрат. Однак при розробці вугільних родовищ значення температур і тисків навколо виробок відмінні від спостережуваних у природному стані. Ця відмінність збільшується із глибиною розробки. Як правило, за рахунок вентиляції виробок, дифузії повітря в завалений простір, вступу водних мас із поверхні в більш глибокі обрії, десорбції метану, адіабатичного його розширення й т.п. - може проходити зниження температури в просторі навколо виробок на 10-20°С. Прояв гірничого тиску в інтервалах порід масиву, що прилягають до виробок, носять диференційований характер. Як у просторі навколо виробок, так і по падінню вугільних пластів має місце чергування інтервалів порушених і непорушених порід і вугілля. Першим відповідають зони максимумів опорного тиску, де значення тисків можуть перевищувати гідростатичні в 2-4 рази, що вміщають вугільні пласти породах зона опорного тиску має менші розміри й залежить від їхніх фізикомеханічних властивостей. Отже, у зонах максимумів опорного тиску, в умовах відхилення температур і тисків від нормальних, можна чекати переходу вільного газу в гідратну фазу. При цьому процес гідратоутворення носить лавиноподібний характер. По-перше, через істотне збільшення в об'ємі гідрату в порівнянні з поровою водою, з якої він утворюється, ведучого до різкого збільшення порових тисків. По-друге, через формування з гідратонасичених порід газонепроникних зон, що перешкоджають міграції газу й сприяють збільшенню його концентрації в екрануємих зонах. По-третє, у зонах гідратоутворення, у гідрат з органонасичених порід переходить не тільки вільний і сорбований, але й газ, що входить до складу цих порід. Отже, з врахуванням властивої для гідратів природних газів, можливості їх вибухоподібних руйнувань (ефект Бріджмена), збільшення напруженого стану в масиві в гідратонасичених зонах, необхідне виділення гідратів у розрізі й проведення заходів щодо їхнього руйнування. Основним елементом виділення зон гідратоутворення є зіставлення отриманих у результаті вимірів значень пластових температур порід і вугілля із попередньо заданими значеннями температур фазового переходу газ-гідрат. Ці значення залежать від гірничо-геологічних умов проведення гірничих робіт в очисних виробках. Зони, де фіксу 5 88983 ються знижені температури в порівнянні зі значеннями температур фазового переходу газ-гідрат, відносять до потенційно гідратонасичених. Уточнення контурів цих зон можливо по акустичних параметрах і значенням електроопору порід. Наприклад: у вугільному пласті наявність швидкостей менш 1450м/с і електроопорів менш 8Ом×м говорить про відсутність гідратів у розрізі. Стрибкоподібне збільшення значень швидкостей поширення поздовжніх хвиль і електроопорів в 1,43,0 рази свідчать про присутність із розрізі гідратонасичених інтервалів. Ще про це може говорити, наприклад, підвищення частоти минаючого акустичного сигналу на 20-50%. Виходячи з розмірів виділених інтервалів гідратоутворення, а також їх розташування в просторі над викидонебезпечним пластом паралельно осьової лінії поверху проводять виробку, з якої бурять віяла свердловин у породи покрівлі й плас Комп’ютерна верстка А. Крулевський 6 тів вугілля до перетинання із ґрунтом пласта попереду очисного вибою. У виділені інтервали гідратоутворення через свердловини подається інгібуюча суміш, на основі водних розчинів солей лужних і лужноземельних металів, наприклад солей NaCI або CaCl2 з концентраціями від 0,2 до 30% і температурою суміші вище температури гідратоутворення. Концентрацію солей вибирають залежно від гірничо-геологічних умов. У випадку буравлення в недоторканий масив можливе використання інгібуючих сумішей на основі метанолу або етиленгликолю, але їх застосування обмежене через високу токсичність. Нагнітання суміші припиняється після підвищення температури до величини вище температури гідратоутворення й створення термобаричних умов, перешкоджаючих утвору гідратів у розрізі. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601