Спосіб дегазації газовугільних родовищ

Спосіб дегазації газовугільних родовищ, що включає буріння свердловини до ділянки гірничого 3 36900 газу починається після утворення в масиві тріщин під впливом очисних робіт і різко знижується після видалення очисного забою від свердловини і стулення стінок тріщин. Спроби підсилити газовіддачу посиленням вакууму у свердловині приводять до підсосів повітря з виробленого простору і погіршенню складу газової суміші що каптують. Загальними ознаками найбільш близького аналога і корисної моделі є: - буріння свердловини до ділянки гірничого масиву, що дегазують; - герметизація продуктивної ділянки свердловини в межах частини масиву, що дегазується; - виїмка вугільного пласта очисним забоєм; - відсмоктування газу з свердловини. У основу корисної моделі поставлене завдання удосконалення способу дегазації газовугільних родовищ, в якому за рахунок вимірювання деформацій гірничого масиву і встановлення параметрів зони локального розвантаження масиву попереду очисного забою, а також за рахунок уточнення параметрів операції силової дії на продуктивну ділянку свердловини: здійснення її в період знаходження свердловини в зоні локального розвантаження, забезпечується технічний результат - зростанням темпів і тривалості витягання газу з гірничого масиву, зменшенням об'єму робіт по бурінню свердловин, підвищенням продуктивності свердловини шляхом збільшення зруйнованого простору в гірничому масиві. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі дегазації газовугільних родовищ, що включає буріння свердловини до ділянки гірничого масиву, що дегазують, герметизацію продуктивної ділянки свердловини в межах частини масиву, що дегазується, виїмку вугільного пласта очисним забоєм, відсмоктування газу з свердловини, згідно корисної моделі, додатково проводять вимірювання деформацій гірничого масиву і встановлюють параметри зони локального розвантаження масиву попереду очисного забою, а силова дія на продуктивну ділянку свердловини: здійснюють в період знаходження її в зоні локального розвантаження. Причинно-наслідковий зв'язок ознак корисної моделі, що заявляються, полягає в тому, що вимірювання деформацій гірських порід поблизу очисного вироблення дозволяє встановити параметри зони локального розвантаження і провести силову дію на продуктивну ділянку свердловини у сприятливих умовах з низькими енерговитратами. Виконання цієї дії на більшому ніж, область локального розвантаження гірських порід, відстані від очисного забою як і проведення силової дії в зоні опорного тиску не забезпечує зниження енерговитрат ізза високого рівня напружено-деформованого стану гірничого масиву. Якщо силова дія на стінки свердловини виконана відповідно до корисної моделі, то при одному і тому ж рівні силової дії на стінки свердловини розмір зони зруйнованих порід навколо неї буде максимальним, що забезпечує продуктивнішу і тривалішу роботу свердловини, дегазації. Приклад. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг.1 схематично представлені 4 результати вимірювання відносних деформацій порід безпосередньої підошви вугільного пласта, що розробляють. При цьому виділено декілька характерних областей, розташованих у різних інтервалах відстаней від очисного забою: - область локального розвантаження, в інтервалі Lлр-Lод; - опорного тиску - Lод-Lр; - розвантаження від гірничого тиску - Lp-Lмp; - навантаження осідаючими породами покрівлі - Lмр-Lпр. На Фіг.2 - вигляд в плані виїмкової ділянки з розташуванням дегазаційних свердловин, де штри хуванням позначено область локального розвантаження, а узором - вироблений простір позаду очисного забою, Ш1 і Ш2 - крок (відстань) по простяганню між свердловинами, дегазації, відповідно при реалізації найбільш близького аналога і корисної моделі; цифрами позначені: 1 - свердловини; 2 - підготовча гірнича виробка; 3 - зона руйнування гірських порід при силовій дії в області локального розвантаження порід; 4 - вигляд у плані області локального розвантаження ; 5 - межі зон зруйнованих порід навколо свердловин; 6 - очисний забій. На Фіг.3 - результати вимірювань витрати метану з свердловин, дегазації, де представлена діаграма продуктивності q свердловин, дегазації, при використанні відповідно: І - найбільш близького аналога; ІІ - корисної моделі. Реалізацію корисної моделі здійснювали таким чином. Проводили виїмку вугільного пласта на глибині 1000м. У його покрівлі на відстані до 40м розташований шар високогазоносного пісковику завтовшки до 12м, що вміщає декілька некондиційних газоносних пластів-супутників. Заздалегідь встановили в шпурі, пробуреному у підошву пласта, що розробляють, з підготовчої виробки 3 деформометр, зокрема, реостатну стійку, і визначили характер відносних вертикальних деформацій і масиву у процесі виїмки вугільного пласта. При цьому були встановлені лінійні параметри характерних областей відносних деформацій порід, що знаходяться в наступних інтервалах відстаней (м): - локального розвантаження Lлp=115...L од=80; - опорного тиску Lод=80.....L p=15; розвантаження від гірничого тиску Lp=15...L р=-110; - привантаження осідаючими породами крівлі Lмр=-110…Lпp=-220. Попереду очисного забою 6 з поверхні буравили дегазаційні свердловини, 1, при цьому їх буріння і герметизацію продуктивної ділянки свердловини закінчували до наближення лави на відстань Lпp=115м. Відстань (крок) по лінії простягання пласта між свердловинами при дегазації згідно найбільш близького аналога приймали рівним Ш1=70м, силову дію при цьому здійснювали на відстані більше 150м попереду очисного забою 6. Відповідно до корисної моделі Ш2=120м. Після наближення лави до свердловини на відстань менше 115м гірські породи, що вміщають свердлови 5 36900 ну, опинилися у такий що переміщується синхронно з рухом очисного забою зоні локального розвантаження породного масиву 4. При знаходженні свердловини в зоні локального розвантаження провели циклічну силову дію на стінки свердловини шляхом створення в її порожнині підвищеного тиску води, що привело до гідророзриву газоносної ділянки гірничого масиву у покрівлі пласта, що розробляють. Унаслідок того, що силову дію здійснювали в розвантажених породах, для гідророзриву були потрібні значно менші енерговитрати чим при реалізації найбільш близького аналога, в якому доводиться долати гідростатичний тиск незайманого гірничого масиву, що становить 25МПа. Роботи по силовій дії продовжували до наближення очисного забою на відстань Lод=80м, коли зона локального розвантаження попереду забою змінилася зоною опорного тиску, яка характеризується істотним збільшенням рівня діючих у породах напруг. Зона 3 зруйнованих гірських порід, яка сформувалася при силовій дії в області локального розвантаження представляє в плані еліпс, велика вісь якого співпадає з системою кліважних тріщин що превалює в масиві. Крім того, інтенсивному руйнуванню вміщаючого свердловину масиву гірських порід сприяла зміна напруженодеформованого стану породою товщі під впливом очисного забою, що наближається. Характер графіка відносних деформацій порід свідчить про інтенсивне збільшення нормальних і дотичних напруг порід у зоні опорного тиску. При цьому створені силовою дією в області локального розвантаження штучні тріщини є концентраторами напруг і сприяють як подальшому дробленню порід, так і проростанню нових тріщин, ще більш віддалених від свердловини. Метан, який знаходиться в газоносній товщі в зв'язаному стані (сорбований або розчинений) переходить у вільний стан і по тріщинах починає мігрувати в свердловину. Вигляд у плані фрагменту схеми ділянки, здобичі, з підготовчою виробкою 2, лавою з очисним забоєм 6, дегазаційними свердловинами 1. Для порівняння на ньому показані свердловини, експлуатовані відповідно до найбільш близького аналога і відповідно до корисної моделі. Штучно створені зони руйнування гірських порід 5 навколо 6 свердловин є еліпсами, великі осі яких орієнтовані уздовж основної системи кліважа. Ведення гірських робіт і наближення очисного забою до свердловини ведуть до подальших змін у гірничому масиві. Після досягнення максимуму опорного тиску у крапці Lмод=40м, починається зменшення стискаючих деформацій і на відстані Lp=15м вони стали такими ж, як в незайманому масиві. Подальше наближення очисного забою приводить до інтенсивних деформацій розтягування, що свідчить про розвантаження порід від нормальних напруг І дії значних дотичних, що, проте, сприяє продовженню процесу тріщиноутворення і сприяє стіканню газу у свердловину із зруйнованих гірських порід. Етап розвантаження триває до відходу очисного забою від свердловини на відстань Lмр=110м, коли і. виробленому просторі відбувається обвалення порід основної крівлі і висота склепіння обвалення досягає герметизованої ділянки свердловини. Подальше віддалення очисного забою від свердловини визначає збільшення навантаження на продуктивний шар і стиснення вміщуючи х свердловину порід, цей процес триває до закінчення формування склепіння повних зрушень після відходу очисного забою до Lмр=-110м. Після віддалення очисного забою на відстань, що перевищує Lмр де формації порідної товщі і стабілізуються. Проведені вимірювання витрати метану з свердловин дегазації, виявили наступне. Графік продуктивності q при використанні найбільш близького аналога (крива І) характерний передчасним початком виділення метану у свердловину, проте абсолютна величина дебіту порівняно невелика. Реалізація корисної моделі (крива II) забезпечує інтенсивніше виділення метану у свердловину унаслідок формування значніших зон зруйнованих порід навколо свердловин. Крім того, період ефективного функціонування свердловини декілька збільшений за рахунок зростання шляху фільтрації вільного газу через зруйновані породи. Все разом це забезпечує зростання тривалості і темпів витягання, а, отже, об'ємів здобичі газу з гірничого масиву. Збільшення розмірів зон зруйнованих порід навколо свердловин дає можливість понизити об'єми буріння свердловин і одержати за рахунок цього істотний економічний ефект. 7 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 36900 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601