Спосіб дегазації та видобутку метану з газоносного вуглепородного масиву при стовповій системі розробки пологих вугільних пластів

Спосіб дегазації і видобутку метану з газоносного вуглепородного масиву при стовповій системі розробки пологих вугільних пластів, що включає проведення технологічної польової виробки у вміщуючих породах підошви на всю довжину виїмкового стовпа до початку відпрацьовування пласта, буріння з неї екрануючих свердловин у підошву пласта, ізольований відвід метану з дегазаційних свердловин на поверхню, який відрізняється тим, що до початку відпрацювання вугільного пласта у вміщуючих породах підошви визначають зону стаціонарного опорного тиску від розроблюваного пласта, зону активізації зрушень від впливу очисних робіт при відпрацьовуванні вугільного пласта, кути повних зрушень (кути розвантаження) і положення площин розвантаження від розроблюваного виїмкового стовпа і суміжного відпрацьованого стовпа, граничний кут зрушень, лінію перегину U 2 (11) 1 3 та каптують метаноповітряну суміш з невисокою концентрацією метану за рахунок аеродинамічного зв'язку каптажної виробки з вентиляційним потоком. Найбільш близьким по технічній сутності і результату, що досягається (найближчий аналог), є спосіб кантування метану на виїмковій дільниці, що включає проведення каптажної виробки у вмішуючих породах підошви розроблюваного пласта, буріння з неї дегазаційних свердловин на розроблюваний пласт, екрануючих свердловин у підошву пласта та ізольований відвід метану на поверхню [2]. Недоліком цього способу є низька стійкість каптажної виробки і дегазаційних свердловин, що зазнають впливу гірського тиску і тимчасового опорного тиску від розроблюваного пласта, а також зв'язок (злиття) метано-повітряного потоку каптажної виробки з вентиляційним потоком. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення тривалого терміну служби технологічної польової виробки, підвищення ефективності роботи дегазаційних свердловин, пробурених з неї та поліпшення якості метану, що видобувається. Поставлена задача досягається тим, що в способі дегазації та видобутку метану з газоносного вуглепородного масиву при стовповій системі розробки пологих вугільних пластів, що включає проведення польової технологічної виробки на всю довжину виїмкового стовпа у вміщуючих породах підошви до початку відпрацьовування пласта, буріння з неї екрануючих свердловин в підошву пласта, ізольований відвід метану із дегазаційних свердловин на поверхню, відповідно з корисною моделлю до початку відпрацювання вугільного пласта визначають зону стаціонарного опорного тиску від розроблюваного пласта, зону активізації зрушень від впливу очисних робіт при відпрацьовуванні вугільного пласта, кути повних зрушень (кути розвантаження) і площини розвантаження від розроблюваного та суміжного відпрацьованого виїмкового стовпа, граничний кут зрушень, лінію перегину (зависання) вміщуючих порід покрівлі суміжного відпрацьованого виїмкового стовпа, зони сполучень газоносних пластів, розташованих у покрівлі пласта, що відпрацьовується, із площиною розвантаження зони повних зрушень виїмкового стовпа що відпрацьовується та з лінією перегину вміщуючих порід покрівлі суміжного виїмкового стовпа, а польову технологічну виробку проводять в розвантаженій підошві вміщуючих порід суміжного відпрацьованого виїмкового стовпа поза зоною впливу стаціонарного опорного тиску від розроблюваного пласта та впливу зони активізації зрушень від проведення очисних робіт, бурять додатково з польової технологічної виробки дві групи дегазаційних свердловин, причому першу з них - попереду очисного вибою до початку відпрацьовування виїмкового стовпа в зону розвантаження, що знаходиться на сполучені газоносних пластів з лінією перегину порід покрівлі відпрацьованого суміжного виїмкового стовпа, а другу - за очисним вибоєм в зону розвантаження на сполученні газоносних пластів із площиною розвантаження зони повних зрушень стовпа, що відпрацьо 17815 4 вується, після осідання та завершення активної фази зрушень безпосередньої покрівлі розроблюваного пласта приєднують усі дегазаційні свердловини до дегазаційної мережі, при цьому ізольований відвід метану на поверхню свердловинами першої групи здійснюють до початку відпрацювання виїмкового стовпа, а свердловинами другої групи та екрануючими свердловинами - під час відпрацьовування виїмкового стовпа. Визначення зони стаціонарного опорного тиску від розроблюваного пласта (кут ) необхідно для визначення меж зони розвантаження у вміщуючих породах підошви раніше відпрацьованого суміжного виїмкового стовпа для раціонального розташування в ній польової технологічної виробки. Урахування впливу зони активізації зрушень (La) вміщуючих порід покрівлі пласта, що розроблюється, дозволить визначити і скоректувати місце розташування технологічної польової виробки (L L ), зменшивши вплив очисних робіт на стійкість виробки. Визначення до початку відпрацювання пласта кутів повних зрушень ( ) виїмкового стовпа, що відпрацьовується, та суміжного відпрацьованого, граничного кута зрушень ( 0) відпрацьованого виїмкового стовпа, розташування лінії перегину порід покрівлі суміжного відпрацьованого виїмкового стовпа дозволить точніше прогнозувати місцезнаходження газових колекторів у підробленому вуглепородному масиві (зон перегину, зависань та розшарувань газоносних порід, місцезнаходження порожнин Вебера). Проведення польової технологічної виробки в розвантаженій підошві вміщуючих порід на всю довжину суміжного виїмкового стовпа до початку очисних робіт та за межами зони впливу стаціонарного опорного тиску від розроблюваного пласта у вміщуючих породах підошви забезпечить довготривалу та безремонтну підтримку польової технологічної виробки на весь термін відпрацьовування виїмкового стовпа та процесу проведення дегазаційних робіт, а також надійну герметизацію та стійкість дегазаційних свердловин на протязі всього часу відбору метану з газових колекторів. Буріння першої групи дегазаційних свердловин з польової технологічної виробки, попереду вибою лави до початку відпрацьовування виїмкового стовпа, в зону розвантаження, що знаходиться на сполученні газоносних пластів з лінією перегину порід покрівлі раніше відпрацьованого суміжного виїмкового стовпа дозволить здійснити відбір частки метану з підробленої покрівлі вуглепородного масиву завчасно, до початку відпрацювання виїмкового стовпа і, завдяки цьому, значно знизити багатогазовість виїмкової дільниці в період відпрацювання вугільного пласта, а також забезпечити високу стійкість дегазаційних свердловин. Буріння другої групи дегазаційних свердловин позаду вибою лави в зону розвантаження на сполученні газоносних пластів із площиною розвантаження зони повних зрушень стовпа, що відпрацьовується, після осідання та завершення активної фази зрушень безпосередньої покрівлі розроблюваного пласта значно зменшує ймовірність пере 5 давлювання та зрізу газоприймальних частин дегазаційних свердловин, а, отже, збільшує їх ресурс експлуатації. Приєднання всіх дегазаційних свердловин до дегазаційної мережі шахти запобігатиме змішуванню метану, що вилучається зі свердловин, з вентиляційним струменем виїмкової дільниці, що значно поліпшить якість метану та його придатність до утилізації. Використання запропонованого способу забезпечить високе навантаження на очисні вибої багатогазових вугільних пластів, значно підвищить безпеку праці та дозволить вести попутний видобуток метану придатного до утилізації. Сутність корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг.1 показано, як приклад, принципову схему способу дегазації та видобутку метану (в плані), на Фіг.2 - розріз по А-А на Фіг.1. На кресленні наведені наступні позначення: польова технологічна виробка 1, розроблюваний пласт 2, гранична площина зони впливу стаціонарного опорного тиску розроблюваного пласта у вміщуючих породах підошви 3, суміжний відпрацьований виїмковий стовп 4, виїмковий стовп 5, що відпрацьовується, вміщуючі породи підошви суміжного відпрацьованого виїмкового стовпа 6, зона повних зрушень суміжного відпрацьованого стовпа 7, зона повних зрушень стовпа, що відпрацьовується 8, площина розвантаження зони повних зрушень суміжного відпрацьованого виїмкового стовпа 9, площина розвантаження зони повних зрушень стовпа, що відпрацьовується 10, газоносні пласти в покрівлі пласта, що розроблюється 11 і 12, газоносний пласт у підошві розроблюваного пласта 13, зони сполучень газоносних пластів 11, 12 з площинами розвантаження зон повних зрушень, відповідно, 14 і 15, дегазаційні свердловини першої групи 16, дегазаційні свердловини другої групи 17, безпосередня покрівля 18, екрануючі свердловини 19, дегазаційна мережа 20, збійка 21, вентиляційний штрек очисного вибою 22, лінія перегину (зависання) 23 вміщуючих порід покрівлі відпрацьованого виїмкового стовпа 4, глибина закладання польової виробки h, кут повних зрушень , граничний кут 0 зони повних зрушень відпрацьованого виїмкового стовпа 4. Спосіб здійснюється наступним чином. Наприклад, на шахті підлягає дегазації дільниця майбутнього виймання вугільного пласту, яка окантована по довжині двома пластовими виробками, а по ширині - вентиляційним та магістральним штреками. До початку ведення очисних робіт з вентиляційного штреку 22 у вміщуючих породах підошви 6 суміжного відробленого виїмкового стовпа 4 проводиться польова технологічна виробка 1 на всю довжину стовпа 4. Польову технологічну виробку 1 розташовують у вміщуючих породах підошви 6 відпрацьованого виїмкового стовпа 4 за граничною площиною 3 зони впливу стаціонарного опорного тиску від розроблюваного пласта 2, що утворює кут =45° між нормаллю до розроблюваного пласта 2 і граничною площиною 3 зони стаціонарного опорного тиску, відраховуючи у бік виробленого простору [3]. З урахуванням впливу зони активізації зрушень вміщуючих порід покрівлі су 17815 6 міжного відробленого виїмкового стовпа і розроблюваного виїмкового стовпа відстань L до польової виробки 1 від вентиляційного штреку 22 у бік відробленого виїмкового стовпа повинна бути L La, де La розраховується за формулою [5]: Lа = 9,1 k k1 kн kи ехр (0,053 H/R), де k = 1-1,5 - коефіцієнт запасу стійкості виробки; k1 - коефіцієнт впливу часу на зрушення порід (для t  15 лет k1 = 1, при t  15 років k1 = 18,72 R/H+0,228 In t); kн - коефіцієнт впливу напрямку відробки суміжної лави (kн = l при підході лави до зони розвантаження, kн = 0,3 при відході від неї, kн = 0,65 при паралельній відробці); kн - коефіцієнт співвідношення зрушень покрівлі і підошви виробки (при співвідношенні зрушень покрівлі та підошви виробки відповідно 60 і 40% kн = 1). При виїмковій потужності пласта 0,8м і терміни дії виробки t > 1 року, 15 < H/R 4-5 по Протодьяконову [5]. Параметри зон повних зрушень 7 і 8 (кути повних зрушень, положення їхніх площин розвантаження) відпрацьованого 4 і виїмкового 5 стовпа що відпрацьовується, визначається згідно з рекомендаціями [3, 4]. Кут повних зрушень для пластів пологого падіння складає для умов Донбасу =55° і визначає положення площин розвантаження зон повних зрушень 9 і 10. Граничний кут зрушень приймається рівним 0 = 70° [4]. Координати точок перегину порід безпосередньої і основної покрівлі d (величина зависання порід покрівлі) відпрацьованого виїмкового стовпа 4 визначається по формулі [4]: ctg ctg 0 d z 2 де z - відстань від газоносного до розроблюваного пласта. Між кутом повних зрушень і граничним кутом зрушень 0 суміжного відпрацьованого виїмкового стовпа 4 знаходяться зони розвантаження і найбільш імовірне розташування газових колекторів, здатних віддавати вільний газ. Серединне положення цих зон і визначається величиною d. Визначаються зони сполучень (положення газових колекторів) 14, 15 газоносних пластів 11 і 12 із площиною розвантаження 10 зони повних зрушень (координати газових колекторів у покрівлі) розроблюваного пласту і зони сполучень газоносних пластів 11 і 12 з лінією перегину 23 порід покрівлі суміжного відпрацьованого виїмкового стовпа 4. З польової технологічної виробки 1 до відпрацьовування вугільного пласта 2 бурять дегазаційні 7 свердловини першої групи 16 у зони розвантаження і сполучень 14 і 15 газоносних пластів 11 і 12 і здійснюють первинний забір метану 3 зон розвантаження і сполучень (зон перегину порід покрівлі) 14 і 15. Кут розвороту дегазаційних свердловин 16 у даному випадку доцільно приймати рівним 45° і більше. Попередній забір метану з довгостроково існуючих зон розшарувань і розвантаження знижує багатогазовість виїмкової дільниці задовго до відпрацьовування вугільного пласта 2. Свердловини другої групи 17 бурять із застосуванням пристроїв для відводу води і газу слідом за очисною виробкою, після завершення основних активних зрушень безпосередньої покрівлі 18 розроблюваного пласта 2. Кут підйому свердловин приймається рівним не менш ніж 25°, а кут розвороту - 50°. Бурять екрануючі свердловини 19, які забирають метан із зони розвантаження в крайовій частині розроблюваного пласта 2. Після проходу лави екрануючі свердловини 19 використовують для дегазації газоносних порід і супутників 13, що залягають у вміщуючих породах надробленої пі 17815 8 дошви. Для поліпшення провітрювання виїмкової дільниці і дегазації виробленого простору передбачено з єднання польової технологічної виробки 1 з вентиляційним штреком лави 22 за допомогою збійки 21. Перед забором метану з масиву всі дегазаційні свердловини 16, 17 і 19 приєднуються до дегазаційної трубопровідної мережі 20 по якій відводиться метан на поверхню для утилізації. Джерела інформації: 1. А.С. СРСР, №1584486, кл. Е21F 7/00, ДСК №000041, 1983 p. 2. А.С. СРСР, №1802165, кл. Е21F 7/00, бюл. №10, 1993 p. 3. Кузьмин А.С., Калюжный Н.Т., Видулин А.Е. Расположение полевых выработок при разработке угольных пластов. М., Недра, 1981. - 188 с. 4. Мякенький В.И. С движение и дегазация пород и угольных пластов при очистных работах. К.: „Наукова Думка", 1975 г. 5. Зборщик М.П., Назимко В.В. Охрана выработок глубоких шахт в зонах разгрузки. - К.: Техника, 1991. - 248 с. 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 17815 Підписне 10 Тираж 26 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