Спосіб дегазації вуглепородного масиву

Спосіб дегазації вуглепородного масиву, в якому бурять свердловини, виконують пдророзрив і нагнітають фільтруючі речовини, який Винахід стосується гірничодобувної промисловості, зокрема, забезпечення безпеки робіт і підвищення навантаження на лаву і може бути використаний при веденні очисних робіт зворотнім ходом на газоносних пластах вугілля Винахід базується на збільшенні площини виділення газу в масиві і розділенні його на окремі дегазаційні блоки Найбільш ефективна дегазація масиву здійснюється при створенні достатньої поверхні попереднього виділення газу як з відроблюваного пласта вугілля, так і з навколишніх порід та супутніх пластів До того ж масив повинен зберігати свою достатню ЦІЛІСНІСТЬ І частково бути розвантаженим для додаткового розкриття щілин, а також забезпечення СТІЙКОСТІ ДОПОМІЖНИХ виробок, які є основним транспортувальним і повітряподавальним елементом в технології добування вугілля При цьому покрівля пласту вугілля при очисних роботах з позиції безпеки робіт (викидонебезпечності, віддалення максимуму опірного тиску в вибої, затиснення пласту, тощо) повинна забезпечувати певний крок обвалення, який не допускає її зависання ВІДОМІ способи дегазації вупльнопорідного масиву свердловинами, які пройдені з виробок по покрівлі чи ПІДОШВІ пласту, по пласту або на його супутники [1] Ефективність способів залежить від КІЛЬКОСТІ свердловин, їх діаметру, відстані між ними, направлення їх буріння та інших чинників відрізняється тим, що в зонах дегазації визначають складові значення та напрямки дії головних напружень і з їх урахуванням пдророзрив виконують як в паралельній пласту вугілля площині, так і з розділенням покрівлі пласта на блоки, при цьому паралельний розрив здійснюється необмежено на всю ділянку в породах покрівлі та підошви і в пластах-супутниках, а розміри блоків регулюються ортогональними розривами в породах безпосередньої покрівлі по розрахунковому кроку обвалення порід при вийманні вугілля, сам же розрив ведеться при постійному тиску рідини в свердловині до моменту його різкого падіння, а при ПІДХОДІ вибою лави до свердловин вони і навколишні породи тампонуються закріпляючим розчином Способи, що базуються на свердловинах, мають недоліки у плані рівномірності дегазації як головного чинника безпеки робіт, трудомісткості і ресурсозатратності робіт із-за необхідності великого об'єму бурильних робіт Внаслідок цього набагато зменшується ефективність способу, а із-за низької проникності масиву і коефіцієнт корисної дії (ККД) свердловин Примусове підвищення ККД за рахунок накладення на масив через свердловини, пробурені у вугільному пласту, додаткового, наприклад, гідродинамічного [2] або вібраційного [3] діяння дає початкове ВІДПОВІДНИЙ ефект, але в подальшому приводить до негативного результату із-за зволоження в першому випадку і ущільненні порід в другому, що створює значний екран для газовиділення з масиву 3 цього приводу ефективність дегазації можна значно підвищити, якщо додаткове діяння здійснювати в свердловинах, які пробурені в породному масиві Найближчим до запропонованого є спосіб дегазації, який успішно використовується в США [4] В ньому через дегазаційні свердловини в площині пласту створюють його пдророзрив, після чого нагнітають пісок або гравійні матеріали чи ІНШІ газопропускні речовини Але він також має ряд недоліків виходячи з основ механіки руйнування, щілина пдророзриву не завжди піде паралельно площині пласту, тому що напрямок її розвитку забезпечується напрямком дії мінімальної складової 00 ю со ю 53258 напружень (щілина буде розвиватися перпендикулярно дії мінімальних напружень), на великих глибинах розкриття щілини не дає можливості провести якісне і досить розповсюджене нагнітання вказаних вище речовин, дія свердловин обмежена в часі із-за можливості їх руйнування, заштибовування або заповнення вологою, так як буріння ведеться з поверхні Крім того, якщо безпосередньо прилеглі породи складаються пісковиками, в них міститься значна (більша) КІЛЬКІСТЬ газу, який також потрібно вилучати Багато газу міститься в пластах-супутниках і його треба також вилучати, щоб він не міг виділятися в виробки при добуванні вугілля Свердловинна система не забезпечує необхідних і достатніх умов для цього, що ще зменшує ефективність способу в умовах великих глибин Необхідно відзначити, що відбирання газу залежить в великій мірі від стану свердловини, як в її частині, яка прилягає до поверхні виробки, так і в цілому при ПІДХОДІ і ВІДХОДІ очисних робіт Породи навколо виробки руйнуються на глибину 2 - 3 діаметри виробки і приводять до виходу з ладу свердловини Особливо інтенсивне руйнування відбувається при виїмці пласту і ПІДХОДІ-ВІДХОДІ очисного вибою до свердловини Зона опірного тиску, яка формується і рухається попереду очисного вибою, приводить до зміни напруженого стану в зоні свердловини і інтенсифікації руйнування та зсунення масиву, що є головною причиною як виходу з ладу свердловини, так і додаткової інтенсифікації виділення газу через и канали до виробок і виробленого простору В основу запропонованого винаходу поставлена задача удосконалення способів та технологій дегазації вуглепородного масиву за рахунок регульованого і керованого створення пдророзривів в обмежених зонах, що забезпечує підвищення надійності і ефективності процесу виділення і каптацм газу Поставлена задача вирішується тим, що для дегазації масиву за допомогою свердловин, створення пдророзриву і нагнітання в щілини фільтруючих речовин, у ВІДПОВІДНОСТІ з винаходом, в зонах дегазації визначають складові значення та напрямки дії головних напружень і з їх урахуванням пдророзрив виконують як в паралельній пласту вугілля площині, так і з розділенням покрівлі пласта на блоки, при цьому паралельний розрив здійснюється необмежено на всю дільницю в породах покрівлі та підошви і в пластах-супутниках, а розміри блоків регулюються ортогональними розривами в породах безпосередньої покрівлі по розрахунковому кроку обвалення порід при вийманні вугілля, сам же розрив ведеться при постійному тиску рідини в свердловині до моменту його різкого падіння, а при ПІДХОДІ вибою лави до свердловин вони і навколишні породи тампонуються закріплюючим розчином Реалізація винаходу полягає в наступному Хай на шахті на глибині 1200м підлягає дегазації дільниця майбутнього виймання вугільного пласту шириною 250м і довжиною 1500м, яка окантована по довжині двома пластовими штреками В покрівлі і ПІДОШВІ пласту залягають пісковики з аргілітами та пласти-супутники По довжині ДІЛЬНИЦІ в 5 - 7 характерних зонах підготовлюються згідно, наприклад, "Методичних вказівок " [5] замірні станції, проводять заміри напружень і встановлюють напрямки їх дії Припустимо, що максимальна складова має величину 28,8МПа і діє вхрест простягнення пласта, проміжна - 24,2МПа і діє в вертикальному напрямку, а мінімальна - 18,7МПа по простягненню пласта Такий розподіл напружень цілком реальний, тому що на простягненню пласта Такий розподіл напружень цілком реальний, тому що на верхніх горизонтах пласти відроблені або відроблюються, в масиві пройшли процеси руйнування та зсунення, які приводять до розвантаження у вертикальному напрямку В таких умовах паралельні щілини утворюються в свердловинах, пройдених з транспортувального штрека в покрівлю і підошву пласта Для розділення ДІЛЬНИЦІ на поперечні блоки за рахунок створення вертикальної щілини по ширині ДІЛЬНИЦІ свердловину необхідно бурити в напрямку дії максимальної складової напружень, тобто вхрест простягнення пласта - із штреків перпендикулярно їх осі При цьому, як показують розрахунки і практика ведення пдророзриву, свердловина буриться з транспортувального штрека в міцних породах покрівлі по ширині ДІЛЬНИЦІ із робочою камерою, яка відділена від штрека герметизатором - пакером на глибину 30м Відстань між свердловинами приймається рівною раціональному крокові обвалення покрівлі, тобто 35 - 50м Гідророзрив здійснюється подачею рідини в свердловини під постійним тиском (тиском пдророзриву) до різкого його падіння, яке свідчить про вихід щілини у відкритий простір або про об'єднання щілин При здійсненні пдророзриву паралельно робочому пласту робочі камери під гідророзрив створюють з донної частини свердловини почергово від пластів-супутників і міцних газоносних порід до устя свердловини При цьому граничний герметизатор-пакер повинен мати прохідні канали для пропускання газу через свердловину в дегазаційну мережу, а пересувний герметизатор-пакер - підвідну мережу для подачі рідини в камеру під тиском Тиск рідини запирає прохідні канали і забезпечує здійснення пдророзриву, а при скиді тиску прохідні канали відкриваються і забезпечують транспортування виділеного газу Після пдророзриву в утворені щілини під тиском подається фільтруючі речовини, наприклад, пісок з водою Таким чином, дільниця буде розбита на дегазаційні блоки з утворенням значної поверхні виділення газу з наступним його транспортуванням по свердловині, що забезпечить потрібну дегазацію масиву - згідно нормативних вимог не менше 30% від початкового об'єму Крім того, при вийманні пласту буде попереджене зависання покрівлі за рахунок II примусового обвалення в межах виділених блоків Слід відзначити, що щілина розвивається при пдророзриву в напрямку дії максимальної складової напружень Це значить, якщо напрямок дії максимальної складової напружень вертикальний, то блоки можна розділити одною свердловиною з вертикальною щілиною вхрест простягнення і одною - з вертикальною по простягненню пласта, що також забезпечує збільшення поверхні виділення газу Крім того, щілина в міцних породах, напри 53258 клад, в пісковиках створюється з відділенням піску, який не дає їй закриватися після проведення пдророзриву Запровадження напрямкового керованого пдророзриву дає можливість розбити масив на блоки, використовувати для дегазації напруженність і енергію масиву (при збільшенні площі дегазації і створенні розвинутої мережі мікрощілин), здійснити загальну каптацію метану Все це дозволяє керувати процесом підготування і проведення дегазації масиву в цілому в зоні виробничої ДІЛЬНИЦІ Отже, у запропонованому винаході забезпечується підвищення газовиділення з масиву як вугільного пласта, так і вміщуючих порід, а також збільшення його ефективності за рахунок створення допоміжних поверхонь газовиділення, які додатково до цього частково розвантажують масив і сприяють зростанню проникності масиву внаслідок розкриття природних щілин Винахід пояснюється кресленням, де на фіг 1 4 показані, як приклад, принципові схеми буріння свердловин і проведення пдророзриву в різних площинах в залежності від величин і напрямку дії складових головних напружень, що діють в масиві фіг 1 - фізико-механічна схема пдророзриву масиву із свердловини, фіг 2 - площини пдророзриву ортогональні вхрест і по простягненню пласту при сгі > аг > аз, фіг 3 - площини пдророзриву паралельні і ортогональні вхрест простягнення пласту ФІГ.1 при аз > аг > сг-і, фіг 4 - площини пдророзриву паралельні і ортогональні по простягненню пласту при аг > аі > аз, 1 - штреки, 2 - пласт вугілля, 3 свердловини, 4 - герметизаційні елементи (пакери), 5 - площини розвитку щілин, 6 - пластисупутники, 7 - робоча частина свердловин під пдророзрив, стрілками показані шляхи руху газу в масиві до щілини і в свердловини Джерела інформації 1 Технологические схемы разработки пологих угольных пластов на шахтах Украины Руководящий нормативный документ / Минуглепром Украины — Донецк ДонУГИ, 1998 — С 161 -174 2 Софийский К К , Калфакчиян А П , Воробьев Е А Нетрадиционные способы предотвращения выбросов и добычи угля — М Недра, 1994 — 192с 3 Потураев В Н , Минеев С П Пульсационные и волновые эффекты в горном массиве К Наук Думка, 1993 —153с 4 Лукинов В В Геологические и технические условия добычи метана на угольных месторождениях бассейна Блэк Ворриер / Геотехническая механика — Днепропетровск ИГТМ НАН Украины, 2000 — Вып 17 — С 11-15 5 Методические указания по определению напряжений в массиве горных пород методом локального гидравлического разрыва — Днепропетровск ИГТМ НАН Украины, 1989 —33с 53258 Фіг. 2 Фіг.З 53258 Фіг. 4 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 10