Спосіб комплексної дегазації газоносного вугільного пласта

Реферат: Спосіб комплексної дегазації газоносного вугільного пласта, що полягає в прокладанні газопроводів уздовж вентиляційної виробки, до одного з яких підключають дегазаційні свердловини, пробурені назустріч очисному вибою, на другому газопроводі встановлюють відростки зі всмоктувальними отворами, здійснюють посилення кріплення установкою клітей, а газову суміш з вентиляційної виробки відводять газопроводом великого діаметра за межі виїмкової дільниці. Додатково на пласт бурять дегазаційні свердловини з поверхні, обсаджують трубами, перфорують в місцях перетину супутників і підключають до дегазаційної системи, причому при вмісті метану менше 25 % свердловини перекривають на висоті не менше 35 виймальних потужностей, а свердловини для дегазації пласта при вмісті метану менше 25 % перемикають на трубопровід з відгалуженнями. UA 106368 U (54) СПОСІБ КОМПЛЕКСНОЇ ДЕГАЗАЦІЇ ГАЗОНОСНОГО ВУГІЛЬНОГО ПЛАСТА UA 106368 U UA 106368 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вугільної промисловості і може бути використана під час відробки газоносних вугільних пластів на великих глибинах. Як відомо джерелами газовиділення у шахтах є: - пласт, що розробляється; - суміжні вугільні пласти покрівлі та ґрунту, що залягають у зоні розвантаження; - вироблений простір, як правило, зона безладного обвалення на висоту 10-20 потужностей пласта, що розробляється; - суміжні вироблені простори, так звані відпрацьовані виїмкові дільниці. Відомий спосіб дегазації газоносного вугільного пласта, за яким вздовж вентиляційного штреку проводять ізольований від загальношахтної системи вентиляції трубопровід, який з'єднують з джерелом тяги, яким відсмоктують газ в м'ясцях інтенсивного газовиділення, при цьому газ відсмоктують з розташованих періодично вздовж вентиляційного штреку дегазаційних свердловин, які бурять в газонасичену покрівлю вугільного пласта, поблизу очисного вибою, що сполучають з відводами трубопроводу, з'єднаного з вакуумною насосною станцією, один з насосів якої розташовують в підземних гірничих виробках (патент № 13399, Україна, Е21F7/00, Е21F1/00 опубл. 15.03.2006.). Відомий також, визначений як найближчий аналог, спосіб дегазації вугільної лави, за яким вздовж вентиляційного штреку проводять ізольований від загальношахтної системи вентиляції дегазаційний канал, який зв'язують з джерелом тяги, періодично по довжині дегазаційного каналу споруджують ізоляційні перегородки і костриці, відсмоктують метаноповітряну суміш з виробленого простору, при цьому як дегазаційний канал використовують перший трубопровід, який з'єднують з вакуумною дегазаційною установкою, якою через відводи трубопроводу відсмоктують метаноповітряну суміш з виробленого простору через порожнини костриць, ізоляційні перегородки споруджують поперек вентиляційного штреку у міру просування лави з пропусканням трубопроводу через ізоляційні перегородки, одночасно метаноповітряну суміш відсмоктують з виробленого простору другим ізольованим трубопроводом більшого діаметра, значення якого знаходяться в межах від 500 до 1000 мм, з'єднаним з одним або декількома вентиляторами, які розташовані на вихідному вентиляційному струмені (патент № 13401, Україна, Е21F7/00, Е21F1/00 опубл. 15.03.2006.). Основним недоліком відомих способів як аналога, так і найближчого аналогу, є їх недостатня ефективність дегазації і нестабільність концентрації метану у вилученій метаноповітряній суміші. Це викликано тим, що способи дегазації охоплюють не всі згадані джерела метановиділення у гірничі виробки виїмкової дільниці. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу комплексної дегазації газоносного вугільного пласта, у якому шляхом ширшого обхвату всіх джерел метановиділення та поліпшення параметрів вилучення метану досягається підвищення ефективності процесу дегазації виїмкової дільниці. Поставлена задача вирішується тим, що у способі комплексної дегазації газоносного вугільного пласта, що полягає у прокладанні газопроводів вентиляційною виробкою, до одного з яких підключають дегазаційні свердловини, пробурені назустріч очисному вибою, на другому газопроводі встановлюють відгалуження зі всмоктувальними отворами, проводять посилення кріплення установкою "кострів", а газову суміш з вентиляційної виробки відводять за межі виїмкової дільниці газопроводом великого діаметра, згідно з корисною моделлю, додатково на пласт бурять дегазаційні свердловини з поверхні, обсаджують трубами, перфорують у місцях перетинання супутників і підключають до дегазаційної системи, причому за вмісту метану менше 25 % свердловини з поверхні перекривають на висоті не менше 35 виймальних потужностей, а свердловини для дегазації пласта за вмісту метану менше 25 % перемикають на трубопровід з відгалуженнями. Доцільно, але не обов'язково пробурювати пологі свердловини з розворотом на лаву в зону до 5 виймальних потужностей, а першу свердловину з поверхні бурять на відстані не більше 30 м від монтажного хідника. Як відомо під час розробки вугільних пластів спостерігаються декілька зон дегазації (розвантаження). Відмінність фільтраційних характеристик масиву впливає на швидкість десорбції метану вугіллям і його рух до гірничих виробок. На фіг. 1 наведені загальноприйняті зони розвантаження. Вугільні пласти, що знаходяться у І зоні на відстані п'яти-восьми виймальних потужностей пласта, що розробляється, практично повністю руйнуються. Вугілля віддає метан у безпосередній близькості від очисної виробки, дегазуючись до рівня, відповідного його сорбційній ємкості за тиску газу на глибині розробки. 1 UA 106368 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Вугільні пласти, що залягають у II зоні, - до тридцяти потужностей пласта, що розробляється, - порушуються системою газопровідних тріщин, що пов'язують їх з виробленим простором. Газ, що виділяється, повинен долати деякий опір на шляху до виробленого простору. Надлишковий тиск у даній зоні може досягати 10 мм рт. ст. і максимум дебіту метану доводиться на відстань до 200 м від вибою. Газ, що залягає у І і II зонах, швидко досягає гірничих виробок, на відміну від газу, що виділяється з III зони, у якій надлишковий тиск, що перешкоджає десорбції, складає декілька атмосфер. Зі збільшенням відстані від пласта, що розробляється, кількість і розміри тріщин, що перетинаються, зменшуються, переважають порожнини з напластування, що утворюються на контактах порід різної міцності. За цього на більшій відстані розвиваються і далі зберігаються тріщини уздовж площин на кордонах зсування порід покрівлі і ґрунту. Така модель формування зон деформацій над пластом, що виймається, дозволяє оцінити її з позиції процесів фільтрації метану. Найбільший приплив газу на виїмкову дільницю відбувається з І і II зон за рахунок виділення із зруйнованих, розпушених і розчленованих на блоки порід. У зоні III, після формування зон І і II, породи спочатку прогинаються, і лише потім у них формуються тріщини. Газ з цієї зони проникає у вироблений простір і виробки дільниці, збільшуючи загальну газоносність. Зона IV плавного опускання порід, не зв'язаних тріщинами, є зоною акумуляції газу, її формування відбувається пізніше. Як правило верхній V і нижній VI супутники потрапляють у вказані зони розвантаження. Із збільшенням відстані від пласта, що розробляється, розміри порожнин розшарування у породах покрівлі зменшуються, і погіршується їх зв'язок з виробками. На деякій відстані вона взагалі припиняється, але розвантаження вугільних пластів від гірничого тиску продовжується на більшій відстані, ніж поширюються вертикальні тріщини, що перетинаються. Першу і другу зони розвантаження можна розглядати як єдиний обсяг з проникністю, що зменшується по висоті, в якій змішуються потоки метану і повітря, формуючи поле концентрації метану. Свердловини, вибій яких розташований на висоті понад 35 виймальних потужностей розроблюваного пласта, не мають зв'язку з виробленим простором. Приплив повітря у вибій такої свердловини відсутній, що підтверджується експериментальними даними. Вміст метану в свердловині складе близько 100 %. Відомо, що метан з пласта, що розробляється, тріщинами у покрівлі перетікає у вироблений простір. Факт підтверджений експериментально. Радіоактивний газ (криптон-85), що закачаний у пласт на відстані 35 м попереду очисного вибою, виявлявся у контрольних свердловинах на відстані 10 м за простяганням та у 5 м вище від місця запуску газу. З наближенням вибою на відстань 18 м від місця запуску радіоактивний газ з'являвся у витоках повітря через вироблений простір. Рух метану тріщинами у породах покрівлі над очисною виробкою виявлений також шляхом буріння свердловин з цієї виробки, що перетинають лише безпосередню покрівлю потужністю 6 м. Свердловинами виділявся метан під природним тиском з дебітом 0,27 л/хв., який після проходу комбайну у устя свердловини збільшувався до 5,1 л/хв. Виявлене перетікання метану використане для зменшення виділення метану з пласта шляхом каптажу його пологими свердловинами, які пробурені над пластом. Свердловини розташовуються у зоні від одної до п'яти виймальних потужностей пласта. При відході лави від монтажного хідника на відстань 10-15 м відбувається обвалення порід безпосередньої покрівлі (зона І). Потужність безпосередньої покрівлі, як правило, становить 5-8 виймальних потужностей розроблюваного пласта. Крок посадки безпосередньої покрівлі 10-12 м. Потужність порід основної покрівлі зони II становить до 30 виймальних потужностей. При цьому основна покрівля є чинником, що створює підвищений тиск на привибійну частину пласта. Відбувається деформація пласта і починається процес утворення газопровідних тріщин. Цей процес впливає на свердловини, пробурені з поверхні. Згідно з експериментальними даними поверхневі свердловини починають свою роботу до підходу очисного вибою на відстані 12-15 м. Враховуючи крок посадки безпосередньої покрівлі початок роботи поверхневих свердловин, перша свердловина повинна бути пробурена на відстані не більше 30 м від монтажного хідника. Суть заявленого способу пояснюється фігурами 1 та 2. На фігурі 2 наведено схему виїмкової дільниці. На фігурах наведено такі позначення. Свердловини 1, 2, 3 та 4. Свердловини 1, 2, 3 пробурені з гірничої виробки - вентиляційного штреку - 5, свердловини 4, пробурені з поверхні на пласт 6 і вироблений простір 7. Ізолююча перемичка 8 перекриває вентиляційний штрек 5. 2 UA 106368 U 5 10 15 20 25 30 Газопровід 9 великого діаметра призначений для газовідсмоктування. На кресл. наведено також газопровід 10 з відгалуженнями ("свічами") 11, "костри" 12, трубопровід 13, у який надходить метан від свердловин 1, 2, 3, лава 14, монтажний хідник 15. Спосіб здійснюють так. До початку очисних робіт у вентиляційному штреку виїмкової дільниці прокладаються три газопроводи 9, 10 і 13. Газопроводи 10 і 13 прокладаються до монтажного хідника 15. На кінці газопроводу 10 біля монтажного хідника 15 встановлюють перше відгалуження ("свічу") 11, довкола якої встановлюють "костри" 12. Всмоктувальний кінець газовідсмоктувального газопроводу 9 діаметром 0,8-1,0 м розміщають за перемичкою 8. Дегазаційні свердловини 1 і 3, відповідно на верхній V і нижній VI супутники, бурять з вентиляційного штреку 5 назустріч очисному вибою 6 і підключають до газопроводу 13. З цього штреку для дегазації пласта 6, що розробляється, бурять пологі свердловини 2 на висоту не більше 5 виймальних потужностей у зони перетоку метану назустріч вибою. Потік свіжого повітря із загальношахтної вентиляційної мережі надходить у лаву 14, у вироблений простір 7 і у вентиляційний штрек 5. За цього струмінь повітря збагачується метаном із зон І, II і частково III, з пласта 6, що розробляється, виробленого простору 7, верхнього V і нижнього VI супутників, старих вироблених просторів. Після того, як вибій відходить на 30 м від монтажного хіднику 15, з поверхні на пласт бурять свердловини 4. Останні обсаджують на глибину метанової зони. За наявності великого водопритоку свердловину 4 повністю обсаджують і перфорують у місцях перетинання зближених пластів. Приводять до дії газовідсмоктувальний вентилятор ВМЦГ-7 (на фігурах не показаний). За просування очисного вибою на відстань 30-40 м дистанційно відкривають "свічу" 11. У міру відробки стовпа газовідсмоктувальний газопровід 9 укорочують з інтервалом 6-20 м і споруджують наступну вентиляційну перемичку. Через певний час, при зниженні вмісту метану менше 25 % пологі свердловини 2 перемикають на трубопровід з відростками на газопровід "свічі" 11 газопроводу 10, оскільки за рахунок дегазації кількість метану у пласті зменшилася. Під час експлуатації свердловин 4 більше 100 діб або зниженні вмісту метану менше 25 % проводять відключення нижньої частини свердловини на висоту до 35 виймальних потужностей. Використання пропонованого способу забезпечує підвищення ефективності процесу дегазації на виїмкових дільницях і збільшення навантаження на вибій за рахунок ширшого обхвату всіх джерел метановиділення та поліпшення параметрів вилучення метану. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 1. Спосіб комплексної дегазації газоносного вугільного пласта, що полягає в прокладанні газопроводів уздовж вентиляційної виробки, до одного з яких підключають дегазаційні свердловини, пробурені назустріч очисному вибою, на другому газопроводі встановлюють відростки зі всмоктувальними отворами, здійснюють посилення кріплення установкою клітей, а газову суміш з вентиляційної виробки відводять газопроводом великого діаметра за межі виїмкової дільниці, який відрізняється тим, що додатково на пласт бурять дегазаційні свердловини з поверхні, обсаджують трубами, перфорують в місцях перетину супутників і підключають до дегазаційної системи, причому при вмісті метану менше 25 % свердловини перекривають на висоті не менше 35 виймальних потужностей, а свердловини для дегазації пласта при вмісті метану менше 25 % перемикають на трубопровід з відгалуженнями. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що бурять пологі свердловини з розворотом на лаву в зону до 5 виймальних потужностей. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що першу свердловину з поверхні бурять на відстані не більше 30 м від монтажного хідника. 3 UA 106368 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4