Спосіб вилучення кондиційного метану з виробленого простору відпрацьованих лав

Реферат: UA 84056 U UA 84056 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вугільної промисловості і може бути застосована для вилучення кондиційної газоповітряної суміші з виробленого простору відпрацьованих лав, що придатна для утилізації як екологічно чиста енергетична сировина. Є відомими способи дегазації виробленого простору виїмкового поля після відробки його лавою, які містять дегазаційні свердловини, що пробурені по вугіллю у площині робочого пласта з флангових виробок (бремсберги, уклони, хідники) і останні охороняються ціликами вугілля. Дегазаційні свердловини буряться або на вироблений простір після зупинки лави на демонтаж очисного устаткування, або назустріч посуванню діючої лави. У першому випадку для транспорту метаноповітряної суміші використовують вертикальні дегазаційні свердловини, які бурять до початку очисних робіт з поверхні землі до збірної виробки, по якій прокладено дегазаційний трубопровід. У другому - дегазаційні свердловини використовують частково як дегазаційні для зниження метаноносності робочого вугільного пласта на кінцевій ділянці виїмкового поля, а після зупинки лави на демонтаж свердловини використовують для дегазації виробленого простору [Калмаков В.А., Калмаков В.В., Мазикин В.П., Калмаков А.В. АС СРСР № 1559207 А1, кл. Е21F 7/00, 1986, бюл. №41]. Загальними недоліками вказаних способів є непродуктивна робота дегазаційних свердловин тому, що вони розташовані на рівні підошви пласта, де обвалені породи покрівлі досить швидко ущільнюються і їх газова проникність різко знижується, що перешкоджає руху метану з виробленого простору до дегазаційних свердловин; високий ступінь розбавлення метану за рахунок підтоків рудникового повітря з демонтажної камери і прилеглих до неї підготовчих виробок; складність утримання свердловин від руйнування у зоні опорного гірничого тиску. Також відомий спосіб дегазації виробленого простору діючої лави, який містить серію вертикальних дегазаційних свердловин, що пробурені з поверхні землі над виїмковою дільницею, причому у першій серії проводять закладення свердловин у напрямку падіння пласта на відрізку рівному 1,5-2 довжини лави, а другу серію свердловин закладають по усій ширині виїмкової дільниці у напрямку простягання пласта. Останні свердловини призначені для каптажу метану, що рухається по виробленому простору знизу уверх [Дрижд Н.А. и другие. АС СРСР № 1460341 А1, кл. Е21F 7/00, 1989, бюл. №7]. Недоліками способу є: значні матеріальні та фінансові витрати на спорудження свердловин, особливо, на великих глибинах розробки пласта; область застосування обмежується тільки стовповою системою розробки - довгими стовпами по падінню пласта при погоризонтній підготовці шахтного поля. Найближчим аналогом є спосіб дегазації виробленого простору діючої лави на першому етапі, на другому етапі - дегазація раніше відроблених ділянок панелі або виїмкових полів, який містить буріння флангових свердловин з головних відкаточних штреків (уклінний горизонт) або з вентиляційних штреків (бремсберговий) горизонт та уклонів (бремсбергів), а також з польових штреків. Флангові дегазаційні свердловини бурять перед початком очисних робіт над монтажною камерою лави у зону розвантаження порід масиву покрівлі від гірничого тиску до пластів-супутників, питома вага газовиділення з яких займає основне місце у газовому балансі виїмкової дільниці. Після відробки виїмкового поля свердловини залишають підключеними до вакуумного трубопроводу для зниження обсягів надходження метану з виробленого простору раніше відроблених ділянок у виробки діючої виїмкової дільниці [СОУ 10.1.00174088.001-2004. Дегазация угольных шахт. Требования к способам и схемы дегазации. - к.: Минтопэнерго Украины. 2004.- 29-30. Малышев Ю.Н., Айруни А.Т. Комплексная дегазация угольных шахт. - М.: Изд-во Академии горных наук, 1999. - С. 187-191]. Недоліки даного способу: область застосування обмежується стовповими системами розробки з виїмкою по простяганню та падінню пласту, тоді як зараз найбільшого поширення у багатьох вугільних басейнах набуло застосування стовпових систем розробки з виїмкою по підняттю пластів; радіус дегазуючого впливу флангових свердловин не перевищує 200 м; свердловини як правило бурять до пластів-супутників, які розташовані у підробленому масиві на відстані кратній 30-40 потужностям пласту, і в значній мірі дегазовані за період роботи діючої дільниці; відсутня можливість дегазації інших техногенних колекторів метану без буріння додаткових свердловин. В основу корисної моделі поставлено задачу створити такий спосіб вилучення кондиційного метану з виробленого простору відпрацьованих лав, в якому за допомогою флангових свердловин, що пробурені на зустріч переміщенню очисного вибою досягається ефективне вилучення метану завдяки вибору оптимальних параметрів закладення дегазаційних свердловин на основі використання закономірностей перерозподілу гірничого тиску і розвантаження вуглепородної товщі після припинення ведення очисних робіт. Це дозволяє значно підвищити повноту вилучення метану з вміщуючих пласт масивів, отримати 1 UA 84056 U 5 10 15 20 25 30 35 40 метаноповітряну суміш із стабільним дебітом та високим вмістом метану, знизити надходження метану з виробленого простору у діючі виробки, тим самим звести до мінімуму вірогідність їх загазування, а також підвищити інтенсивність вуглевидобутку за рахунок зняття обмежень за газовим фактором. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вилучення кондиційного метану з виробленого простору відпрацьованих лав, який включає буріння дегазаційних свердловин у масив покрівлі назустріч пересуванню очисного вибою з головних підготовчих виробок і які охороняються ціликами вугілля значних розмірів, згідно з корисною моделлю, вибір параметрів закладання свердловин та їх буріння здійснюють після припинення ведення очисних робіт, причому свердловини бурять кущами і кількість свердловин у кожному кущі визначається для конкретних умов розробки кількістю техногенних колекторів, що розташовані на інтервалі розвантаження порід підробленого масиву покрівлі. На кресленні зображена схема запропонованого способу з типовим перерізом порід масиву покрівлі, характерним для умов Донбасу, де 1 - виробка, що охороняється ціликами вугілля, (головний штрек), 2 - бурові камери, 3 - демонтажна камера, 4 - свердловини над зоною обвалених порід, 5 - свердловини до порожнин розшарування під породами-мостами, 6 свердловини до колекторів метану у верхній частині зони розвантаження (газового дренажу), 7 порожнина розшарування, 8 - пласти-супутники у покрівлі пласта, 9 - порода-міст, 10 конвеєрна виробка виїмкової дільниці, Вц - охоронний цілик, α - кут падіння пласту, mв виймальна потужність пласта. Для підробленого породовугільного масиву типовими техногенними колекторами метану є вугільні пласти-супутники, порожнини розшарування під породами - мостами, обвалені породи. Спосіб реалізують наступним чином. При відпрацюванні виїмкового стовпа по підняттю пласта після зупинки лави на демонтаж очисного устаткування з виробки 1 закладають похилі дегазаційні свердловини 4, 5, 6 у бік демонтажної камери 3. Свердловини бурять кущами на відстані 50-70 м один від одного. Кількість свердловин у кущі та параметри їх буріння визначають у залежності від: ширини вугільного цілику Вц у площині робочого пласта між демонтажною та буровою камерами 2; літологічного складу порід масиву покрівлі; виймальної потужності mв та кута падіння пласта α; просторового розташування колекторів метану 7, 8. Свердловину 4 закладають з такими параметрами, щоб вибій свердловини був розташований у верхній частині зони обвалення порід, потужність якої дорівнює 6-8 кратній потужності робочого пласта. Параметри буріння свердловини 5 визначають у залежності від просторового розташування порожнини розшарування у підробленому масиві, яка формується під шарами екрануючих порід-мостів. Для встановлення просторового розташування порід-мостів на інтервалі, що дорівнює 30-40 mв проводиться оцінка шарів порід на екрануючу здатність. По даним геологічного прогнозу уточнюється літологічний склад та характеристики міцності порід масиву покрівлі у зоні буріння дегазаційних свердловин на висоту по нормалі від пласта, що дорівнює граничній висоті розвантаження порід Мp, яка визначається наступним чином [Абакумова О.В., Денисенко В.П. Методика прогнозу обсягів вилучення метану на виїмковій дільниці з урахуванням неоднорідності масиву / Збірка наукових праць ІГТМ ПАН України. Дніпропетровськ, 2010. - Вип. № 91. - С. 198-205]. Mni.  k y.n. kk. mв.n.(12  cos) , м , p (1) де k y.n. - коефіцієнт, що враховує спосіб управління покрівлею у лаві. Він дорівнює: 45 k y.n.  60 при повному обваленні покрівлі; k y.n.  45 при плавному опущенні та утриманні покрівлі на кострах; k y.n.  25 при повному закладанні виробленого простору; 50 k л. - коефіцієнт, що враховує вплив літологічного складу масиву покрівлі на розміри зони газового дренажу. k л.  0,8 , якщо масив покрівлі на інтервалі зони ефективної підробки вміщує шари пісковиків та вапняків потужністю до 5-7 м кожний з коефіцієнтом міцності f  7  8 і більше, а сумарна потужність їх у розрізі складає 40 %. При наявності шару пісковику або піскового алевроліту потужністю більше 9-10 м проводиться оцінка вказаних шарів на їх газоекрануючі властивості. У підробленому масиві газоекрануючим на інтервалі газового дренажу є шар породи для якого виконується умова: nкр (2) 2 UA 84056 U кр - гранична відносна деформація розтягування, при якій в породах з'являються газопровідні тріщини; для піщаних сланців і дрібнозернистих пісковиків кр  5  6 % . C1M1  C2nmne , (3) loч де  0 - деформації породи на рівні покрівлі робочого пласта; С1, С2n - коефіцієнти, що залежать від літологічного типу порід покрівлі; змінюються у залежності від міцності порід 2÷6; M1 - відстань по нормалі від покрівлі робочого пласта до підошви шару породи, що оцінюється, м; m ne - потужність шару породи-екрану, l - довжина лави, м. 0,583  lоч (4) 0  2,05  М1 Свердловину 6 закладають з такими параметрами, щоб її вибій перетинав вугільний пластсупутник 8 на границі розвантаження масиву порід від гірничого тиску. Таким чином, використання запропонованого способу дозволяє підвищити повноту вилучення метану з вміщуючих пласт масивів, отримати метаноповітряну суміш із стабільним дебітом та високим вмістом метану, знизити надходження метану з виробленого простору у діючі виробки, тим самим звести до мінімуму вірогідність їх загазування, а також підвищити інтенсивність вуглевидобутку за рахунок зняття обмежень за газовим фактором. n   0 e  5 10 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб вилучення кондиційного метану з виробленого простору відпрацьованих лав, який включає буріння дегазаційних свердловин у масив покрівлі назустріч пересуванню очисного вибою з головних підготовчих виробок, які охороняються ціликами вугілля значних розмірів, який відрізняється тим, що вибір параметрів закладання свердловин та їх буріння здійснюють після припинення ведення очисних робіт, причому свердловини бурять кущами, а кількість свердловин у кожному кущі визначається для конкретних умов розробки кількістю техногенних колекторів, що розташовані на інтервалі розвантаження порід підробленого масиву покрівлі. 3 UA 84056 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4