Спосіб дегазації вуглепородного масиву під час розробки групи вугільних пластів

Реферат: Спосіб дегазації вуглепородного масиву під час розробки групи вугільних пластів, згідно з яким для умов лави визначають висоту безпечної підробки, а як виробку-колектор використовують розташовану над пластом діючу підготовчу виробку суміжного вугільного пласта, що віддалена на відстань не менше цієї висоти. У вуглепородному масиві визначають місцезнаходження шарів - джерел метану, які залягають у зоні підробки вище порід основної покрівлі. Перетинають ці шари дегазаційними свердловинами, а площу перерізу трубопроводу дегазаційної системи приймають більшою, ніж сумарна площа перерізів дегазаційних свердловин, пробурених у виробці-колекторі. Дегазацію здійснюють після підробки дегазаційних свердловин очисним вибоєм. UA 98329 C2 (12) UA 98329 C2 UA 98329 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої справи і може бути використаний для дегазації масиву при розробці вугільних пластів. Найближчим аналогом заявлюваного винаходу є відомий спосіб дегазації вуглепородного масиву, що охоплює підготовку виїмкового стовпа лави, проведення додаткової виробкиколектора над пластом на всю довжину виїмкового стовпа вище зони активних зсувів основної покрівлі, формування на її підставі відокремленого газозбірного горизонту, буріння в підошві виробки-колектора віялових дегазаційних свердловин, поділ ділянки на підділянки, монтаж у додатковій виробці-колекторі дегазаційної системи та здійснення дегазації вуглепородного масиву шляхом примусового відбору газу крізь пробурені з поверхні до виробки-колектора і пласта, що відпрацьовується, свердловини (UA № 53259 A, 15.01.2003). Спільними суттєвими ознаками аналога і заявлюваного винаходу є підготовка виїмкового стовпа лави, формування в додатковій виробці-колекторі, яка розташована над вугільним пластом вище зони активних зсувів основної покрівлі, відокремленого газозбірного горизонту, буріння в підошві виробки-колектора дегазаційних свердловин, монтаж у додатковій виробціколекторі дегазаційної системи і здійснення дегазації вуглепородного масиву шляхом примусового відбору газу крізь пробурені дегазаційні свердловини. Відомий спосіб характеризується низькою ефективністю дегазації. Це зумовлено тим, що гірські масиви осадового походження, у тому числі і вугільні пласти, у своєму природному стані мають дуже низьку газопроникність. З огляду на це сфера впливу дегазаційної свердловини у незачепленому гірському масиві складає лише кілька її діаметрів. Таким чином об'єм масиву, який потенційно може виділити метан до дегазаційної свердловини, є дуже малим. Із практики відомо, що його можна збільшити тільки шляхом застосування додаткових заходів із руйнування порід (наприклад підробки), які у відомому способі не передбачені. Наявність розрядження (вакууму) в дегазаційній системі прототипу, що забезпечує примусовий відбір газу, не може принести якого-небудь суттєвого позитивного ефекту. Другий значний недолік відомого способу полягає в тому, що він передбачає буріння дегазаційних свердловин безпосередньо до вугільного пласта, що розробляється. При цьому створюється прямий канал між дегазаційною системою та лавою (або її виробленим простором). Це призводить до підсосів повітря і розбавлення метану в трубопроводі. В окремих випадках, навпаки, можливим є надходження метану за свердловиною до очисного вибою. І перше, і друге є неприпустимим, зважаючи на безпеку проведення гірничих робіт. В основу винаходу поставлена задача удосконалення підземної дегазації вуглепородного масиву з використанням відокремлених газозбірних горизонтів при розробці групи вугільних пластів на підставі закономірностей формування зон підвищеної техногенної проникності в газоносних породах, що підробляються, і у вугільних шарах. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі дегазації вуглепородного масиву, що охоплює підготовку виїмкового стовпа лави, формування в додатковій виробціколекторі, яка розташована над вугільним пластом вище зони активних зсувів основної покрівлі, відокремленого газозбірного горизонту, буріння в підошві виробки-колектора дегазаційних свердловин, монтаж дегазаційної системи і здійснення дегазації вуглепородного масиву шляхом примусового відбору газу крізь пробурені дегазаційні свердловини, відповідно до винаходу для умов лави визначають висоту безпечної підробки, як виробку-колектор використовують діючу підготовчу виробку суміжного вугільного пласта, що віддалена на відстань не менше цієї висоти, у вуглепородному масиві визначають місцезнаходження шарів - джерел метану, які залягають у зоні підробки вище порід основної покрівлі, перетинають ці шари дегазаційними свердловинами, площу перерізу трубопроводу дегазаційної системи приймають більшою, ніж сумарна площа перерізів дегазаційних свердловин, пробурених у виробці-колекторі, а дегазацію здійснюють після підробки дегазаційних свердловин очисним вибоєм. Суть заявлюваного винаходу ґрунтується на таких відомих закономірностях та особливостях. Природна проникність незачепленого гірського масиву є дуже малою. Унаслідок цього метан, що міститься в ньому, не може безперешкодно виділятися до гірських виробок або свердловин. Для здійснення дегазації необхідно вживати спеціальних заходів із збільшення проникності, тобто тріщинуватості масиву. Найпростішим і технологічним засобом для цього є підробка масиву очисними роботами. У процесі виїмки вугільного пласта лавою порушується рівновага, що склалася в масиві. У покрівлі пласта над виробленим простором відбувається перерозподіл напруг і формування зони розвантаження. Підроблені породи інтенсивно руйнуються та їхня проникність багаторазово збільшується. При цьому масив починає віддавати метан в гірничі виробки. Чим вищою є проникність (тріщинуватість) вуглепородної товщі, при інших однакових умовах, тим 1 UA 98329 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 меншу кількість енергії необхідно витрачати для ефективної дегазації. Рух метану в дегазаційній системі здійснюється за рахунок перепаду тиску, який змінюється від високого пластового тиску газу в масиві до низького атмосферного у свердловині (виробці). Максимальна деформація порід покрівлі відбувається безпосередньо в площині пласта. Разом із віддаленням від нього нагору деформації загасають і на певній відстані стабілізуються. Цю відстань називають висотою безпечної підробки. Породна товща, що обмежена висотою безпечної підробки, зазнає максимального впливу виїмки пласта і найбільш інтенсивно руйнується. У зв'язку з цим вона має найбільшу техногенну проникність і найнижчий рівень діючих напруг. Це найбільш сприятливе середовище для розташування дегазаційних свердловин. З іншого боку, через високі деформації масиву в цій зоні не можна розташовувати діючі підготовчі виробки. Для збереження їхньої стійкості всі чинні інструкції вимагають виносити виробки за межі сфери інтенсивного впливу очисних робіт, тобто розташовувати їх на відстані від пласта, що перевищує висоту безпечної підробки. Заявлюваний винахід охоплює такі нові суттєві ознаки: - як виробку-колектор використовують діючу підготовчу виробку суміжного вугільного пласта, що віддалена на відстань, не меншу висоти безпечної підробки; - у вуглепородному масиві визначають місцезнаходження шарів - джерел метану, які залягають у зоні підробки вище порід основної покрівлі; - площу перерізу трубопроводу дегазаційної системи приймають більшою, ніж сумарна площа перерізів дегазаційних свердловин, пробурених у виробці-колекторі. Суть способу пояснюється кресленням, де на фігурі 1 показана діюча виробка-колектор 1, у якій сформований газозбірний горизонт. Із цієї виробки-колектора пробурені дегазаційні свердловини 2 і 3 в напрямку лави 4, що відпрацьовується. Добута із свердловин метаноповітряна суміш транспортується на поверхню по підземних трубопроводах виробкиколектора 1, квершлагу 5 і вертикального ствола 6. На фігурі 2 зображено вертикальний розріз вуглепородної товщі, що підпрацьовується. Ця товща розташована між виробкою-колектором 1 і лавою 4, що відпрацьовується. Приклад реалізації способу. Дослідно-промислова перевірка пропонованого способу дегазації вуглепородного масиву здійснювалась на шахті «Комсомолець Донбасу» при відпрацюванні п'ятої західної лави пласта l3. На шахті проводиться розробка групи вугільних пластів l 3, l4, l6 і l7. Відстань між пластами l3 і l4 складає близько 38 м, між l4 - l6 - близько 103 м і між l6 - l7 - приблизно 87 м. На першому етапі здійснювалась підготовка виїмкового стовпа п'ятої західної лави 4 пласта l3 шляхом проведення конвеєрної виробки 7 і монтажного хідника 8. n Безпечна висота підробки h6 для умов п'ятої західної лави пласта l3 визначалася за відомими рекомендаціями (див., наприклад "Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. - Л. : ВНИМИ, 1985. - C. 222"). Її величина склала 90 м. Таким чином, виробку-колектор для дегазації очисних вибоїв пласта l3 в умовах шахти можна розташовувати тільки в межах пластів l6 або l7, які лежать вище. У протилежному випадку вона потрапить до зони активного впливу підробки і буде зруйнована. Як виробка-колектор використовувався південний вентиляційний штрек 1 пласта l 6, який розташований над виїмковим стовпом у породах покрівлі п'ятої західної лави 4 на відстані 126,3 м. У ньому був змонтований дегазаційний трубопровід діаметром 0,4 м для транспортування метаноповітряної суміші. Таким чином був сформований відокремлений газозбірний горизонт на пласті l6. Перед бурінням дегазаційних свердловин у вуглепородному масиві між виробкоюколектором 1 і лавою 4, що відпрацьовується, було визначено місцерозташування газоносних породних і вугільних шарів - основних джерел метану. Для цього використовувався геологічний розріз за розвідувальною свердловиною 9 (С-49), що її наведено на фігурі 2. До газоносних породних шарів на вугільних родовищах належать піщаники, які під час підробки лави починають активно виділяти метан. До газоносних вугільних шарів відносять всі шари робочої і неробочої потужності, які розташовані в зоні підробки 10 вище порід основної покрівлі пласта l 3. Таким чином до групи газоносних породних і вугільних шарів - основних джерел метану потрапили всі шари, починаючи з пласта I5 неробочої потужності 0,2 м, до піщаника 11, що залягає вище основної покрівлі пласта l3 потужністю 6,0 м. Загальна потужність дегазаційної свердловини 2 породної товщі, що перетинається, склала 107,8 м, довжина ділянки герметизації 12 - відповідно 41,4 м. Довжина необсадженої ділянки свердловини 13 склала 66,4 м. 2 UA 98329 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Породи безпосередньої 14 та основної 15 покрівлі пласта не можна перебурювати дегазаційними свердловинами, оскільки вони слугують своєрідним захистом або запобіжною «пробкою», що розділяє вентиляційний струмінь у виробках і дегазаційну суміш у свердловинах і трубопроводах. Якщо цієї «пробки» не буде, то метан із дегазаційної системи може потрапити до робочого або відпрацьованого простору лави. Це призведе до підвищення його вмісту у вентиляційному струмені, що є неприпустимим за правилами безпеки. Із практики також відомі і зворотні випадки, коли при недостатній товщині породної «пробки» під дегазаційною свердловиною вона починала підсмоктувати повітря з лави. При цьому вміст метану в дегазаційній суміші зменшувався, тобто ефективність дегазації падала. Максимальна кількість дегазаційних свердловин у виробці-колекторі 1 можна визначити шляхом поділу площі перерізу підземного дегазаційного трубопроводу на площу перерізу свердловини. У нашому випадку Dт.р = 0,4 м, Dсвердл = 0,1 м, тобто Nмaкс = 16 свердл. Якщо фактичне число свердловин є меншим від величини N мaкс, то дегазаційних трубопровід має необхідний для безперешкодного переміщення запас перерізу. Якщо це число перевищує значення Nмакс, то система стримує роботу дегазаційних свердловин. У нашому випадку у виробці-колекторі 1 були пробурені дві дегазаційні свердловини 2 і 3 у напрямку лави 4, що відпрацьовується. Вони були підключені до дегазаційного трубопроводу. Виділення метану із масиву до свердловин розпочалося після проходу лави 4 під виробкоюколектором 1. Гірничі роботи призвели до суттєвого збільшення тріщинуватості і газопроникності вуглепородного масиву. Внаслідок цього до дегазаційних свердловин почав активно виділятися метан. Для визначення його дебіту виконувалися спеціальна газовакуумна зйомка за відомою методикою (див., наприклад "Методические указания по проведению газовакуумных съемок шахтных дегазационных трубопроводов. - Донецьк: МакНИИ, 1990. - С. 22"). Результати виявили, що середній дебіт метану у виробці-колекторі в перші місяці після її 3 3 підробки склав 10,5 м /хв. Разом за 6 місяців було добуто близько 2,1 млн. м метану із вмістом у суміші понад 90 %. Застосування нового способу дегазації дало можливість суттєво покращити газову обстановку в п'ятій західній лаві пласта l3 і знизити її загальний вміст метану на 30 %. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб дегазації вуглепородного масиву під час розробки групи вугільних пластів, який включає підготовку виїмкового стовпа лави в межах вугільного пласта, формування в додатковій виробці-колекторі, яка розташована над вугільним пластом, відокремленого газозбірного горизонту, буріння в підошві виробки-колектора дегазаційних свердловин, монтаж дегазаційної системи і здійснення дегазації вуглепородного масиву шляхом примусового відбору газу крізь пробурені дегазаційні свердловини, який відрізняється тим, що для умов лави визначають висоту безпечної підробки, як виробку-колектор використовують діючу підготовчу виробку суміжного вугільного пласта, що віддалена на відстань не менше цієї висоти, у вуглепородному масиві визначають місцезнаходження шарів - джерел метану, які залягають у зоні підробки вище порід основної покрівлі, перетинають ці шари дегазаційними свердловинами, площу перерізу трубопроводу дегазаційної системи приймають більшою, ніж сумарна площа перерізів дегазаційних свердловин, пробурених у виробці-колекторі, а дегазацію здійснюють після підробки дегазаційних свердловин очисним вибоєм. 3 UA 98329 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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