Спосіб дегазації масиву газонасичених гірських порід

Реферат: Винахід належить до гірничої промисловості і може бути використаний в умовах інтенсивного вуглевидобутку для дегазації порід, які залягають у покрівлі вугільних пластів. Згідно з винаходом, визначають уздовж підготовчої виробки розподіл деформацій зосередженого зсуву на контакті основної і безпосередньої покрівлі пласта та визначають пункти, де вказані деформації змінюють свій знак відносно осі підготовчої виробки. Дегазаційні свердловини бурять поза межами ділянок, які знаходяться на відстані від локальних максимумів деформації зосередженого зсуву на контакті основної і безпосередньої покрівлі пласта. Ця відстань визначається в залежності від відстані між сусідніми пунктами, де деформації зосередженого зсуву змінюють свій знак відносно осі підготовчої виробки. Забезпечується цілісність свердловин і висока ефективність дегазації вибухонебезпечного метану з газоносних гірських порід. UA 113116 C2 (12) UA 113116 C2 UA 113116 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої промисловості і може бути використаний в умовах інтенсивного вуглевидобутку для дегазації порід, які залягають у покрівлі вугільних пластів. Відомий спосіб дегазації масиву гірських порід UA 104979 С2, E21F 7/00, опублікований 10.01.2014, що включає визначення зміщення покрівлі виїмкової виробки, визначення величини зосередженого зсуву дегазаційної свердловини залежно від величини зміщення покрівлі виїмкової виробки та приведеного радіуса перерізу виїмкової виробки, буріння дегазаційної свердловини зі склепової частини виїмкової виробки за визначеними параметрами та діаметром, залежним від величини зосередженого зсуву, обсаджування і герметизацію дегазаційної свердловини та підключення до дегазаційної системи і створення вакууму у дегазаційній свердловині. Спосіб реалізується наступним чином. Визначають додаткові зміщення покрівлі виїмкової виробки у зоні впливу очисного вибою, а саме у зоні опорного тиску попереду лави, і зони активних зрушень позаду неї. Визначають величину зосередженого зсуву дегазаційної свердловини залежно від величини зміщення покрівлі виїмкової виробки та приведеного радіуса перерізу виїмкової виробки. Потім бурять дегазаційну свердловину зі склепової частини виїмкової виробки за визначеними параметрами та діаметром, залежним від величини зосередженого зсуву. Після цього обсаджують і герметизують дегазаційну свердловину та підключають до дегазаційної системи, у якій створюють вакуум. Недоліком способу є недостатня ефективність дегазації масиву гірських порід. Дослідження показали, що величина максимального зосередженого зсуву між підошвою газоносного пісковику основної покрівлі і породами безпосередньої покрівлі, що підроблюється очисним вибоєм, суттєво змінюється уздовж виїмкового стовпа не тільки за величиною, але й за знаком. Проте ця закономірність не враховується. Місця буріння дегазаційних свердловин уздовж вентиляційного штреку вибирають за існуючими нормативними методиками без врахування розподілу зосереджених зсувів уздовж виробки. Визначають тільки відстань між свердловинами, яка приймається постійною. Проте додаткові дослідження свідчать про те, що крок обвалення основної покрівлі змінюється уздовж виїмкового стовпа, а цей фактор ще більше впливає на складний і нерівномірний характер розподілу зосереджених зсувів уздовж вентиляційного штреку. Таким чином, якщо дегазаційна свердловина попадає у зону з максимальним зосередженим зсувом, ймовірність її перерізування різко підвищується, що знижує ефективність дегазації. Найбільш близьким аналогом способу, що заявляється, є спосіб дегазації виробленого простору UA 94818 С2, МПК E21F 5/00, опублікований 10.06.2011, що містить визначення складових та напрямків дії головних напружень і деформацій в зоні дегазації, визначення на контактах породних шарів максимального зосередженого зсуву товщі гірських порід, буріння з породного оголення підготовчої виробки дегазаційної свердловини під кутом 5-90° до нашарування, збільшення на контактах породних шарів поперечного розміру дегазаційної свердловини в напрямку очікуваного зосередженого максимального зсуву суміжних шарів один відносно одного пропорційно величині очікуваного зосередженого максимального зсуву шляхом зупинки буріння, виймання бурового поставу, встановлення відхилювача і продовження буріння свердловини з відхилювачем для розширення свердловини, вставляння в гирло свердловини обсадної труби, герметизацію свердловини, підключення свердловини до вакуумної системи, каптаж метану, підвищення стійкості масиву гірських порід навколо дегазаційної свердловини на інтервалі, не меншій відстані від породного оголення підготовчої виробки, з якої бурять дегазаційну свердловину, до границі інтенсивного руйнування порід навколо підготовчої виробки. У процесі реалізації способу визначають складові та напрямки дії головних напружень і деформацій в зоні дегазації, визначають на контактах породних шарів максимальний зосереджений зсув товщі гірських порід, бурять з породного оголення підготовчої виробки дегазаційну свердловину під кутом 5-90° до нашарування. Місце розташування свердловини вибирають без врахування величин зосередженого зсуву. Для нейтралізації негативного впливу зосередженого зсуву збільшують на контактах породних шарів поперечний розмір дегазаційної свердловини у напрямку очікуваного зосередженого максимального зсуву суміжних шарів один відносно одного пропорційно величині очікуваного зосередженого максимального зсуву. Збільшення поперечного розміру свердловини виконують шляхом зупинки буріння, виймання бурового поставу, встановлення відхилювача і продовження буріння свердловини з відхилювачем. Потім вставляють в гирло свердловини обсадну трубу, герметизують свердловину піною, підключають свердловину до вакуумної системи і здійснюють каптаж метану. Для подальшого забезпечення стійкості дегазаційної свердловини підвищують стійкість масиву гірських порід навколо дегазаційної свердловини на інтервалі, не меншому відстані від 1 UA 113116 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 породного оголення підготовчої виробки, з якої бурять дегазаційну свердловину, до границі інтенсивного руйнування порід навколо підготовчої виробки. Недоліком способу є недостатня ефективність дегазації виробленого простору. Оскільки при виборі місця розташування дегазаційної свердловини у способі аналога не враховується характер розподілу зосереджених зсувів уздовж виїмкового стовпа, свердловина може попасти у зону розлому основної покрівлі. Дослідження показали, що у цій зоні виникають максимальні за величиною деформації зосередженого зсуву між підошвою газоносних пісковиків основної покрівлі та порід безпосереднього пласта. До того ж саме навколо місця розлому виникає зона інтенсивної тріщинуватості й дроблення породної товщі. Розширення свердловини у такій зоні не дає належного ефекту з причин хаотичності напрямків деформацій та їх значних величин. Отже зони розлому основної покрівлі необхідно уникати. У зворотному випадку ефективність дегазаційної свердловини буде різко зменшуватись, що підтверджується шахтними спостереженнями. Суттєві ознаки найближчого аналога, які співпадають з ознаками об'єкта, що заявляється, є наступні: 1) визначення складових та напрямків дії головних напружень і деформацій в зоні дегазації, 2) визначення на контактах породних шарів максимального зосередженого зсуву товщі гірських порід, 3) буріння з породного оголення підготовчої виробки дегазаційної свердловини під кутом 590° до нашарування, 4) вставляння в гирло свердловини обсадної труби, 5) герметизацію свердловини, 6) підключення свердловини до вакуумної системи, 7) каптаж метану. Задачею винаходу є вдосконалення способу дегазації масиву газонасичених гірських порід, в якому за рахунок визначення раціонального місця розташування дегазаційних свердловин забезпечується уникнення їх попадання у зону розлому. Це приводить до підвищення ефективності дегазації товщі у виробленому просторі. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі дегазації масиву газонасичених гірських порід, що включає визначення складових та напрямків дії головних напружень і деформацій в зоні дегазації, визначення на контактах породних шарів максимального зосередженого зсуву товщі гірських порід, буріння з породного оголення підготовчої виробки дегазаційної свердловини під кутом 5-90° до нашарування, вставляння в гирло свердловини обсадної труби, герметизацію свердловини, підключення свердловини до вакуумної системи, каптаж метану, згідно з винаходом, визначають уздовж підготовчої виробки розподіл деформацій зосередженого зсуву на контакті основної і безпосередньої покрівлі пласта, що відпрацьовується, визначають пункти, де вказані деформації змінюють свій знак відносно осі підготовчої виробки, а дегазаційні свердловини бурять поза межами ділянок, які знаходяться на відстані від локальних максимумів деформації зосередженого зсуву на контакті основної і безпосередньої покрівлі пласта, яка визначається за формулою: В=±(0,1-0,2)Δ, де Δ - відстань між сусідніми пунктами, де деформації зосередженого зсуву змінюють свій знак відносно осі підготовчої виробки. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показана схема обвалення основної покрівлі у процесі відпрацювання вугільного пласта. Позицією 1 показаний вугільний пласт, 2 безпосередня покрівля, 3 - основна покрівля, 4 розломи основної покрівлі, 5 - пункт, де деформації зосередженого зсуву змінюють свій знак внаслідок того, що зона випуклості 6 основної покрівлі змінюється на вгнутість, 7, 8 - ділянка, у межах якої раціонально розташувати дегазаційну свердловину. На фіг. 2 наведений розподіл деформацій зосередженого зсуву масиву гірських порід. Цифрами від 60 до 240 показані координати у метрах уздовж підготовчої виробки. Цифрами від 600 до 800 м позначені координати уздовж очисного вибою. Лінія А-А показує вісь підготовчої виробки. На фіг. 3 наведено фрагмент розподілу деформацій зосередженого зсуву, де позиціями 9 і 10 вказані положення небезпечної ділянки, де діють локальні максимуми деформацій зосередженого зсуву, які знаходяться між сусідніми пунктами 5 зміни його знаку, 11- підготовча виробка, 12 - дегазаційна свердловина, 13-16 - локальні максимуми деформацій зосередженого зсуву. Відстані між пунктами 5 показані символами Δ1 і Δ2. Знаком (+) показані вісь позитивних деформацій зосередженого зсуву, знаком (-) негативних. Виконання способу пояснюється прикладом для наступним початкових умов. Глибина розробки становить 825 м, вугільний пласт має потужність 2, кут залягання 5 градусів. У 2 UA 113116 C2 5 10 15 20 25 основній покрівлі залягає потужний газоносний пісковик. Довжина очисного вибою становить 250 м. Швидкість посування очисного вибою коливалась у межах від 120 до 200 м/міс. З врахуванням початкових умов за допомогою спеціального пакета комп'ютерних програм (наприклад ФЛАКЗД) змоделювали складові головних напружень і деформацій, а також визначили розподіл величин деформацій зосередженого зсуву у зоні дегазації (фіг. 2). Розподіл деформацій зосередженого зсуву визначили уздовж підготовчої виробки (лінія А-А на фіг. 2) на рівні контакту основної 3 і безпосередньої покрівлі 2. Після цього визначили всі пункти 5, де вказані деформації змінюють свій знак відносно осі підготовчої виробки (фрагмент розподілу показаний на фіг. 3). Дегазаційні свердловини 12 бурили до відпрацювання вугільного пласта 1 з підготовчої виробки 11 поза межами ділянок 9, 10, які знаходяться на відстані В від локальних максимумів 13, 14, 15, 16 деформації зосередженого зсуву на контакті основної 3 і безпосередньої покрівлі 2 пласта 1. Відстань визначається за формулою: В=±(0,1-0,2)Δ, де Δ відстань між сусідніми пунктами 5, де зосереджені деформації зсуву змінюють свій знак відносно осі А-А підготовчої виробки 11. Меншу межу коефіцієнта пропорційності (0,1) приймають за умов, коли швидкість посування очисного вибою менше за 100 м/міс. Більше значення коефіцієнта (0,2) приймають при перевищенні швидкості посування очисного вибою за 200 м/міс. Якщо величина швидкості знаходиться у межах 100-200 м/міс. застосовують проміжні значення коефіцієнта. Дегазаційні свердловини бурили під кутом 60° до нашарування, вставили в гирло свердловин обсадні труби, загерметизували свердловини. Потім підключили свердловини до вакуумної системи і здійснили каптаж метану. Таким чином після відпрацювання пласта 1 дегазаційні свердловини не потрапляють у зони 9, 10 негативного впливу розломів 4, а потрапляють на ділянки 8, де ймовірність зосередженого зрізування стволів свердловин мінімальна. Це забезпечує цілісність свердловин і високу ефективність дегазації вибухонебезпечного метану з газоносних пісковиків. Аналіз статистичних даних свідчить про те, що розташування дегазаційних свердловин згідно зі способом, що заявляється, підвищило каптаж газу на 24 % завдяки уникненню небезпечних зон. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 Спосіб дегазації масиву газонасичених гірських порід, що включає визначення складових та напрямків дії головних напружень і деформацій в зоні дегазації, визначення на контактах породних шарів максимального зосередженого зсуву товщі гірських порід, буріння з породного оголення підготовчої виробки дегазаційної свердловини під кутом 5-90° до нашарування, вставляння в гирло свердловини обсадної труби, герметизацію свердловини, підключення свердловини до вакуумної системи, каптаж метану, який відрізняється тим, що визначають уздовж підготовчої виробки розподіл деформацій зосередженого зсуву на контакті основної і безпосередньої покрівлі пласта, що відпрацьовується, визначають пункти, де вказані деформації змінюють свій знак відносно осі підготовчої виробки, а дегазаційні свердловини бурять поза межами ділянок, які знаходяться на відстані В від локальних максимумів деформації зосередженого зсуву на контакті основної і безпосередньої покрівлі пласта, яка визначається за формулою: В=±(0,1-0,2)Δ, де Δ - відстань між сусідніми пунктами, де деформації зосередженого зсуву змінюють свій знак відносно осі підготовчої виробки. 3 UA 113116 C2 4 UA 113116 C2 Комп’ютерна верстка Т. Вахричева 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 5