Способ дегазации угольного пласта

(50 4 Е 21 Р 7 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ В.С.Зааков, .И.Па ильчи Экий аз ации1975, тво С /00,угольс, 10. 4 ТА(57) Изобретение относ промышленности и может вано для снижения газо емочных участков. Цепь повьппение эффективност угольного пласта за с щения снижения эффекти ,скважин (С) при их пер ой ится к быть обильнс пол ьз о сти выизобри дега чет пр Я дотвраиныанин.Для внойевали СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Руководство по дегных шахт. - М.: Недра,Авторское свидетельсР 1267007, кл. Е 21 Р 7(54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОПЪН этого перед проведением С определя эффективную дегазирующую массив длину С. Определяют вероятность переваливания единицы С и показатель, харак" теризующий величину съема метана в расчете на единицу длины С. Расстояние между устьями Группы скважин, параллельных очистному забою, определяют по математической формуле с учетом величины съема метана, длины лавы, мощности пласта, а также с учетом требуемого съема газа с 1 т угля, обьемной массы угля, коэффициента трудоемкости способа дегазации, угла наклона к забою. В процессе отработки пласта столбами С, парал э лельные очистному забою, отключают от дегаэационного трубопровода при подходе к ним зоны отжима. Ориентиро- С ванные под углом к забою С-отключают от трубопровода в момент подхода зоны отжима к месту пересечения С этой группы границы эоны разгрузки пласта подготовительной выработкой. Пфп 1 з.п, ф-лы, 3 ил., 2 табл.14392 ЬЬ орректор Л,Патай Подписнота СССР В тииб д, 4/5 13035,Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,ектная, 4 Редактор М.БлФее Заказ 6051/3 ставитель И,федяевхред Л.Олийнык Тираж 426И Государственного комит делам изобретений и отк Москва, Ж, Раушская н1439266 ц 1 - ч)-1 ) Ч 1 ехр( Иг) Изобретение относится к горной промаппленности и может быть использовано для снижения газообильности выемочных участков и повьппения безо 5 пасности горных работ по газовому фактору.Цель изобретения - повышение эфФективности дегазации угольного пласта за счет предотвращения снижения Я эффективной длины скважин при их переваливании.На фиг.1 приведена принципиальная схема расположения дегазационных скважин; на Фиг.2 - схема возможных 15 случаев переваливания скважин; на фиг.З - положение очистного забоя в . момент отключения скважин.Способ дегазации угольного пласта осуществляют следующим образом ЯОНа участках с условияии, близкими к горно-геологическим условиям, в. которых применяют данный способ дегазации, устанавливают эффективную дегазирующую массив длину скважин. Поскольку на переваливание скважин оказывают влияние в основном прочность угля, величина горного давления, диаметр скважин, то близкими по условиям являются участки одноименных 30 пластов, отрабатываемых на глубинах, отличающихся не более, чем на 50 " 700 м, дегазируемых скважинами одинакового диаметра. 35Наблюдения показывают, что переваливание скважин продолжается в течение 7-14 сут после окончания их бурения. Поэтому установление эффективной дегазирующей массив длины 4 О скважин выполняют по замерам, произведенным не ранее, чем через 14 сут после окончания их бурения. При определении эффективной длины 45 скважин путем промеров длин подсчитывают среднюю эффективную длину скважин по группе из 10-15 скважин, а вероятность переваливания единицы длины скважины определяют из Решения уравнения.где 1 - средняя эффективная длинаЭ 4скважин, м;1 - длина скважин на моментокончания бурения, и; Ъ - вероятность переваливанияединицы длины скважины,1/м.Величину Ъ можно определить также по табл.1, в которой на пересечении строк и столбцов приведены значения вероятности переваливания единицы длины скважины, являющиеся решением уравнения (1).При определении эффективной длины скважин по средним и максимальным значениям дебита метана поступают следующим образом. В группе из 20-30 скважин определяют скважину с максимальным дебитом ц (м /мин) и подзсчитывают среднее по группе значение дебита ц (и /мин). Среднюю эффективную длину скважин рассчитывают по Формуле Я с,ЧмВероятность переваливания единицы длины скважины определяют либо решая графически или численно уравнения (1), либо по табл.1.При наличии двух групп скважин разной длины вероятность переваливания единицы длины скважины можно установить решая (численно или графически) уравнение где Я, р Ц - сРедний дебит скважинпервой и второй группсоответственно, м /минр11) - длины скважин первой ивторой групп соответственно, м.Среднюю эффективную длину скважин первой группы определяют по формуле а среднюю эффективную длину скважинвторой группы - по Формуле Необходимо отметить, что последние . два метода определения вероятности перевапивания единицы длины скважины и эффективной дегазирующей массив длины скважин можно использовать только на участках, дегазнруемых известными способами, т,е. параллельными14392 бб ках равновероятно. Вероятность переваливания участка скважины единичной длинызависит только от прочностных свойств угля, величины горного давления (глубины работ) и диаметра скважин и не зависит от ориентации скважин. Отношение суммарной длины скважин к длине выемочного столба 10 характеризует удельный объем буренияВ, т.е. трудоемкость буровых работ при дегазации пласта, а отношение суммарной эффективной длины скважин к длине выемочного столба Вэ харак теризует при фиксированных фильтрационных свойствах пласта эффективность работпо дегазации. Следовательно, для достижения заданной эффективности дегазации необходимо 20 обеспечить определенное значение ВТаким образом, при фиксированных горно-геологических условиях способ дегазации пласта характеризуется двумя величинами:25 1,Вст1 эрВ = 11 ст 30где 1,ст.Э Отношение суммарной длины скважинк их суммарной эффективной длине, характеризующее необходимость выполнения дополнительного объема буровых работ из-за переваливания 40скважин, называют коэфФициентом трудо емкости способа дегаэации 1,Кт 45 и ВК Длина скважин, параллельных забою, 50 равна высоте обуриваемой части выемочного столба, а длину скважин, развернутых на забой 1, определяют по фор- муле 1 - ехр (-И)К-й Гт 55забою лавы пластовыми скважинами или скважинами, развернутыми на забой.Показатель В , характеризуемый отношение суммарной эффективной длины скважин 1. к длине выемочного столба Ь по требуемому съему газа с 1 т угля находят из выражения А Ь )1. шх(где Ь - длина лавы, м;ш - мощность пласта, м;х - требуемый съем газа с 1 тАуглям /т- объемный вес угля, т/мсуммарный съем газа в расчете на единицу эффективнойдлины скважины, м /м.3Определяют значение произведения вероятности переваливания единицы длины скважины на высоту обуриваемой части выемочного столба (Ь) и по табл.2 находят значение коэффициента трудоемкости способа Кт при принятом из технологических соображений угле разворота (у скважин (фиг.1). Значения коэффициента Кг даны на пересечении строк и столбцов (табл.2).Задают значение коэффициента и/пъ 17; определяющего отношение расстояний между устьями скважин 1 (фиг,1), параллельных очистному забою, и устьями скважин, развернутых на забой (рекомендуется принимать из удобства размещения буровых станков в выработке и обеспечения равномерности сетки скважин п=1).Определяют расстояние между скважинами, параллельными забою,1яп(р + -пКю(6)КтВ адлер и между скважинами, развернутыми наз абой,Исследования показывают, что переваливание скважины на всех ее участсуммарная длина скважин, м;длина выемочного столба, мсуммарная эффективная длина скважин, м. В с посо бе де газ ации, принятом з апрототип, коэффициент К определяюттпо формуле где- вероятность переваливанияединицы длины скважины,1/м;1 - длина скважины, м.5 1439Для современных условий отработкипластов величина К может достигатьт1,5-8,Скважины 1 (фиг.1) служат источниками роста вертикальных трещин, перекрестные скважины 2 - источникомсвязи пересекающихся трещин. В связис этим в предлагаемом способе переваливание скважины не обязательно приводит к уменьшению ее эффективной длины. На иг.2 представлены возможныеслучаи переваливания скважин. Переваливание скважины 2 в пункте Я неприводит к снижению эфективной длины скважины, так как расположенныйза местом переваливания участок скважины 2 не теряет аэродинамическойсвязи с дегаэационным газопроводом 3благодаря аэродинамической связи, отсеченной от устья части скважины 2 сперекрестными к ней скважинами 1,Уменьшение эфФективной длины возможно только при переваливании всехотрезков скважин в окрестности точки 25пересечения их проекций (фиг,2, перевалены все отрезки скважин, перекрещивающиеся в окрестности точки О)и при переваливании одного отрезкаскважины в двух местах (отрезок скваживы ММ фиг.2, потерял азродинами"ческую связь с газопроводом 3 и эффективная длина скважины 1 уменьшилась иа величину отрезка И,М,)Расчеты показывают, что реализация первого иэ указанных двух случаевкрайне маловероятна и возможностьуменьшения эективной дпины скважинза счет переваливания всех отрезковскважин в окрестности точки пересечения их проекций можно не приниматьво внимание. Поэтому уменьшение эфФективной длины скважин при их перекрестном расположении происходит засчет переваливания отрезков скважин4 Бв двух местах. Поскольку вероятностьпереваливания отрезка скважины вдвух местах довольно мапа, то предлагаемый способ дегазации обеспечиваетравную с известным суммарную эффектив ную длину скважин при значительно ,меньшем объеме буровых работ.Вероятность переваливания скважин1растет с их длиной. Поэтому степеньдегазации пласта уменьшается по мереудаления от выработки, из которой выполнялось бурение, Так как в предлагаемом способе дегазации вероятностьпотери отрезкам скважины аэродинами 2 ббческой связи с газопроводом не зависит от местоположения отрезка, то обеспечивается примерно одинаковая степень дегазации всей обуренной части пласта. Кроме того, даже те участки пласта, которые расположены вблизи нефункционирующего отрезка скважины, эффективно дегазируются двумя скважинами, перекрещивающимися с этим отревком. Таким образом, способ дает воэможность повысить эффективность дегазации.В зоне опорного давления впереди забоя лавы вследствие превьппения напряжений сжатия прочности угля происхо. дит трещинообразование. Особенно интенсивно оно идет вдоль параллельных забою скважин, поскольку разрушенные стенки этих скважин сами являются зародышами трещин, а также вследствие возможности смещения и разгрузки массива в полость скважины, Это вызывает рост газовыделения в скважину и приво дит к развитию трещин вблизи устья скважины, нарушению герметизации и неэективному использованию подводимо" го к устью скважины вакуума. В связи с указанным способ предусматривает отключение параллельных забою скважин при образовании трещин вдоль них в зоне опорного давления и отсос газа из этих скважин и трещин через развернутые на забой лавы скважины.Образованные трещины являются транспортными каналами, с которыми соединены скважины, развернутые на очист-. ной забой, благодаря чему обеспечивается эффективная передовая дегаза-. ция пласта, снижаются потери вакуума,Образование трещины вдоль параллельной забою скважины надежно фиксируется по росту газовыделения в скважину, Исследования показывают, что обычно рост газовыделения в скважину начинается на расстоянии 10-15 м впереди забоя лавы, а на пластах с труднообрушаемыми кровлями расстояние может увеличиваться до 20-25 м.После резкого всплеска газовыделения в зоне отжима отмечается быстрое падение количества каптируемого скважиной метана вследствие нарушения ее герметизации, нарастания подсосов воздуха в дегаэационную сеть у устья скважины и снижения эффективности влияния вакуума на удаленные от устья участки скважины.Подведение вакуума к указанным удален14 39266 8при подходе зоны отжима к месту пересечения скважиной границы зоны разгрузки пласта подготовительиой выработкой,На фиг,3 показаны положения забоев 4 и 4 в моменты отключения отгазопровода 3 соответственно скважины 1 и 2. Скважины 1, параллельные 10 забою лавы, отключают их от газопровода при образовании трещин вдоль па"раллельных забою скважин в зоне опорного давления (положение забоя лавы4), а скважины 2, проведенные с раз воротом, отключают в момент подхода зоны отжима (положение забоя лавы 4 ) к месту пересечения скважинойграницы зоны разгрузки пласта подготовительной выработкой. Ширина зоны 20 отжима обозначена буквой у и измеряется от линии забоя лавы до границы зоны 5 отжима, Ширина зоны разгруз.ки пласта подготовительной выработ -кой, из которых пробурены скважины 25 1 и 2, обозначена буквой у и измеряется от стенки выработки до границы зоны 6 разгрузки. ным участкам скважин, параллельных забою через развернутые на забой скважины, позволяет исключить отрицательные последствия образования трещин вблизи устьев параллельных забою скважин в зоне опорного давления,В скважину 1 (фиг.1 и 3), пробуренную параллельно очистному забою, благодаря ее аэродинамической связи со скважинами 2, развернутыми на забой, интенсивно мигрирует метан из призабойной части пласта. За счет этого концентрация метана в смеси, каптируемой скважиной, остается достаточно высокой вплоть до момента разрушения ее устья в зоне опорного давления, Следовательно, скважину, параллельную забою, можно отключать от дегазационного газопровода тогда, когда расстояние от нее до очистного забоя станет равным ширине зоны отжима,Концентрация метана в смеси, каптируемой скважиной, развернутой на забой, резко падает в тот момент, когда вся скважина оказывается в зоне, разгруженной от горного давления очистной н подготовительной выработками. Трещиноватость этих зон максимальна, а газоопасность мала, чем и объясняется падение концентрации метана в смеси и полезность отключения скважины от газопровода Коэффициент Кт, равный отношению З 0 объема бурения к эффективной длинескважин, в предлагаемом способе дегаэации (фиг,1) является решениемуравнения 1я 1 пц + -ихр ("%Ь ----- )КгВ созеи1яи + -иЬ ------ )1япЧ + - 2 К.созе яиЧь и1-ехр(-ЯЬ - -т- --- - ЪЬ . 1 К ядпусояуя 1 пц + -ти Лскважин по оыработки,тояний и - отношение устьями с де - угол раэ орот оси ношениюград;Ь - высотамочного ин, пробуренных на очистной заянию между сквалельными очистн) в аж с разворотом бой, к расстожинами, парал ыемои ча уривтолбть м,ереваливания скважины 1/м вероят ому забо иЬЯ,ФЮд К В3 а расстояние между устьями скважин,развернутых на очистной эабой 1 поформулеКЬВп,н В - отношение суммарной эффективной длины скважин к длине выемочного столба, определяемоеисходя из необходимой эффек 5тивности дегаэации (Вэ= 1 жрВсидРешение этого уравнения для определения коэффициента трудоемкости способа дегазации Кг выполнено численным 10методом на ЭВМ.Анализ результатов показывает,что минимальные значения К соответствуют значениям и, большим или рав-.ным единице, однако зависимость Кг 15от и весьма слабая. Поэтому значенияи целесообразно принимать равными единице, что обеспечивает одновременносо снижением объема бурения повышение равномерности сетки скважин, Выбор и=1 является не обязательным,но желательным, целесообразно выбирать и целым, чтобы с одной уста"новки бурового станка можно буритьскважины 1 и 2. 25Зависимость коэффициента Кт отугла разворота скважин по отношениюк оси выработки, так же как и от про.изведежя вероятности переваливанияединицы длины скважины и высоты обу- З 0риваемой зоны выемочного столба,приведена в табл.2 (значения коэффициентов К даны на пересечении строки столбцов таблицы).С уменьшением угла разворота сква" З 5живы значение коэффициента убывает,зависимость К от 1 является достаточно слабой и угол разворота можнопринимать исходя из технических возможностей. Наиболее рациональные углы 40разворота находятся в пределах 45-6;при углах разворота меньших 45длина скважин увеличивается настолько, что бурение их в ряде случаев,становится затруднительным, а при 45углах больших 65 , коэффициент К начинает заметно возрастать,Расстояние между устьями скважин,параллельных забою, определяют поформуле 50 Значения вероятности переваливания единицы длины скважины, необходимые для определения параметров дегазации, устанавливают по результатам определения эффективной дегазирую. щей массив длине скважин, пробуренных на участках с горно-геологическими условиями, близкими к горно-геологическим условиям участков, дегазируемых по предлагаемому способу.Эффективную дегазирующую массив длину скважин устанавливают либо выполняя промеры длин скважин, либо сопоставляя средние и максимальные значения газовыделения из скважины. Кроме того, вероятность переваливания единицы длины скважины можно оп" ределить по замерам дебита из двух групп скважины разной длины (последние два метода южно использовать, если замеры производят на участках, дегазнруемых известными способами).Значения В определяют по величинам объема метана в расчете на единицу эффективной длины скважины.Отключение от газопровода скважин, развернутых на забой, производится при подходе забоя к месту пересечения скважиной границы эоны разгрузки пласта выработкой. Соответствующее этому расстояние от забоя до устья скважины определяется из выраженияУ = Уо + Усцд= 21,5 м.Формула изобретения1. Способ дегазации угольного пласта, включающий проведение группы скважин, параллельных. очистному забою, и группы скважин, ориентированных под углом к забою и перекрещивающихся с группой параллельных забою скважин, подключение скважин к дегаэационному трубопроводу и отсос газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности дегазации угольного пласта эа счет предотвращения снижения эффективной длины скважин при их переваливании,;. перед проведением скважин определяют эффективную дегазирующую массив длину скважины, вероятность переваливания единицы длины скважины и показатель, характеризующий величину съема метана в расчете на единицу эффективной длины скважины, и с уче том указанных параметров определяют1439266 12чете на единицу эффективЭной длины скважиным /меК - коэффициент трудоемкостьюспособа дегазации,- угол наклона скважин к .забою;и ъ 1 " коэффициент, определяющийотношение расстояний между 0 устьями параллельных забоюскважин и скважин, ориентированных под углом к забоюэпри этом расстояние К между устьямискважин, ориентированных под углом к 5 очистному забою, определяют из выраже- ния 18 ДПЧ+иВШЕФЖШ Ф )К,в 8).п у Кн= и Кп.. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в процессе отра" 20 ботки пласта столбами скважины, параллельные очистному забою отключают от дегаэационного трубопровода при подходе к ним эоны отжима, а скважины, ориентированные под углом к забою 25 отключают от дегаэационного трубопровода в момент подхода зоны отжима к месту пересечения скважинами этой группы границ 4 зоны разгрузки пласта подготовительной выработкой. Таблица Зиачеиие иероятиости при параметре 2 0,3 0,4 0,5 О,б 0,7 0,8 0,9 0,95 50 0,20 О 099 0064 О 0450032 0,004 0,002 0,004 0,002 0,003 0,001 0,002 0,001 0,023 0,019 0,009 0,008 0,007 0,005 0,005 0,004 0,071 0,046 0,032 0,023 0,016 7 О О,14 90, 011 100 0,0 0,056 0,036, 0,025 0,018 0,013 0,032 о,оог 0,00 0,050 0,022 0,016 0,01 0,009 0,002 0 009 0,002 0,007 0,001 0,0006 0,001 0,0005 0,001 0,0005 о,ооз 0,016 0,01 0,008 140 0,071 0,035 0,023 0,007 0,006 0,006 0,005 0,003 0,003 180 0,056 200 0,050 250 0,040 0,028 0,025 О,О 18 О,О 3 О,О 09 0,004 0,002 0,0160,001 0008 0,020 0,014 0009 0,006 о,оог о,ооо 9 о,ооо 4 о,ооз 300 0,033 0,017 0,011 0,007 0,005 0,004 0,003 0,0007 0,003 0,002 расстояние между устьями группы скважин, параллельных очистному забою,из следующего математического выражения где К - расстояние между устьямискважин, параллельныхочистному забою, м;Ь - высота обуриваемой частивыемочного столба, м;В - безразмерный показатель,эхарактеризующий величинусъема метана в расчетена единицу эффективной длины скважины, определяемыйиз выражения Ь 4 ш ХА 1Чцгде Ь - длина лавы, м;ш - мощность пласта, м;хд - требуемый съем газа с 1 тугля, м/т;- обьемный вес угля, т(м ;- суммарный съем газа в рас- й 60 0,17 , 0,083 0,053 0,037 О 027 120 0,083 0,042 0,027 0,019 0,013 60 0,063 0,031 0,020 0,014 0,00 0015.0,03 О,О 11 0,008 О,ОО 80,006 0,005 0,005 0,004