Способ дегазации пластов-спутников

)5 Е 21 Е 7/00 КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯПРИ ГКНТ СССР ОБРЕТЕН И ИЕ ОПИ Изобретение и может быть ис пластов-спутник при отработке угольных пласто ме подготовки выЦелью изобр ние эффективнос ников путем увеличен скважин при интенс срока эксплуатаци 1 кации газовыдел ена схема располого угольного пласта им в горном массиз: на фиг,2 - разрез разрез Б-Б нафиг.1; К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Государственный научно-исследовательский, проектно-конструкторский ипроектный угольный институт с экспериментальным заводом "Печерниипроект"(56) Руководство по дегазации угольныхшахт, ИГД им, А,А.Скочинского, - Люберцы,1985,Гэйбович Ф,М,. Дианов Г,МДубов Г.П.и др. Дегазация на шахтах Ленинского иБеловского районов Кузбасса, Обзор, М.:ЦНИЭИуголь, 1988, с.29-31.(57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для дегазации пластов- спутников (ПС) и сближенных пластов при отработке свиты пологонаклонных пластов при бесцеликовой системе подготовки выемочных столбов. Цель - повышение эффективности дегазации ПС путем увеличения срока эксплуатации скважин при интенсификации газовыделения. Первую часть дегаотносится к горному делу пользовано для дегазации ов и сближенных пластов свиты пологонаклонных в при бесцеликовой систеемочных столбов.етения является повышети дегазации пластов-спутзационной скважины ДС бурят в ПС впереди очистного забоя из выработки смежного выемочного столба до границы сдвижения пород кровли выемочного столба, Вторую часть ДС проводят по ПС до границы обрушения пород кровли. Переход иэ первой части ДС во вторую ее часть осуществляют предварительным выполнением зародышевой трещины из забоя первой части ДС с последующим вымыванием полости второй части ДС, Вымывание полости осуществляют, подавая жидкости по высоконапорному трубопроводу (ТП). При этом периодически подключают к ДС дегаэационный ТП для удаления штыба, жидкости и газа. После создания полости до подхода очистного забоя производят гидроразры в углепородного массива и нагнетание в ДС расклинивающего материала, Каптаж метана осуществляют по дегаэационному ТП. После прохода очистным забоем створа ДС производят повторный гидроразрыв и продолжают каптаж метана из выработанного пространства. При расположении ПС в почве разрабатываемого пласта одну часть ДС бурят в целике до границы разгрузки пород почвы, а другую часть ДС выполняют по ПС до границы разгрузки пород почвы разрабатываемого столба. 1 з,п. ф-лы, 12 ил. ия.На фиг.1 предстанл жения раэрабатываемопласта-спутника над н е, вертикальный раэре - А на фиг.1; на фи 3н н Фиг. 12 оставитель И. Федяехред М.Моргентал Редактор М, Янкович Те Корректор Т, Палий аказ 4062 р ж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ГКНТ СССР 1 вено издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,П 1-7 ууу;Б.22. 47 11 - 11 1 Г 11 И1 11 И Н Н Н Н е43445510 15 20 спутником 1 25 30 35 40 45 50 55 на фиг.4 - . разрез В-В на фиг,1; на фиг.5 - размещение в скважине бурового состава со щелеобразователем в момент нареэания зародышевой щели; на фиг,б - размещение в скважине оборудования для гидрораэрыва пород после нарезки зародышевой щели; на фиг.7 - схема размещения технологического оборудования в выемочном штреке для производства гидроразрыва и отсос газа; на фиг,8 - разрез Г-Г на фиг.7; на фиг,9 - представлена схема совместного расположения пластов-спутников над и под разрабатываемым угольным пластом в горном массиве; на фиг,10 - разрез Д - Д на фиг,9; на фиг,11 - разрез Е - Е на фиг.9; на фиг.12 - разрез Ж - Ж на фиг.9.Пласт-спутник 1 дегазируют в процессе подвигания очистного забоя 2 между конвейерным штреком 3 и вентиляционным штреком 4, пройденными по разрабатываемому угольному пласту 5 и образующими выемочный столб б, Смежный выемочный столб 7 оконтуривают штреком 8 (фиг,1 и 2),Над угольным пластом 5 впереди очистного забоя 2 расположена зона 9 геостатических напряжений, зона 10 опорного горного давления, а над подрабатываемым пластом-спутником 1 - зона 11 влияния опорного горного давления от отрабатываемого выемочного столба 6, Позади очистного забоя 2 в породах почвы 12 угольного пласта 5 расположена зона 13 разгрузки, а в породах кровли 14 - зона 15 обрушения, зона 16 трещин и эона 17 изгиба пород кровли. За зоной 13 разгрузки расположена зона 18 возрастания давления с переходом в зону 19 восстановленных напряжений.На чертежах обозначены первая часть 20 скважины, пробуренная из штрека 8 смежного выемочного столба 7 в сторону восстания пласта 5, граница 21 сдвижения пород кровли 14 отрабатываемого выемочного столба б со смежным выемочным столбом 7, зона 22 перехода, расположенная на контакте 23 пород кровли 14 с пластом-спутником 1 и одновременно на границе 21 сдвижения пород кровли 14 отрабатываемого выемочного столба б, вторая часть 24 скважины, расположенная на контакте 23 пород кровли 14 с пластом-спутником 1, буровой став 25, щелеобразователь 26, зародышевая трещина 27, пакер 28 с набором уплотнительных колец 29, высоконапорный трубопровод 30, устье 31 первой части 20 скважины, высоконапорный насос 32, емкость 33 с расклинивающим материалом, смеитель 34, запорный вентиль 35 высоко- напорного трубопровода 30, дегазационный трубопровод 36, шламоотделитель 37, водоотделитель 38, запорный вентиль 39 дегаэационного трубопровода 36, ниэконапорный трубопровод 40, манометр 41, граница 42 обрушения пород кровли 14, разделяющая отрабатываемый выемочный столб 6 и ранее отработанный.выемочный столб 43, трещины 44 расслоений вокруг первой части 20 скважины, зона 45 повышенной трещиноватости и выработанное пространство 46 выемочного столба 6.Способ осуществляют следующим образом.Впереди очистного забоя 2 вне зоны 10 опорного горного давления в породы кровли 14 бурят первую часть 20 скважины иэ штрека 8 смежного выемочного столба 7 в сторону восстания угольного пласта 5 до границы 21 сдвижения пород кровли 14 выемочного столба 6. Забой первой части 20 скважины располагают на этой границе, т,е. в целикв и до контакта 23 пород кровли 14 с пластомЗатем приступают к выполнению второй части 24 скважины. Для этого в первую часть 20 скважины вводят буровой став 25 со щелеобразователем 26, с помощью которых из забоя первой части 20 скважины нарезают зародышевую трещину 27 в сторону восстания угольного пласта 5 на контакте 23 с пластом-спутником 1, После нарезки зародышевой трещины 27 буровой став 25 со щелеобраэователем 26 извлекают иэ первой части 20 скважины. Ниже зародышевой трещины 27 в первой части 20 скважины устанавливают пакер 28 с набором уплотнительных колец 29. чреез которые пропускают высоконапорный трубопровод 30.Устье 31 первой части 20 скважины обсаживают, цементируют и подсоединяют к нему высоконапорный трубопровод 30 с высоконапорным насосом 32, емкостью 33 с расклинивающим материалом, смесителем 34 и дегазационный трубопровод 36 со шламоотделителем 37 и водоотделителем 38.Вторую часть 24 скважины выполняют иэ зародышевой трещины 27 вымыванием полости в пласте-спутнике 1 путем подачи жидкости под высоким давлением и быстрым ее сбросом, Полость второй части 24 скважины создают направленно из зоны 22 перехода, т.е. по напластованию на контакте 23 пород кровли 14 с пластом-спутником 1, ориентируя ее параллельно основной системе эндокливажа горного массива до границы 42 обрушения пород кровли 14. Резкий сброс рабочей жидкости сопровождается интенсивным выносом угольного штыба пласта-спутника 1 по первой части 20 скважины и далее по дегазационному трубопроводуу 36 в шламоотделитель 37 и водоотделитель 38 с образованием вымытойполости, Неоднократно повышая и резко сбрасывая давление производится дальнейшее вымывание полости, в результате чего образуется вторая часть 24 скважины, Нагнетание и сброс рабочей жидкости 5 производится открытием и закрытием запорного вентиля 35 высоконапорного трубопровода 30, при этом запорный вентиль 39 дегазационного трубопровода 36 находится в закрытом положении, По окончании 1 О циклов нагнетания и сброса путем открытия запорного вентиля 39.подключается дегазационный трубопровод 36, по которому производится удаление штыба, воды и каптаж газа, 15Так как после сброса жидкости под действием горного давления происходит смыкание вымытой полости, то для сохранения ее раскрытости и создания трещин 44 расслоений производят гидроразрыв углепо родного массива.Гидроразрыв углепородного массива производят по мере подвигания очистного забоя 2 к первой части 20 скважины и осуществляют его между границей 21 25 сдвижения и противоположной ей границей 42 обрушения пород кровли 14 над выемочным столбом 6Гидроразрыв углепородного массива производят при открытом запорном венти ле 35 высоконапорного трубопровода 30 и закрытом на дегаэационном трубопроводе 36 запорного вентиля 39, который препятствует попаданию рабочей жидкости при нагнетании в дегазационный трубопровод 36. 35Гидроразрыв углепородного массива с образованием трещин 44 расслоений сопровождается повышенным газовыделением из пласта-спутника 1. В момент поступления газа в первую часть 20 скважи ны последнюю подключают к дегазационному трубопроводу 36, открыв эапорный вентиль 39 для каптажа газа из заполненных газом трещин 44 расслоений и полости второй части 24 скважины, При отсосе газа 45 запорный вентиль 35 высоконапорного трубопровода 30 перекрыт. При очередном резком сбросе рабочей жидкости и газа, поступающих иэ полостей, происходит дальнейшее вымывание с помощью рабочей 50 жидкости углепородного шлама из трещин 44 расслоений и полости второй части 24 скважины. Углепородный шлам транспортируется по дегазационному трубопроводу 36 в шламоотделитель 37, а рабочая жидкость 55 - соответственно в водоотделитель 38, газ транспортируется далее по трубопроводу,ПО мере засорения шламоотделителя 37 его периодически очищают от шлама, а рабочую жидкость с водоотделителя 38 сбрасывают в водосточную канавку. Порядок открытия и закрытия запорных вентилей 35 и 39 аналогичен выше описанному.По мере подвигания очистного забоя 2, когда полость второй части 24 скважины оказывается в зоне 10 опорного горного давления, в нее нагнетают расклинивающий материал, который препятствует закрытию (смыканию) полости второй части 24 скважины. Расклинивающий материал подают в скважину по высоконапорному трубопроводу 30 посредством высоконапорного насоса 32 с емкости 33 через смеситель 34. Нагнетание расклинивающего материала производят по известной технологии гидроразрыва угольных пластов; .предварительно перекрыв запорный вентиль 39 дегазационного трубопровода 36.После крепления трещин и полости расклинивающим материалом переключение скважины на каптаж газа производится закрытием запорного вентиля 35 высоконапорного трубопровода 30 и открытием запорного вентиля 39 дегазационного трубопровода 36. Каптаж выделяющегося газа продолжают вести и после прохода очистным забоем 2 створа второй части 24 скважины, т.е. когда ее вторая часть 24 остается в выработанном пространстве 46 выемочного столба 6.По мере дальнейшего подвигания очистного забоя 2 интенсивность газовыделения иэ второй части 24 скважины в зонах разгрузки 13 и возрастающих напряжений 18 снижается, что обусловлено уплотнением пород кровли 14 и снижением их газопроницаемости. В зоне 19 восстановленных напряжений интенсивность газовыделения снижается до уровня газовыделения пород,. имеющего место при естественном состоянии массива. Поэтому для увеличения газовыделения эа зоной 13 разгрузки производят повторный гидроразрыв вмещающих пород кровли 14 второй части 24 скважины по ширине отрабатываемого выемочного столба 6 между границами сдвижения 21 и обрушения 42 пород кровли 14. Повторный гидроразрыв производят с помощью высоконапорного насоса 32 по высоконапорному трубопроводу 30, предварительно закрыв эапорный вентиль 39 дегазационного трубопровода Зб и открыв запорный вентиль 35 высоконапорного трубопровода 30.В результате повторного гидрораэрыва в районе забоя второй части 24 скважины в породах кровли 14 образуются зоны 45 поВышенной трещиноватости, Повторный Гид рораэрыв интенсифицирует процесс газовыделения не только пласта-спутника 1, 1693264но и выработанного пространства 46 выемочного столба 6 за счет повторного раскрытия трещин 44 расслоений и сообщения зон 45 повышенной трещиноватости с системами трещин 16 и 17 пород кровли 14 в районе границы 21 сдвижения ниже пласта - спутника 1. Это позволяет поддерживать интенсивность газовыделения на высоком уровне до конца отработки выемочного столба 6.Повторный гидроразрыв производят до тех пор, пока не произойдет резкое устойчивое падение давления рабочей жидкости и невозможность поднятия давления до требуемых значений, После повторного гидро- разрыва рабочую жидкость сбрасывают из скважины и производят каптаж газа.Дальнейшие технологические операции по дегазации. пласта-спутника 1 по другим скважинам производят в аналогичном порядке по мере подвигания очистного забоя 2 до границы отработки выемочного стол. ба 6.Бурение первой части 20 скважины производят в целике буровыми станками до границы 21 сдвижения пород кровли 14, В качестве рабочей жидкости при гидроразрыве и вымывании полостей используют воду с добавлением химически активных веществ, а в качестве расклинивающего материала для крепления вторых частей 24 , скважин используют песок. Высоконапорное оборудование (насос, смеситель, емкость с расклинивающим материалом) по мере подвигания очистного забоя переносят с одной скважины на другую. Скважины оборудуют дегезационными устройствами для каптажа газа. Высоконапорный трубопровод заглушают с помощью запорного вентиля.При совместном расположении пластов-спутников над и под разрабатываемым пластом 5, дегаэацию нижнего пласта-спутника 47 производят так же. как и пласта- спутника, 1. Из выработки 8 смежно со столбом 7 впереди очистного забоя 2 вне зоны 10 опорного горного давления в породы почвы 12 бурят первую часть 48 скважины в сторону восстания пласта 5 до границы 49 разгрузки пород почвы 12 выемочного столба 6. Забой 50 первой части 48 скважины располагают на этой границе, т.е, в целике на контакте 51 пород почвы 12 с пластом-спутником 47. Над надрабатываемым пластом-спутником 47 так же, как и над подрабатываемым пластом-спутником 1, располагается эона 52 повышенного горного давления, образующаяся в результате влияния опорного горного давления разра 50 55 В период подготовки смежного выемочного столба 7 из проводимого штрека 8 в породы кровли 14 в сторону отрабатываемого выемочного столба 6 бурят первую часть 20 скважины до границ 21 сдвижения пород кровли 14. Границу 21 сдвижения расчитывают по формуле (70-0,6 а), где а - угол залегания, Согласно расчетам при а = 0 границу 21 сдвижения расчитывают под углом 70 к горизонту батываемого пласта 5 в процессе его отработки,Создание вторых частей 53 скважины,расположенных над надрабатываемым5 пластом-спутником 47 под отрабатываемым выемочным столбом 6, осуществляютописанным способом и с использованиемтого же оборудования.В забое 50 первой части 48 скважины10 посредством щелеобразователя 26 на контакте 51 пород почвы 12 с пластом-спутником 47 нарезают зародышевую трещину,аналогичную зародышевой трещине 27, иэкоторой вымыванием полостей в пласте 15 спутнике 47 создают вторую часть 53 скважины. Дополнительные трещины 54расслоения вокруг забоя 50 первой части 48скважины создают гидроразрывом углепородного массива, осуществляемого между20 границами 49 и 55 разгрузки пород почвы 12под выемочным столбом 6. Повторный гидроразрыв осуществляют в зоне 13 разгрузкис образованием в породах почвы 12 зон 56повышенной трещиноватости, расположен 25 ных выше надрабатываемого пласта-спутника 47 между границами 49 и 55 разгрузкипород почвы 12 выемочного столба 6,Каптаж газа, выделяющегося в процессе вымывания полостей и производства гид 30 роразрыва до и после прохода очистнымзабоем 2 створа второй части 53 скважины,производят аналогично каптажу газа по пласту-спутнику 1. При этом соблюдают все технологические приемы по всем скважинам до35 конца отработки выемочного столба 6,П р и м е р, Проводят дегазацию пластаспутника, залегающего выше разрабатываемого пласта на расстоянии 25 м,Способ подготовки раэрабытываемого40 пласта - погоризонтный, система разработки - длинные столбы по простиранию. Длина лав или ширина выемочных столбов поэтому пласту составляет 250 м. Глубина ведения горных работ 750 м, Прочность пород45 коовли междупластья на сжатие 70 - 90 МПа.Прочность угля пласта-спутника на сжатие10-20 МПа, Внутрипластовое давление газапласта-спутника 4 МПа.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Забой первой части 20 скважины располагают на границе 21 сдвижения пород кровли 14 и одновременно вблизи контакта 23 его с почвой пласта-спутника. Первую часть 20 скважины выполняют серийным буровым станком типа СБГдиаметром снаряда 93 мм,После создания первой части 20 скважины буровой став 25 оснащают щелеобразователем 26 и вводят в скважину для выполнения зародышевой трещины 27, глубина которой должна быть не менее половины диаметра скважины, а длина по оси скважины 0,6-0,7 м. Местоположение зародышевой трещины 27 по длине первой части 20 скважины контролируют по данным геолого-разведочных работ, например, по предварительно пробуренным скважинам с керном.После извлечения из скважины бурового става 25 с щелеобраэователем 26 в скважину вводят пакер 28 с набором уплотнительных колец 29. Пакер 28 устанавливают ниже зародышевой трещины 27 и приступают к выполнению второй части 24 скважины.Вторую часть 24 скважины выполняют вымыванием с использованием гидроимпульсного воздействия на массив путем нагнетания рабочей жидкости через первую часть 20 скважины под давлением, равным геостатическому, и последующим резким сбросом его до уровня гидростатического,Полость второй части 24 скважины образуется следующим процессом, При нагнетании рабочей жидкости в пласт-спутник 1 напряженное состояние угля, обусловленное геостатическим напряжением и внутрипластовым давлением газа, усиливается в результате высоконапорного нагнетания рабочей жидкости, При резком сбросе давления возникает волна разгрузки, которая совместно с запасами энергии газа и упругих деформаций реализуется в разрушении угля. В результате разрушения угля образуется полость и разрушенный уголь под скоростным напором воды и газа выделяется через скважину в виде пульпы,Процесс нагнетания и сброса повторяют многократно пока не образуется вторая часть 24 скважины.Для выполнения второй части 24 скважины используют оборудование и насосы, применяемые при нагнетании жидкости в горный массив.При реализации способа для выполнения второй части 24 скважины, а также для гидроразрыва используют высоконапорные насосы типа 2 УГН с производительностью 94 л/мин и максимальным давлением 40 МПа. В качестве рабочей жидкости применяют воду с добавками ПАВ ДСконцентрации 0,06-0,1 6,Для выполнения второйчасти 24 скважины после установки пакера 28 к зародышевой трещине 27 по высоконапорному трубопроводу 30 подают рабочую жидкость под давлением 19 МПа, после стабилизации его в скважине производят резкий сброс давления до 7,5 МПа и разрушенный уголь в виде пульпы и газа выбрасывается через первую часть 20 скважины.Процесс нагнетания, сброса, удаления пульпы и газа повторяют многократно и заканчивают после стабилизации давления в скважине ниже уровня газового давления в пласте, равного 4 МПа, что означает выход второй части 24 скважины в выработанное пространство 46 ранее отработанного выемочного столба, т.е. она выполнена на полную. длину до границы 42 обрушения пород кровли 14, пространственное положение которой задано углом, равным 53 О. Расстояние между скважинами составляет 80 - 100 м.После создания второй части 24 скважины и сброса жидкости для сохранения раскрытости полости и создания трещин 44 расслоения производят гидроразрыв и нагнетание расклинивающего материала,Давление нагнетания рабочей жидкости при гидроразрыве определяют по фор- муле Р 0,25 Н - Рпл+ с). == 0,25 х 750 - 4,0+2 = 16 МПа,где Рпл - давление газа в пласте, МПа.сто - предел прочности угля на растяжение, МПа;Н - глубина ведения работ, м.В качестве расклинивающего материа-.ла используют кварцевый песок крупностью0,5-1,0 мм.Повторный гидрораэрыв производят помере подвигания очистного забоя 2 к первой части 20 скважины, Необходимость ипериодичность проведения гидроразрывауглепородного массива определяют на основании контроля за газовым давлением иколичеством каптируемого газа из пластаспутника 1 и вмещающих его пород.Формула изобретения1, Способ дегазации пластов-спутников, включающий бурение скважин впередиочистного забоя в зону расположения пласта-спутника, обсадку, цементацию и герметизацию скважин, подключение скважин кдегазационному трубопроводу и отсос газа,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения эффективности дегазации пла1693264 12 14 - и 171 20 А Ф стов-спутников путем увеличения срока эксплуатации скважин при интенсификации газовыделения, часть скважины бу ят в целике из выработки смежного выемочного столба до г анид р ницы сдвижения пород отра батываемого выемочного сто б,л а, а другую часть скважины выполняют вдоль пласта- спутника, по контактам его с почвой, до г арушения пород, разделяющейграотрабатываемый и отработанный ран - 1 емочные столбыанее вы- Ое столбы, при этом переход из одной части скважины и другую осуществляют предварительным выполнением зародышевой трещины щелеобразователем из забоя скважины, пробуренной в целике, затем ще леобраэователь извлекают, подключают этуП часть скважины к ставу, по которому подаютжидкость под высоким давлением и вымывают полость части скважины, расположенной вдоль пласта-спутника. 2.. Способ по п.1, отл и ч а ю щи йся тем, что при расположении пласта-спутника в почве разрабатываемого пласта бурят дополнительную скважину, при этом часть грузки пород почвы, а другую часть скважины проходят в направлении залегания пласта-спутника, причем конец этой частио границе располагают на противоположн й разгрузки пород почвы разрабатываемого выемочного столба.