Способ дегазации газоносных и пожароопасных пластов

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 964 А 1 17 9) .Яи 3. 7/ 5 Е САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела(56) Авторское свидетельство СССР М 853113, кл. Е 21 020/00, 1979,Руководство по дегазации угольных шахт, М;: Недра, 1975, с. 132-167.(54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ГАЗОНОСНЫХ И ПОЖАРООПАСНЫХ ПЛАСТОВ Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации выбросоопасных и газоносных пластов, в том числе и склонных к самовозгоранию.Известен способ дегазации угленосной толщи скважинами, пробуренными с поверхности, включающий бурение скважин с земной поверхности, цементацию устья; обсадку стальными трубами,Основным недостатком способа является высокий уровень трудовых и материальных затрат на обсадку скважин стальными трубами и цементацию затрубного пространства, за счет чего достигается эффективность дегазации. Необходимо заметить, что стальные обсадные трубы в абсолютном большинстве случаев оказываются потерянными, а отклонение забоя скважин от проектных значений достигает 50-80 м, что также снижает эффективность дегазации. Способ изложен, например, во "Временной инструкции по выбору параметров схемы(57) Использование: дегазация газоносных угольных пластов. Сущность изобретения: из горных выработок бурят в два этапа скважины. На первом этапе бурение осуществляют на глубину не меньше семикратной ширины выработки. Герметизируют скважину и нагнетают в нее гелеобразующий состав из жидкого стекла и хлористого аммония, Объем гелеобразующего состава определяют иэ соотношения: Ч=0,44 л У Ь Щ где Ь - ширина выработки, м; б - диаметр скважины, м; ЧЧ - максимальная гигроскопическая влажность пород и массива, 0, После коагуляции состава скважину добуривают до проектной длины,дегазации скважинами с земной поверхности при отработке пологих угольных пластов в Карагандинском бассейне", Алма-Ата, ИГД АН Каз.ССР, 26 с.Известен способ дегазации газоносных угольных пластов скважинами из подземных выработок, включающий бурение дегазационных скважин, герметизацию их механическими герметизаторами, подключение к вакуумному газопроводу и извлечение таким образом метана (см. "Руководство по дегазации угольных пластов", М., Недра, 1975, с;132 - 167),Способ принят за прототип.Способ недостаточно эффективен вследствии потерь депрессии, из-за притечек воздуха и низкой концентрации метана в газовой смеси.Цель изобретения - повышение эффективности дегазации и безопасности за счет снижения потерь депрессии, исключения притечек воздуха через пожароопасный10 15 20 пласт и увеличение объемов концентрации метана в газовой смеси,Указанная цель достигается тем, что скважину бурят в два этапа, причем на первом этапе бурение осуществляют на глубину. не меньше семикратной ширины выработки, определяют максимальную гигроскопическую влажность угля и пород массива, герметизируют скважину и нагнетают в нее гелеобразующий состав из жидкого стекла и хлористого аммония в объеме, который определяют из соотношения: Ч=0,44 лб Ь И/, где Ь - ширина выработки, м; б- диаметр скважины; 9/ - максимальная гигроскопическая влажность угля и пород массива, ф 6, а после коагуляции состава скважину добуривают до проектной длины.На фиг.1 и 2 изображена схема осуществления способа,Из подготовительной выработки 1 сечением 9 - 12 м на угольный пласт 2 бурят каким-либо известным станком, например СБГМ, дегазационные скважины 3. Когда забой скважины удаляется от стенки выработки на расстояние 7 Ь, где Ь - ширина выработки, обычно 3 - 5 м, т.е, 21 - 25 м, бурение приостанавливают и определяют максимальную гигроскопическую влажность В/, Для этого набирают в металлические или стеклянные бюксы 3 - 6 проб по 10 г крупностью 0,25 мм, Пробы угля полностью высушивают при 140 - 150 С. Затем их одновременно при открытых крышках помещают в один эксикатор с 10 О-ным раствором соляной кислоты и закрывают его. В закрытом эксикаторе относительная влажность 95 - 98 о,. Через 5 - 6 ч бюксы вынимают и взвешивают. По разности масс высушенных и насыщенных влагой проб определяют максимальную влажность как среднее из нескольких проб, Затем определяют объем закачки гелеобразующего состава по формуле Ч=0,44 йСУ Ь ЧЧ, м и начинают назгнетать его.В скважину вводят обсадную трубу, герметизируют ее с помощью герметизаторов, например ГВили ГАС, и нагнетают в затрубное пространство гелеобразующие составы, которые заполняют мелкие фильтрующие каналы 4 и даже ничтожно малые трещины, макропоры и субмакропоры 4. Гелеобразующие составы образуют в процессе смешивания жидкое стекло, сульфат аммония (хлористый аммоний) или бикарбонат натрия и воду, Время коагуляции и геле- образующего состава может изменяться в широких пределах и регулируется соотношением и концентрацией в ней реагентов,25 30 35 40 45 50 55 Нагнетание осуществляют до закачки, гелеобразующего состава в объемах, предусмотренных вышеприведенной формулой. После этого прекращают нагнетание, демонтируют герметизаторы и состав обсадных труб и продолжают бурение скважины до проектного положения. Затем герметизируют ее механическим герметизатором 5, например типа МГ, и подключают к вакуумному трубопроводу 6, Существен ность отличительных признаков основана прежде всего на следующих геомеханических положениях и технологических операциях, которые в отдельности известны и осуществимы,Необходимость герметизации стенок скважины обусловлена тем, что существую щие механические герметизаторы герметизируют скважину внутри зоны трещиноватости, образующейся вокруг выработки, Это приводит к притечкам воздуха в дегазационную вакуумную сеть из выработки. Так, например, герметизацию герметизатором МГ осуществляют на глубину 6 м,средняя эффективность загерметизированных таким образом скважин в Карагандинском бассейне 15 о и менее,Объем закачки гелеобразующих составов определяют следующим образом. Приэтом объем скважины не вычитают, т, к. иначе невозможно осуществить равномернуюзакачку по длине скважины.Ч=Чцил,пор х Югде Чцил.пор. - объем пород упруго-пластической зоны длиной 7 ЬЧ=РЬ и (2,5 Д)2 И,где ЧЧ - максимальная гигроскопическаявлажность, характеризующая величину субмакро- и макропор и трещин, Ю 4 О длягазоносных выбросоопасных пластов (см.Акиньшин Б.Т. "Методические указания попрогнозированию динамических явленийна угольных пластах по их фазово-физическим свойствам, Л.: 1981, с.5-7 прилож. 2или "Инструкцию по безопасному ведениюгорных работ на шахтах, разрабатывающихпласты, склонные к горным ударам, Л,; 1988,с.41)Ч= 43,75 с 3Ь л (И/=100)= 0,44 ххб Ь Я 3,14 =1,4 б Ь й/Способ. поясняется примером из практики работы шахты "Абайсеая" ПО "Карагандауголь".При дегазации пласта Кп скважины бурили диаметром 100 мм станком СГБм изоткаточного штрека сечением 12 м, шири 2ной 5 м.Достигнув удаления от стенки выработки на 35 м бурение прекратили, став штангзагерметизировали герметизатором ГВиРедактор Т, Федотов Тех Корректор Д. Сычев Заказ 1564 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ри ГКНТ ССС оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 вместо промывочной жидкости по ставу полых штанг стали нагнетать смесь жидкого стекла с сульфатом аммония в качестве гелеообразующего состава. Нагнетание осуществляли насосом 1 в 20/10 - 16/10 из смесительных блоков 0,7-1 м, Перед этимзотобрали образцы угля просеяли их через сито с ячейкой 0,25 мм, шесть образцов поместили в стеклянные бюксы. Взвесили таким образом, чтобы масса в каждой баксе составила 10 г. Затем пробы высушили при 140 С, снова взвесили и поместили в эксикатор с 100-ным раствором соляной кислоты. Максимальную гигроскопическую влажность определили какЧЧсух.средн.=9,8 + 9,7 + 9,8 + 9,5 + 9,7 + 9,9 ЧЧнас. вл.= 10,1 + 10,0 + 10,2 +10,1 +10,3 + 10,2 6=10,15 г,из чегоЧЧ=ЧЧнас.вл. - ЧЧсух,=10,15 - 9,73=0,42,т,е. ЧЧ=0,42:10=4,2 из чего объем закачки гелеобразующего состава составилЧ=й х 0,44 х 0,01 х 5 х 4,2=0,09 м х К=О,З мОбъем закачки составил О,З м, послечего герметизатор сняли и продолжили бурение скважин до проектной длины 150 м.Затем скважину загерметизировали механическим герметизатором М Ги подключили к дегазационному вакуумномугазопроводу. После подключения скважины к вакуумному газопроводу концентрация метанаувеличилась с 27 с 720/в, что позволило каап-.тированный метан использовать в шахтной5 котельной, а увеличение расходов составило 10.Формула изобретенияСпособ дегазации газоносных и пожароопасных пластов, включающий бурение10 дегазационных скважин из горных выработок на источник метановыделения, герметизацию скважин механическимигерметизаторами, подключение к вакуумному газопроводу и извлечение газа, о т л и 15 ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияэффективности дегазации и безопасностиза счет снижения потерь депресии, исключения притечек воздуха через пожароопасный пласт и увеличения объемов и20 концентрации метана в газовой смеси, скважину бурят в два этапа, причем на первомэтапе бурение осуществляют на глубину неменьше семикратной ширины выработки,определяют максимальную гигроскопиче 25 скую влажность угля и пород массива, герметизируют скважину и нагнетают в неегелеобразующий состав из жидкого стеклаи хлористого аммония в объеме, которыйопределяют из соотношения:30 Ч=0,44 л б 2Ь ЧЧ,где Ь - ширина выработки, м; б - диаметрскважины, м; ЧЧ - максимальная гигроскопическая влажность угля и пород массива, а после коагуляции состава скважину добуривают до проектной длины.