Способ дегазации высокогазоносного угольного пласта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 12 б 29 А 1 Р 7/00 ОПИС Т И ВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЕ ИЗОБР(71) Московский горный институт (72) А.С.Бурчаков, Ю.С.Гуревич, А.Г.Егоров, В.Ю.Векслер и И.А.Швец(56) Временное руководство по дегазации шахтных полей Карагандинского бассейна сгидравлическим расчленениЕм свит уголь ных пластов. М,: МТИ, 1975, с. 24 - 28.Авторское свидетельство СССР В 968476, кл. Е 21 Р 7/00, 1982. (54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА(57) Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение эффективности извлечения газа из зон гидрообработки пласта. Бурят скважины с дневной поверхности на Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно к угольной, и может быть использовано длядегазации высокогазоносн ых выбросоопас-ных пластов с низкой естественной проницаемостью.Известен способ дегазации угольногопласта, включающий бурение скважины сдневной поверхности на угольный пласт, нагнетание рабочей жидкости в него с темпом,и ревы шающим естественную приемистостьпласта, выдержку рабочей жидкости в пла 1сте в течение трех-шести месяцев, ее откачку и отсос газа из пласта,Этот способ характеризуется тем недостатком, что в нем затруднено извлечение газа из участка пласта, залегающего ниже места вскрытия, вследствие низкой прони-. цаемости пласта. угольный пласт и проводят его гидрообработку, Одновременно с гидрообработкой в почве пласта через один выемочный столб до начала ведения подготовительных работ по пласту проходят полевые выработки, После проведения гидрообработки из полевой выработки бурят в зону гидрообработки серию подземных скважин перпендикулярно оси выработки. Интервал бурения скважин определяют из математического выражения. Соединяют все дегазационные скважины с газоотсасывающими системами и производят отсос газа. Положительный эффект обусловлен большой устойчивостью фильтрующейся части дегазационных скважин, меньшей их общей длиной, исключением прохождения парных выработок по. пласту и проведения противовыбросных мероприятий. 2 ил. Наиболее близким к предлагаемому является способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважины с поверхности на угольный пласт, нагнетаниев него рабочей жидкости с темпом, превышающим естественную приемистость пласта, бурение после нагнетания рабочей жидкости серии подземных скважин из горной выработки в зону гидрообработки, соединение всех скважин с газоотсасывающими системами и отсос газа из всех скважин.Однако известный способ характеризуется недостаточной эффективностью извлечения газа вследствие отсутствия учета свойств массива как блочно-трещиноватого, образующегося в результате гидрообработки пласта, и выбором расстояния между подземными скважинами беэ задания величины необходимого снижения газоносности массива за определенное время дегазации,а также, без выяснения характера фильтрации газа из блоков в трещины и в скважины с течением временем, что затрудняет возможность достоверного определения параметров бурения подземных скважин и снижает эффективность извлечения газа из обрабатываемой зоны пласта.Кроме того, прототип не дает возможности проведения пластовой. подготовительной выработки по уже дегазированному массиву и не обеспечивает достаточный срок дегазации до начала ведения очистных работ.Цель изобретения - повышение эффективности извлечения газа из зон гидрообработки пласта за счет целенаправленного бурения подземных дегазационных скважин.Цель изобретения достигается тем, что одновременно с гидрообработкой в почве пласта через один выемочный столб до начала ведения подготовительных работ по пласту проходят полевые выработки, из которых в зону гидрообработки пласта перпендикулярно к оси выработки бурят серию скважин, а интервал бурения скважин определяют из выражения г и Ь= 10 (1) гдеС 1 +51,55 г .4,9621 и ( - (1 - 0,32 т )- 0,014Ро д : д,дд ( / д д 1 д д . д - 0,398 1 д -- 0,968 );Ра 2 К, гпг, апчпц т= - ;сх =7ь, а 1 Р,Ь - интервал бурения подземных скважин, м;К - проницаемость системы трещин, мг;а 1 - функция перетока газа из блоков в трещины; щ 1 - пористость трещин; вг - фиктивная пористость блоков; т - время дегазации, с; тх - характеристическое время, с; 1" - нормированное время; ,и - вязкость газа, Пас; Ра - атмосферное давление, Па; Ро - начальное газовое давление, Па; Рг - давление, до которого необходимо снизить начальное газовое за время дегазациис, Па. На фиг. 1 представлена схема горизонтальной подготовки шахтного поля; на фиг.2 - схема панельной подготовки шахтногополя.5 Способ осуществляют следующим образом.С дневной поверхности бурят скважины1, через них в пласт нагнетают рабочую жидкость с темпом, превышающим естествен 10 ную приемистость пласта в объеме,составляющем 1 - 5; от объема жидкости,необходимой для обработки всей зоны пласта. Затем скважины 1 соединяют с газоотсасывающей системой (не показана),15 Одновременно с этим в почве пласта доначала ведения подготовительных работ научастке шахтного поля через, один выемочный столб 2 проводят полевые выработки 3,располагаемые в почве пласта и в несколь 20 ких метрах от участковой пластовой выработки 4, из которых осуществляют бурениедегазационных скважин 5 в зону гидрообработки, преимущественно в область проведения пластовых участков выработок 4.25 Интервал бурения скважин в зону гидрообработки пласта определяют из выражения (1).Подземные скважины 5 соединяют с газоотсасывающей системой, Из поверхности30 и подземных скважин 5 газ отсасывают совместно.Известно, что в результате гидрообработки пласт разбивается системой магистральных трещин на блоки, Фильтрация газа35 в таком массиве происходит из блоков втрещины и по трещинам в скважины. Характер фильтрации газа в блочно-трещиноватом массиве необходимо учитывать длядостоверного определения параметров за 40 ложения скважин.Приток газа к скважине зависит от целого ряда свойств массива: проницаемости системы трещин, скорости газоотдачи блоков,пористости трещин и блоков, начального га 45 зового давления в блоках,Все эти и другие параметры были учтены при решении задачи о притоке газа кскважине в блочно-трещиноватом массиве,В результате решения дифференциальных50 уравнений, описывающих этот процесс, методом конечных разностей было полученовы ражение (1).Полученное выражение учитывает всеосновные свойства массива, Это дает осно 55 вание говорить об учете этих параметровдля достоверного определения интервалабурения и времени дегазации, основывает.ся преимущественно на соображениях геометрического характера и не даетвозможности определить величину снижения газоносности в зависимости от времени дегазации, что затрудняет планирование ведения горных работ.Анализ полевых схем подготовки шахтных полей в Карагандинском бассейне показывает, что магистральные полевые штреки проводятся до флангового вентиляционного ствола задолго(4 - 6 лет) до начала ведения очистных и подготовительных работ на участках шахтного поля (крыла), вблизи которых они проведены. Это позволяет осуществить проходку специальных полевых выработок с привязкой к имеющимся. В этом случае данные выработки (бремсберги или уклоны при погоризонтном и штреки - при панельном способе подготовки шахтного поля) также будут существовать длительное время (3-5 лет).При этом скважины, пробуренные изэтих выработок в зону гидрообработки, позволят дегазировать массив в течение 3-5 лет, что увеличит эффективность дегазации пласта.П р и м е р. Для выяснения степени расхождения в определении интервалов бурения скважин по предлагаемому способу и по способу-прототипу проведены расчеты применительно к условиям шахты им, В.И.Ленина п/р "Карагандауголь".С второго полевого откаточного штрека пласта д 6 на пласт пробурен ряд скважин, загерметизированных таким образом, чтобы можно было замерять газовое давление.По снятым кривым восстановления давления были получены фильтрационные характеристики массива в области гидрорасчленения.Этими данными воспользуемся для проведения расчетов.Пример расчета по методике прототипа,5 10 15 25 30 35 40 Азимут распространения трещин наибольшей гидропроводности а = 110 град;азимут простирания горной выработки ф= 45=175 град. Величины соответственно наименьшей и наибольшей гидропроводностипо пласту (а = 52,5 м и Ь = 75 м) Кмин=0,11 мД Кмакс = 0,16 мД. Интервал буренйяскважин определяется по формуле, указанной в прототипе. Расчет дает величину,равную Ь = 43,4 м.Пример расчета по предлагаемому способу,55Исходные данные, полученные из эксперимента: Ро = 3 10 Па; К 1 = 1,510 м;а 1= 3,0 10; а 1 = 0,01; п 1 г = 1,0;,и = 1,7 хх 10 Пас; Ра=10 Па. Пусть давление в блоках необходимоснизить до 2,710 Па (т.е. на 10 ф) за времядегаэации т = 500 сут,Проводим расчеты по формуле (1), предварительно рассчитав коэффициенты:вд=100; С=100;тих=0,5710 с=660 сут;т=0,75; У=-0,384; а=-0,141; и =0,428;Ь =16,4 м.Как видим, расхождение в значенияхинтервалов бурения скважин, найденных подвум способам, является значительным; в2,6 раза. В прототипе не оговаривается, закакое время и на сколько будет сниженагазоносность массива, если скважины бурить с интервалом 43,4 м.Таким образом, предлагаемый способдегазации позволяет достаточно точно оп- .ределить параметры заложения дегазационных скважин, пробуренных в зонегидрообработки пласта, а также время дегазации, в течение которого необходимо достичь заданного коэффициентаэффективности дегазации; обеспечить длительный (3 - 5 лет) срок дегазации пласта засчет бурения подземных скважин из заблаговременно проведенных полевых выработок; частично или полностью исключитьпроведение противовыбросных мероприятий при проходке и ведении очистных работ,отказаться от проведения барьерной ипредварительной дегазации пластовыхскважин, а также парной выработки припроходке; использовать полевые дегазационные выработки для транспортировки полезного ископаемого и подачи свежеговоздуха в лаву (или.для подсвежения), дегазировать из этих выработок выработанноепостранство выемочных участков; обеспечить максимально возможный в данных условиях коэффициент эффективностидегазации, что позволит увеличить нагрузкуна очистительный забой по газовому фактору и темпы проведения выработок по пласту,ф о р мул а изобретен ия Способ дегазацуи высокогазоносного угольного пласта, включающий бурение скважины с дневной поверхности на угольный пласт, нагнетание в него рабочей жидкости с темпом, превышающим естественную приемистость пласта, бурение серии подземных скважин в зону гидро- обработки,. соединение всех скважин с газоотсасывающими системами и отсос газа из подземных скважин, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности извлечения газа, серию подземных скважин бурят из полевых выработок, которые проходят в почве пласта одновременноа 1 Ра с гидрообработкой через один выемочный столб до начала ведения подготовительных работ на участке шахтного поля, при этом подземные скважины бурят перпендикулярно к оси выработки, причем интервал бурения скважин определяют из выражения101+о/2 4 4 ю 9.9 ( + )4,4,962 1 и- (1 - 0,32 т )1-0,014Рг б -с т =104( 0819 С - 1 - 0,398 19 -- 0,968 ); РО Ра 2 К 1, . вг, 9=;С= - ; а 1 в 1в 1 тэ= - ь=т и - интервал бурения подземных скважин, м;К 1 - проницаемость системы трещин,м5 а 1 - функция перетока газа иэ блоков втрещины в 1 - пористость трещин;вг - фиктивная пористость блоков;10 т - время дегаэации, с;1) - характеристическое время, с;т- нормированное время;,и - вязкость газа, с Па;15 Ра - атмосферное давление, Па,Р - начальное газовое давление, Па;Рг - давление, до которого необходимоснизить начальное газовое эа время дегазации 1, Па.1712 б 29 4 4 Составитель И. Федяеваехред М.Моргентал Корректор О. Крав Редактор С, Лиси КНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж Гагарина, 101 аказ 521 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5