Способ дегазации высокогазоносного угольного пласта

 

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение зффективности извлечения газа из зон гидрообработки пласта. Бурят скважины с дневной поверхности наугольный 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 ск'важины с газоотсасывающими системами и производят отсос газа. Положительный эффект обусловлен большой устойчивостью фильтрующейся части дегазационных скважин, меньшей ихобщей длиной, исключением прохождения парных выработок по. пластуй проведения противовыбросных мероприятий. 2 ил.сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 F 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4786159/03 (22) 25.01.90 (46) 15.02.92. Бюл. N- 6 (71) Московский горный институт (72) А.С.Бурчаков, Ю.С.Гуревич, А.Г.Егоров, B.Þ.Âåêñëåð и И.А.Швец (53) 622.817 (088,8) (56) Временное руководство по дегазации шахтных полей Карагандинского бассейна с гидравлическим расчленениЕм свит уголь ных пластов. М.: МТИ, 1975, с. 24 — 28.

Авторское свидетельство СССР

N 968476, кл. Е 21 F 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 для дегазации высокогазоносн ых выбросоопас- ных пластов с низкой естественной проницаемостью.

Известен способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважины с дневной поверхности на угольный пласт, нагнетание рабочей-жидкости в него с темпом, и ревы шающим естественную приемистость пласта, выдержку рабочей жидкости в плаli сте 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.. Ж 1712б29 А1 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, нагнетание в него рабочей жидкости с темпом, превышающим естественную приемистость пласта, бурение после нагнетания рабочей жидкости се- П Э рии подземных скважин из горной Q выработки в зону гидрообработки, соединение всех скважин с газоотсасывающими системами и отсос газа из всех скважин. а

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, 1712629 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

h= 10 (1) где

d +5 х 1,552. 4962

In (— (1 — 0,32 t +)) — 0,014

Ро т* (»в - — 0,398 Ig — — 0,968 );

Ра

2 К п г.

g= —, С= —; а1 m>

m1 т*= Сх =

Ь а1Р, h — интервал бурения подземных скважин, м;

К вЂ” проницаемость системы трещин, м ; и — функция перетока газа из блоков в трещины; пц — пористость трещин;

m2 — фиктивная пористость блоков;

t — время дегазации, с;

t>< — характеристическое время, с;

t" — нормированное время; ,и — вязкость газа, Па c;

P — атмосферное давление, Па;

Po — начальное газовое давление, Па;

Р— давление, до которого необходимо снизить начальное газовое за время дегазации t, Па.

На фиг. 1 представлена схема горизонтальной подготовки шахтного поля; на фиг.

2 — схема панельной подготовки шахтного поля.

5 Способ осуществляют следующим образом.

С дневной поверхности бурят скважины

1, через них в пласт нагнетают рабочую жидкость с темпом, превышающим естествен10 ную приемистость пласта в объеме, составляющем 1 — 57 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 до начала ведения подготовительных работ на участке шахтного поля через. один выемочный столб 2 проводят полевые выработки 3, располагаемые в почве пласта и в несколь20 ких метрах от участковой пластовой выработки 4, из которых осуществляют бурение дегазационных 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 поверхности

30 и подземных скважин 5 газ отсасывают совместно.

Известно, что в результате гидрообработки пласт разбивается системой магистральных трещин на блоки, Фильтрация газа

35 в таком массиве происходит из блоков в трещины и по трещинам в скважины. Характер фильтрации газа в блочно-трещиноватом массиве необходимо учитывать для достоверного определения параметров за40 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 к скважине в блочно-трещиноватом массиве, В результате решения дифференциальных

50 уравнений, описывающих этот процесс, методом конечных разностей было получено вы ражение (1).

Полученное выражение учитывает все основные свойства массива. Это дает осно55 вание говорить об учете этих параметров для достоверного определения интервала бурения и времени дегазации, основывается преимущественно на соображениях геометрического характера и не дает возможности определить величину сниже.

1712629 ния 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 — 6лет) 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 сушествовать длительное время (3-5 лет).

При этом скважины, пробуренные из этих выработок в зону гидрообработки, позволят дегазировать массив в течение 3-5 лет, что увеличит эффективность дегазации пласта.

Пример. Для выяснения степени расхождения в определении интервалов бурения скважин по предлагаемому способу и по способу-прототипу проведены расчеты применительно к условиям шахты им, B.È.Ëåíèíà п/о "Карагандауголь".

С второго полевого откаточного штрека пласта дв 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.

Азимут распространения трещин наибольшей гидропроводности а = 110 град; азимут простирания горной выработки P= 45

=175 град. Величины соответственно наименьшей и наибольшей гидропроводности по пласту (а = 52,5 м и Ь = 75 м) Кмис

=0,11 мД, Кмз = 0,16 мД. Интервал буренйя скважин определяется по формуле, указан- 50 ной в прототипе. Расчет дает величину, равную h = 43,4 м.

Пример расчета по предлагаемому способу.

Исходные данные, полученные из экс- . перимента: Ро =; K1 = 1,5"10 м; а = 3,0 10; m> =0,01; тих =1,0;,и= 1,7 х

x10 r1a с; Р. =10 fla.

Пусть давление в блоках необходимо снизить до 2,7 10 Па(т.е. íà 10Д) за время дегаэации т = 500 сут.

Проводим расчеты по формуле (1), предварительно рассчитав коэффициенты: в д=100; С=100;тх=0,5710 с=660сут; т =0,75; f 0,384; а=-0,141; и = 0,428;

h =16,4м.

Как видим, расхождение в значениях интервалов бурения скважин, найденных по двум способам, является значительным: в

2,6 раза. В прототипе не оговаривается, за какое время и на сколько будет снижена газоносность массива, если скважины бурить с интервалом 43,4 м.

Таким образом, предлагаемый способ дегазации позволяет достаточно точно оп- . ределить параметры заложения дегазационных скважин, пробуренных в зоне гидрообработки пласта, а также время дегазации, в течение которого необходимо достичь заданного коэффициента эффективности дегазации; обеспечить длительный (3 — 5 лет) срок дегазации пласта за счет бурения подземных скважин из заблаговременно проведенных полевых выработок; частично или полностью исключить проведение противовыбросных мероприятий при проходке и ведении очистных работ, отказаться от проведения барьерной и предварительной дегазации пластовых скважин, а также парной выработки при проходке; использовать полевые дегазационные выработки для транспортировки полезного ископаемого и подачи свежего воздуха в лаву (или.для подсвежения), дегазировать из этих выработок выработанное постранство выемочных участков; обеспечить максимально возможный в данных условиях коэффициент эффективности дегазации, что позволит увеличить нагрузку на очистительный забой по газовому фактору и темпы проведения выработок по пласту, Формула изобретения

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 гидрообработки,. 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 одновременно

1712629

10 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 буре- 5 ния скважин определяют из выражения

101+в/2 гДе „ 9, (4 + 5 ) -21552

4,962

In (— (I — 0,32 t ) 1 — 0,014

Рг о— (s с* т=1,04(08Ig С вЂ” 1 — 0,398 Ig — — 0,968 );

Ро

Ра 15

2 К1, . mz, 9= —;C=- —;

Q1 m1 п 1

t*= —;ь=

1х G1 Ра

h — интервал бурения подземных скважин, м;

К1 — проницаемость системы трещин, м

a> — функция перетока газа иэ блоков в трещины, гп1 — пористость трещин; гпэ — фиктивная пористость блоков;

t — время дегаэации, с; ь — характеристическое время, с; т"- нормированное время; ,и — вязкость газа, с Па;

P< — атмосферное давление, Па;

Рр — начальное газовое давление, Па;

Pf — давление, до которого необходимо снизить начальное газовое эа время дегазации t, Па.

1712 б29

45

50!

Составитель И. Федяева

Техред М.Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор С. Лисина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 521 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5