Способ дегазации угольных пластов

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации и попутной добычи метана при различных способах обработки угольных месторождений подземным способом. Цель - повышение эффективности дегазации за счет увеличения проницаемости угля и трещиноватости угольного пласта, а также предупреждение динамических проявлений горного давления. Угольный пласт подвергают вибровоздействиям с частотой 60 - 120 Гц в совокупности с .нагнетанием в пласт разупрочняющих растворов и последующим отсосом газов из пласта. В пласте осуществляют непрерывные замеры температуры во избежание самовозгорания. Осуществляют также вибровоздействие частотой, равной частоте собственных колебаний угольного пласта, в совокупности с нагнетанием в пласт сжиженного инертного газа под давлением с расклиниваюш.ими агентами. Производят гидроразрыв угольного пласта. Повышают его гидрои аэродинамические связи. Осуществляют отсос газа с вакуумированием. По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет повысить эффективность дегазации и сократить затраты времени на подготовку пласта к вскрытию 2 з.п. ф-лы, 1 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s Е 21 F T/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4749341/03 (22) 26.07.89 (46) 30,03.92. Бюл. М 12 (75) А.8,Бакулин и Ю.8.Шувалов (53) 622.8.831(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1298404, кл. Е 21 F 7/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 981622, кл. Е 21 F 7/00, 1981, (54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ

ПЛАСТО8 (57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации и попутной добычи метана при различных способах обработки угольных месторождений подземным способом. Цель — повышение эффективности дегазации за счет увеличения проницаемости угля и трещиноватости угольного пласта, а также предупреждение динамических проявлений

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации и попутной добычи метана при различных способах отработки угольных пластов подземным способом.

Цель изобретения — повышениеэффективности дегазации путем увеличения проницаемости угля и трещиноватости угольного пласта.

На чертеже приведена схема осуществления способа.

На схеме приняты следующие обозначения: 1 — горный массив; 2 — угольный пласт;.3 и 4 —; 5 — скважины с размещенными в них невзрывными сейсмическими источниками 6, заполненными упруговязким телом 7; 8 — компрессор высокого давления; 9 — электронный пульт. Ж, „1723342 А1 горного давления. Угольный пласт подвергают вибровоздействиям с частотой 60—

120 Гц в совокупности с .нагнетанием в пласт разупрочняющих растворов и последующим отсосом газов иэ пласта. 8 пласте осуществляют непрерывные замеры температуры во избежание самовозгорания. Осуществляют также вибровоздействие частотой, равной частоте собственных колебаний угольного пласта, в совокупности с нагнетанием в пласт сжиженного инертного газа под давлением с расклиниваюшими агентами. Производят гидроразрыв угольного пласта. Повышают его гидро- и аэродинамические связи. Осуществляют отсос газа с вакуумированием. По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет повысить эффективность дегазации и сократить затраты времени на подготовку пласта к вскрытию 2 з.п. ф-лы, 1 ил. управления для синхронизации работы группы источников колебаний во время вибровоздействия; 10 и 12 — нагнетательные и откачные скважины; 11 — гидропульсатор;

13 — вакуумный насос.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью датчиков давления, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и векторы максимального и минимальногоглавных напряжений в угольном пласте. подлежащем дегаэации, Параллельно простиранию угольного пласта 2 в горном массиве 1 бурят скважины

5 и размещают в них источники 6 колебаний.

Диаметр скважин 300 — 500 мм, rë÷áèíà 5—

1723342

40 ми методами

8 м. Источники размещают в один ряд с шагом 15 — 30 м, причем направление воздействия совпадает с одним из главных напряжений в угольном пласте. Источники устанавливают в плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения.

Максимальный диаметр и глубину скважин 5 для размещения источников 6 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60 — 120 Гц, при которых имеет место максимальная закачка упругой энергии в тело угольного пласта 2, составляющая

3 — 97, энергии, поступающей в источник от компрессора 8 высокого давления до

300 атм. Глубина скважины 5 зависит от величины давления на источник 6 упруговязкого тела 7, в качестве которого используют воду, мокрый штыб или мокрый кварцевый песок, которым заполняют скважину. Эти давления определены экспериментально и составляют для частот 60—

120 Гц 5 — 8 атмосфер. Скважины бурят на расстоянии от угольного пласта, равном 3—

5 длинам волн основной частоты, излучаемой в пласт, исходя из условий волнового подобия: при скорости волн в пласте 2400 м/с и частотах 60 — 120 Гц длины волн равны

20-40.м, что на удалении в 3 — 5 длин волн составляет 60 — 200 м. Это обусловлено тем, что на таких удалениях поле упругих напряжений от источника распределено равномерно, в то время, как на других удалениях оно неравномерно.

Время воздействия — время синхронной работы группы источников до приведения угольного пласта в неударопасное состояние, регулируют посредством электронного пульта 9 управления. Время зависит от обводненности пласта и геомеханических условий его залегания.

При синхронной работе группы источников амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем смены деформаций сжатия угольного пласта деформациями растяжения.

Колебания вызывают в пласте относительную подвижку структурных отдельных элементов, перераспределение напряжений на пути распространения колебаний и уменьшение динамики проявления горного давления за счет истечения газов из пор и трещин в пласте при вибровоздействии.

Эти явления имеют место как в случае работы одиночного источника, так и при работе группы источников.

Работу группы источников контролируют методом разгрузки с использованием тензодатчиков, Воздействуя на угольный пласт вибрационными нагрузками, измеряют его напряженно-деформированное состояние и при достижении в нем смены деформации сжатия деформациями растяжения нагнетают в пласт воздух, При этом непрерывно измеряют температуру. Окисляют уголь и способствуют выделению метана из пласта в совокупности с вибровоздействиями и при повышении температуры в пласте до уровня ниже температуры самовозгорания угля нагнетают в пласт жидкости с щелочной реакцией.

При залегании пласта на больших глубинах и значительной мощности пласта вначале производят гидроразрыв в угольном пласте по его простиранию одновременно в нескольких местах нагнетанием в скважины, пробуренные с верхнего горизонта, сниженного под давлением инертного газа с расклинивающими агентами, в качестве которых обычно используют сажу, кварц, графит. Гидроразрыв производят нагнетанием в скважины .газа при вибровоздействиях, что повышает параметры гидроразрыва и увеличивает его площадь при одновременном снижении напряжений в дегазируемом пласте, Для улучшения гидро- и аэродинамических связей в угольном пласте нагнетают в него горячие растворы гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом при 60 — 90 С, Для повышения эффективности газоотдачи и увеличения зоны разгрузки в угольном пласте нагнетают в пласт тринатрийфосфат и щавелевую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. g,:

Три натрийфосфат 0,9 — 6,7

Щавелевая кислота 1,5-3,0

Вода Остальное

Для избежания динамических проявлений горного давления во время в и б ро воздействия контролируют нап ряженно-деформационное состояние угольного пласта геомеханическими и геофизическиПример. Проводили.дегазацию угольного пласта с геостатическим давлением в пласте 600 кг/см .

В пласт были пробурены скважины для извлечения газа и нагнетания разупрочняющих растворов. В горный массив на расстоянии 100 м от пласта были пробурены 4 скважины для вибровоздействия. В скважинах были размещены виброисточники "Импульс-1" на глубине 5 м от устья. Частота виброисточника 100 Гц, давление в источнике 100 кг/см . Была определена амплитуда

2 давления в первой полуволне вибровоздействия 1,2 .10 кг/см . Для развития знакопеременного давления в пласте, равного

1723342 геостатическому, необходимо было совершить 600 кг/см /1,2 10 кг/см = 5 104 виброколебаний.

Во время вибровоздействия на горный массив в нагнетательные скважины закачивали воду с добавками 2 g, поверхностно-активных веществ (ПАВ). Время вибровоздействия и нагнетания раствора

ПАВ 30 — 90 мин. После появления в пласте деформаций растяжения была установлена частота вибровоздействий 400 Гц, соответствующая частоте собственных колебаний пласта. В нагнетательные скважины подавали водный раствор карбоната натрия. lloсле этого из дегазационных скважин извлекали метан до полной дегазации пласта в зоне активного вибровоздействия.

Формула изобретения

1. Способ дегазации угольных пластов, включающий бурение скважин в массив горных пород из выработок разных горизонтов, определение векторов максимального и минимального главных напряжений в породном массиве, размещение в скважинах источников вибровоздействия на горные породы в плоскости, параллельной линии действия минимального главного напряжения, вибровоздействие на горный массив, возбуждение колебаний в массиве горных пород и угольном пласта и отсос газа. отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности дегазации за счет увеличения проницаемости угля и трещиноватости угольного пласта, скважины в породный массив бурят на расстоянии от угольного пласта, равном 3-5 длинам волн

5 вибровоздействия, размещают в них источники вибровоздействия и заполняют упруговязким веществом, осуществляют вибровоздействие на породный массив в диапазоне частот 60 — 120 Гц, при этом од10 новременно нагнетают через скважины другого горизонта в угольный пласт воду с добавками поверхностно-активного вещества и измеряют деформации и температуру в угольном пласте; а после изменения в пла15 сте деформаций сжатия на деформации растяжения осуществляют вибровоздействие на частоте собственных колебаний пласта. причем в угольный пласт дополнительно нагнетают воздух и прекращают его нагнета20 ние при приближении температуры в пласте к температуре его самовозгорания, а затем в пласт нагнетают жидкости с щелочной реакцией.

2. Способ по п.1, отличающийся

25 тем, что в качестве жидкости с щелочной реакцией используют растворы карбоната натрия или жидкого стекла.

3. Способ по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью предупреждения дина30 мических проявлений горного давления, so время вибровоздействия осуществляют контроль напряженно-деформированного состояния угольного пласта, 1723342

Составитель И. Федяева

Техред М.Моргентэл Корректор Т, Малец

Редактор А. Огэр

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

Закай 1053 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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