Способ дегазации действующих выемочных участков и добычи попутного метана при разработке углеметановых месторождений длинными очистными забоями

Авторы патента:

E21F7/00 - Способы или устройства для отсасывания рудничных газов без последующего использования или с использованием этих газов для каких-либо целей

Владельцы патента RU 2496984:

Учреждение Российской академии наук Институт угля Сибирского отделения РАН (ИУ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к безопасной разработке месторождений полезных ископаемых и может быть применено для дегазации участков углеметанового месторождения при высокопроизводительной отработке угольных пластов подземным способом для снижения метанообильности горных выработок и добычи попутного метана. Способ включает бурение с поверхности скважин и соединение их с вакуумной и утилизационной системами. При этом бурение дегазационных скважин осуществляют до отрабатываемого пласта в места встречи и пересечения линии угла полных сдвижений геомеханического слоя, в котором находится дегазируемый пласт, и дегазируемого пласта, а метанодобывающих скважин - в места пересечений линий углов полных сдвижений соответствующих геомеханических слоев больших уровней иерархии при установленной их достаточной газоносности. Технический результат заключается в повышении эффективности дегазации и метанодобычи. 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к безопасной разработке месторождений полезных ископаемых, и может использоваться для дегазации участков углеметаного месторождения при высокопроизводительной отработке угольных пластов подземным способом с целью снижения метанообильности горных выработок и добычи попутного метана.

Известен способ каптажа метана на выемочном участке разрабатываемого угольного пласта, включающий подачу воздуха по вентиляционному штреку и изолированный отвод метановоздушной смеси (авторское свидетельство СССР №1129382, кл. E21F 7/00, приоритет от 02.03.1983 г., опубликовано в 1984 г., бюллетень №46). Для повышения содержания метана в каптируемой смеси в вентиляционном штреке за зоной опорного давления возводят воздухонепроницаемую перемычку и через часть указанного штрека, расположенную перед перемычкой, отводят исходящую струю воздуха, а по другой части штрека отводят метановоздушную смесь из выработанного пространства. Известный способ каптажа метана позволяет в 2-3 раза повысить нагрузку на очистной забой по фактору вентиляции и обеспечивает безопасное ведение очистных работ за счет исключения загазования призабойного пространства.

Основными недостатками известного способа являются:

- каптаж метана ориентирован только на ту его часть, которая поступает в выработанное пространство из вмещающего массива, а основная часть газового потенциала массива остается вне зоны действия способа;

- установка и сохранение воздухонепроницаемой перемычки в выработанном пространстве практически невозможны;

- размеры перемычки по сравнению с длиной очистного забоя пренебрежимо малы, что исключает ее работоспособность по управлению аэрогазовыми потоками в выработанном пространстве.

В качестве прототипа принят способ дегазации подрабатываемого массива, заключающийся в том, что с поверхности бурят технические скважины для работы подземного газогенератора, над которым бурят и обустраивают вертикальные скважины для добычи метана из залегающих выше газоносных пластов (патент РФ на изобретение №2349759, кл. E21F 7/00, Е21В 43/295, авторы С.К. Тризно, С.Н. Лазаренко, Г.Я. Полевщиков, Е.Н. Козырева и М.В. Шинкевич, приоритет от 09.03.2007 г., опубликовано в 2008 г., БИ №8). Согласно данному способу метанодобывающие скважины бурят с поверхности в вершины первичных сводов разгрузки подрабатываемого массива подземным генератором, т.е. в своды разгрузки геомеханического слоя верхнего уровня техногенной структурной иерархии. Основным недостатком известного способа дегазации является то, что он не учитывает связанную со стратиграфией массива периодичность интенсификации потоков газа к подземному генератору из ближайших к нему газоносных пластов, разгружающихся от горного давления с существенно иной периодичностью, чем первичный свод. Кроме того, наличие скважин только в вершинах первичных сводов приводит к потере части газовых ресурсов участков пластов между сводами, а известное из горного опыта прямо пропорциональное расстоянию до отрабатываемого пласта снижение притока газа к очистным работам из подрабатываемого пласта также приводит к потере части ресурса с последующим выделением его в атмосферу через вмещающий массив.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности дегазации и добычи попутного метана при разработке углеметановых месторождений за счет учета особенностей процесса дезинтеграции горных пород в виде формирования иерархии геомеханических слоев углевмещающего массива.

Предложен способ дегазации действующих выемочных участков и добычи попутного метана при разработке углеметановых месторождений длинными очистными забоями, включающий бурение с поверхности скважин и соединение их с вакуумной и утилизационной системами.

Отличием является то, что с поверхности бурят дегазационные и метанодобывающие скважины для дегазации всех углегазоносных геомеханических слоев подрабатываемого массива, причем дегазационные скважины бурят до отрабатываемого пласта в места встречи и пересечения линии угла полных сдвижений геомеханического слоя, в котором находится дегазируемый пласт, и дегазируемого пласта, а метанодобывающие скважины бурят в места пересечений линии угла полных сдвижений соответствующих газоносных геомеханических слоев больших уровней иерархии.

Бурение дегазационных и метанодобывающих скважин в указанные места обусловлено повышенным метановыделением при разгрузке и потере сплошности газоносного массива.

Сущность изобретения приведена на фигуре, где показана схема его осуществления.

Предложенный способ предназначен для дегазации подрабатываемого пласта Г и выработанных пространств действующих выемочных участков и добычи метана из подрабатываемых рабочих пластов и пластов-спутников при отработке пласта Д.

Для удобства определения эффективных параметров способа подрабатываемый массив на схеме представляется в виде иерархии геомеханических слоев (n₁÷n₅). Мощности этих геомеханических слоев структурной иерархии в направлении от отрабатываемого пласта Д к дневной поверхности определяются по формулам, считая от разрабатываемого пласта:

h_n=l_n-1tgψ≤H, м, l_n=2l_n-1, м

l₀=0,5L₁; ψ=45°÷55°,

где L₁ - шаг первичного обрушения основной кровли, определяемый при отходе очистного забоя от монтажной камеры до первого обрушения кровли по способу управления кровлей, а затем уточняемый по факту обрушения, м; Н - средняя глубина залегания отрабатываемого пласта на интервале действия скважины, м; l_n - длина основания треугольника разгрузки, м; l_n-1 - длина основания треугольника разгрузки предыдущего геомеханического слоя, м; ψ - угол полных сдвижений; l₀ - длина основания треугольника разгрузки, являющимся начальным при определении мощности геомеханических слоев, м

Способ включает бурение двух видов вертикальных скважин с поверхности: дегазационных 1 и метанодобывающих 2. Места бурения, правила обустройства и продолжительность эффективной работы скважин определяются их назначением и развитием зон разгрузки от горного давления газоносных геомеханических слоев при движении очистного забоя.

Назначение дегазационных скважин 1 - перехватывать в ближайших к отрабатываемому пласту геомеханических слоях (n₁ и n₂), считая от разрабатываемого пласта, потоки метана, движущиеся к призабойной части выработанного пространства. Скважины бурят по направлению движения очистного забоя - в точки пересечения линии угла полных сдвижений с наиболее мощным пластом в слое n₁, глубиной до отрабатываемого пласта и обсаживают стальными трубами до верхней границы слоя n₂. Располагают скважины по нормали к направлению движения очистного забоя, на расстоянии от борта выработки с исходящей струей воздуха, равном половине мощности данного геомеханического слоя n₂. Расстояние первой от дальнего борта монтажной камеры дегазационной скважины 1 принимается равным половине мощности геомеханического слоя n₂. Расстояние между скважинами принимается равным мощности геомеханического слоя n₂, считая от разрабатываемого пласта. Продолжительность эффективной работы каждой из дегазационных скважин равна времени перемещения забоя на расстояние, равное удвоенному расстоянию между дегазационными скважинами.

При отсутствии угленосности первого и второго от пласта геомеханических слоев дегазационные скважины не бурят.

Назначение метанодобывающих скважин 2 - каптаж газа из подрабатываемых углеметановых пластов в геомеханических слоях больших уровней структурной иерархии массива (больше, чем n₁) и снижение интенсивности потоков газа из них в направлении выработанного пространства и дневной поверхности. Скважины бурят по направлению движения очистного забоя в места пересечений линии угла полных сдвижений соответствующего геомеханического слоя, глубиной до нижнего угольного пласта, входящего в этот геомеханический слой и обсаживают перфорированными стальными трубами начиная от верхнего в угленосной свите газоносного пласта. По нормали к направлению движения очистного забоя скважины располагаются на расстоянии от борта выработки с исходящей струей воздуха, равном половине мощности данного геомеханического слоя, но не более половины длины очистного забоя. Расстояние первой от дальнего борта монтажной камеры скважины принимается равным половине мощности данного геомеханического слоя. Расстояние между метанодобывающими скважинами 2 принимается равным мощности данного геомеханического слоя. Продолжительность эффективной работы дегазационных скважин 1 равна времени перемещения забоя на расстояние, равное удвоенной мощности геомеханического слоя.

В рассматриваемом примере дегазация выработанного пространства и метанодобыча осуществляется с учетом залегания угольных пластов как основных источников метана. В период их разгрузки от горного давления происходит не только интенсификация их газоистощения, но и резкий рост проницаемости, позволяющий получить значительные размеры зоны сбора газа.

С учетом угла полных сдвижений отстраивается схема дезинтеграции пород в виде геомеханических слоев техногенной структурной иерархии массива. Для геомеханического слоя n₂, в зону которого входит пласт Г, графическим методом определяется место пересечения линии угла полных сдвижений с пластом, равное в данном случае 70 метрам между дегазационными скважинами 1. Первую скважину располагают в месте первого пересечения линии угла полных сдвижений с пластом Г - 30 м от монтажной камеры. Метанодобывающие скважины располагают в местах пересечений линий углов полных сдвижений геомеханического слоя П4 уровня иерархии по оси столба, первая скважина в 106 м от монтажной камеры.

Предлагаемый способ, учитывая особенности процесса дезинтеграции горных пород в виде формирования иерархии геомеханических слоев углевмещающего массива, позволяет повысить эффективность дегазации и метанодобычи.

Способ дегазации действующих выемочных участков и добычи попутного метана при разработке углеметановых месторождений длинными очистными забоями, включающий бурение с поверхности скважин и соединение их с вакуумной и утилизационной системами, отличающийся тем, что с поверхности бурят дегазационные и метанодобывающие скважины для дегазации всех углегазоносных геомеханических слоев подрабатываемого массива, причем дегазационные скважины бурят до отрабатываемого пласта в места встречи и пересечения линии угла полных сдвижений геомеханического слоя, в котором находится дегазируемый пласт, и дегазируемого пласта, а метанодобывающие скважины бурят в места пересечений линий углов полных сдвижений соответствующих газоносных геомеханических слоев больших уровней иерархии.

Изобретение относится к горному делу, в частности к системам разработки сближенных высокогазоносных угольных пластов. Техническим результатом является повышение эффективности удаления метана, повышение нагрузки на очистной забой и повышение безопасности очистных работ по газовому фактору.

Способ подготовки обводненного газонасыщенного массива горных пород к разработке подземным способом // 2487997

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предварительной дегазации обводненных вмещающих пород для безопасного ведения подземных горных работ при отработке месторождений в особо сложных условиях по газоносности.

Способ дегазации угленосной толщи // 2487246

Изобретение относится к горному делу, в частности к системам разработки сближенных высокогазоносных угольных пластов. .

Способ обработки метаносодержащего угольного пласта через скважины с поверхности // 2481472

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для добычи метана, повышения метанобезопасности подземных горных работ при высокопроизводительной добыче угля.

Способ дегазации угольного пласта // 2480589

Изобретение относится к разработке пологопадающих угольных пластов и может быть применено для их дегазации. .

Способ гидравлической обработки угольного пласта // 2477799

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для дегазации угольных пластов. .

Способ гидроразрыва угольных пластов // 2472941

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для дегазации угольных пластов. .

Способ дегазации угольного пласта // 2472940

Способ дегазации угольного пласта // 2472939

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для дегазации угольных пластов в шахтах III категории и сверхкатегорных по газу, а также опасных по внезапным выбросам угля и газа.

Способ профессора каримана извлечения метана из разрабатываемых угольных пластов путем добычи угля крупными блоками и их разрушения в дробильной камере // 2455491

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для извлечения метана из разрабатываемых угольных пластов. .

Способ дегазации неразгруженных пластов в подземных условиях шахт // 2499142

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при дегазации неразгруженных угольных пластов. Техническим результатом является повышение эффективности подземной дегазации угольных пластов за счет максимального использования природной трещиноватости с наибольшей отдачей метана из угольных месторождений. Предложенный способ дегазации неразгруженных угольных пластов заключается в том, что осуществляют вскрытие дегазируемых участков угольного пласта скважинами таким образом, чтобы они пересекали максимальное количество природных трещин как по всей длине, так и по мощности пласта. При этом осуществляют отвод образовавшейся в процессе бурения пульпы самотеком в действующие выработки под углом не менее 2-3° для исключения избыточного давления воды в скважинах и предотвращения ее проникновения в пласт. Затем скважины, из которых выделяется метан, подключают в шахтных условиях к дегазационной сети труб с последующей выдачей его на поверхность к вакуумной станции и далее к потребителю. 2 ил.

Способ комплексного управления газовыделением на выемочных участках при отработке мощных и сближенных высокогазоносных пологих угольных пластов // 2510461

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к методу комплексного управления газовыделением при отработке мощных и сближенных пластов угля. Техническим результатом является повышение эффективности управления газовыделением с целью обеспечения высокой производительности и безопасности добычи угля и метана. Предложенный способ комплексного управления газовыделением при отработке мощного пласта угля заключается в разделении этого пласта по мощности на верхний и нижний слои, с оставлением между ними межслоевой пачки, проведении по каждому слою дегазационных скважин, вентиляционного и конвейерного штреков с последующим отводом исходящей струи и газовой смеси при отработке пласта. При этом при проведении одноименных штреков по верхнему и нижнему слоям их попарно соединяют наклонными сбойками. После оконтуривания выемочных столбов вентиляционный штрек нижнего слоя соединяют фланговой выработкой с газоотсасывающей установкой. По мере отработки верхнего слоя ближайшие к его забою сбойки поочередно открывают для поступления воздуха из конвейерного штрека и отвода газовой смеси из верхнего сопряжения забоя верхнего слоя через систему отвода исходящей струи и через вентиляционный штрек нижнего слоя на фланговую выработку и далее на газоотсасывающую установку. Затем отрабатывают нижний слой, при этом после окончания работы очередной дегазационной скважины нижнего слоя через нее выполняют пропитку нижнего слоя антипирогенами. 2 ил.

Способ и установка для удаления метана из газа низкой концентрации в угольных шахтах // 2511112

Предложенная группа изобретений относится к горной промышленности и предназначена для удаления метана из газа низкой концентрации в угольных шахтах. Техническим результатом является обеспечение возможности удаления метана из газа при использовании реакции окисления малого количества метана в газе в условиях высокой температуры. Способ удаления метана из газа в угольных шахтах включает следующие этапы: (А) начальное включение питания реактора оксидирования установки, выполнение нулевого цикла реакции окисления метана и запуск нагрева до температуры не менее 800°С; (В) подачу газа низкой концентрации с метаном в реактор оксидирования, быструю реакцию метана с кислородом и выделение тепла; (С) накопление выделяемого при реакции оксидирования тепла; (D) после завершения реакции окисления выдувание отработанного газа из реактора оксидирования до полной очистки; (Е) многократное повторение этапов (В), (С), (D). Предложено также устройство для удаления метана из газа, содержащее узел запорного клапана, реактор оксидирования, узел возвратного клапана, систему подачи газа и контрольно-измерительную систему. При этом узел запорного клапана установлен вместе с реактором оксидирования. Причем узел запорного клапана и реактор оксидирования соединены с узлом возвратного клапана и системой подачи газа. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ воздействия на угольный пласт // 2511329

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для гидродинамического воздействия на угольный пласт и глубокой его дегазации. Техническим результатом является повышение эффективности воздействия на слабопроницаемый угольный пласт и повышение объемов извлечения из него газа. Способ воздействия на угольный пласт включает проведение скважины в угольном пласте, обсадку ее устья, нагнетание жидкости в пласт угля в статическом и импульсном режимах, подключение скважины к дегазационному трубопроводу и извлечение газа. При этом нагнетание жидкости в пласт угля в статическом режиме осуществляют до и после гидроимпульсного воздействия на угольный пласт. Причем до гидроимпульсного воздействия жидкость нагнетают до давления, равного давлению газа в пласте, а после гидроимпульсного воздействия - при давлении жидкости, равном давлению гидроразрыва угольного пласта. 2 з.п. ф-лы.

Способ управления газовыделением при отработке склонного к самовозгоранию угольного пласта // 2512049

Способ относится к области горной промышленности, в частности к угольной, и может быть использован при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов. В способе при отработке склонного к самовозгоранию угольного пласта, включающем подготовку выемочного участка парными выработками, проветривание выработок очистного участка за счет общешахтной депрессии и отвод шахтного метана из источника выделения, отвод метана осуществляют сначала через пробуренные на сближенные пласты дегазационные скважины с возможностью исключения подсосов воздуха из призабойного пространства действующего очистного забоя. Затем после сдвижения пород основной кровли отрабатываемого пласта отвод метана осуществляют через оставшуюся часть длины скважины при режимах, исключающих подсосы воздуха из призабойного пространства лавы. При этом интенсивно выделяющийся из разгружаемых от горного давления зон отрабатываемого пласта вблизи забоя лавы метан отводят в дегазационную вакуумную сеть выемочного участка через пробуренные ориентированно на очистной забой пластовые скважины с концентрацией метана, пригодного для утилизации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ обработки информации о концентрации метана в подготовительной выработке // 2514313

Изобретение относится к текущему прогнозу метановыделения в подготовительные выработки и может найти широкое применение при автоматизированном текущем прогнозе метанообильности в увязке с данными телеконтроля содержания в выработке. Техническим результатом является повышение достоверности прогноза расхода воздуха для проветривания выработки при увеличении ее длины. Предложен способ обработки телеизмерений концентрации метана в выработке для текущего прогноза расхода воздуха при проветривании выработки, включающий раздельное определение концентрации метана в периоды работы комбайна и при отсутствии выемки угля при разгруженном конвейере. Текущий прогноз осуществляют на основе измерений динамики концентрации метана и расхода воздуха для проветривания выработки с учетом математической зависимости, включающей фактические расходы воздуха во время замеров концентрации метана и коэффициенты пропорциональности метановыделения по источникам для фактической и проектной длин выработки. 1 ил.

Способ дегазации мощного угольного пласта при его отработке по системе "слой-пласт" // 2516674

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для дегазации мощного угольного пласта при его отработке в два слоя по системе «слой-пласт». Техническим результатом является снижение метановыделения из отрабатываемого пласта и повышение безопасности ведения очистных работ. Способ дегазации мощного пласта содержит этапы на которых: проводят по верхнему слою пласта парные штреки, сообщенных сбойками, и разнесенных диагональных печей, разделяющих выемочный участок на части; проводят из верхней выработки парных штреков скважин в плоскости верхнего слоя пласта и серии параллельно расположенных скважин на нижний слой пласта из нижней выработки парных штреков; и подключение скважин к дегазационному трубопроводу. При этом способ дополнительно включает этап, на котором из разрезной диагональной печи проводят вдоль выемочного участка систему параллельных скважин, ориентированных на очистной забой. Причем метан из скважин, пробуренных в плоскости верхнего слоя пласта, отводят секционно на ближайшую по ходу движения очистного забоя сбойку по трубопроводу, проложенному в верхнем парном штреке и трубопроводу в сбойке между парными штреками на участковый трубопровод, проложенный по нижнему из парных штреков. 5 ил.

Способ дегазации угольного пласта // 2520669

Изобретение относится к горному делу, используется для предварительной и текущей дегазации угольных пластов в шахтах III категории и сверхкатегорных по газу, а также опасных по внезапным выбросам угля и газа. Техническим результатом является интенсификация газоотдачи угольного пласта. Способ включает бурение направленных на очистной забой дегазационных скважин, последующее проведение из них поинтервальных гидроразрывов угольного пласта и отведение высвободившегося газа. Дегазационные скважины бурят в восходящем направлении из монтажной камеры и нарезанных поперек выемочного столба разрезных печей до выхода в борт соседней разрезной печи. Поинтервальные гидроразрывы проводят с использованием жидкости Novec 1230. Затем герметизируют устья дегазационных скважин, а отведение высвободившегося газа производят путем его свободного истечения из этих скважин в дегазационную сеть. 1 ил.

Способ добычи метана из угольных пластов // 2521098

Изобретение относится к горному делу и может быть применено при добыче метана из угольных пластов. Способ включает бурение или вскрытие старой вертикальной скважины в месте метано-угольной залежи, определение мощности пласта в разрезе скважины, определение марочного состава углей, подведение к метано-угольной залежи через рабочий интервал вертикальной скважины источника периодических направленных коротких импульсов высокого давления и воздействие на пласт энергией плазмы, образуемой взрывом калиброванного металлического проводника, в виде периодических направленных коротких импульсов высокого давления. Количество импульсов высокого давления и длительность воздействия в каждом интервале метано-угольной залежи определяется мощностью пласта в разрезе скважины и марочным составом углей. Технический результат заключается в повышении эффективности добычи метана увеличением количества добываемого газа, снижением энергозатрат и повышением безопасности процесса. 1 ил.

Способ разработки газоносной свиты угольных пластов // 2522583

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для отработки свиты газоносных пластов. Техническим результатом является повышение безопасности и снижение затрат на дегазацию при разработке газоносных пластов. Предложенный способ заключается в разработке свиты угольных пластов в восходящем порядке по системе «Длинные столбы по простиранию» с проведением вскрывающих горных выработок, управление горным давлением путем обрушения пород кровли в выработанном пространстве с последующей изоляцией. Причем сначала осуществляют отработку нижнего пласта в свите с опережающей дегазацией с продолжением отсоса газа из него при отработке вышележащих подработанных пластов, а затем осуществляют отработку вышележащих пластов в восходящем порядке. При этом осуществляют сбор шахтных вод со всей свиты пластов в нижней точке нижнего пласта при его отработке с подачей водного раствора антипирогена в выработанное пространство. После отработки нижнего пласта опережающую пластовую дегазацию в нем прекращают, а в отработанном пространстве поддерживают атмосферное давление с выпуском флюидных газов из очагов ниже свиты. При этом в дальнейшем опережающую дегазацию в вышележащих пластах при их отработке не применяют. Кроме того, подачу водного раствора антипирогена осуществляют с нижнего пласта в выработанное пространство каждого из последующих отработанных угольных пластов по мере их отработки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.