Способ дегазации неразгруженных пластов в подземных условиях шахт

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 2499142:

Попов Михаил Владимирович (RU)

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.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при дегазации неразгруженных угольньих пластов месторождений, которые могут быть отработаны в дальнейшем традиционными способами, месторождений, которые являются источником метана, с целью его квитирования и дальнейшего потребления, прежде всего, в химической промышленности для получения традиционных материалов и веществ, а также наноматериалов, рыночная потребность в которых резко возрастает. Известен способ дегазации угольных пластов, который включает вскрытие угольных пластов скважинами, обработку угольных пластов, формирование в районе скважин искусственной трещиноватости с повышением проницаемости пласта и дегазацию угольного пласта (Л.А. Пучков. Реальность промысловой добычи метана из неразгруженных угольных пластов, МГГА И., 1966, стр.7-13).

В 1963 году в шахтоуправлении «Краснодонецкое» комбината «Ростовуголь», разрабатывающем высокогазоносный пласт M₈ ¹ мощностью 0,95-1,65 м с относительной газообильностью 106,5 м³/т.с.д. с двумя высокогазоносными спутниками М₉ ^0′3 мощностью 0,45-0,58 м на расстоянии 47-50 м от рабочего пласта при бурении двух разведочных скважин по рабочему пласту на воду, скопившуюся в горных выработках, было замечено обильное газовыделение из них: одна из скважин была направлена по восстанию пласта, а вторая близко к простиранию. Особенно интенсивно газ выделялся из последней скважины, расположенной поперек кливажным трещинам пласта.

Чтобы исследовать возможности применения замеченного явления для дегазации рабочего пласта и использовать его на практике из разрезных печей подготавливаемых лав было пробурено по простиранию 4-8 скважин глубиной до 100 м с расстоянием между ними 15-20 м и во избежание затопления скважин водой при бурении и предотвращения закачивания воды в пласт направление их составляло с подъемом к линии простирания пласта не менее 2-3°.

Для контроля интенсивности газоотдачи из опережающих штреков №317, 318 действующего горизонта были пробурены две скважины по восстанию пласта, вдоль кливажкых трещин (рис.1).

Количество выделяемого газа из скважин в том и другом случаях определялось при свободном истечении газосчетчиком ГКФ.

Анализ работы скважины показал, что из скважин, пробуренных по простиранию, поперек кливажным трещинам пласта, газа, выделяется в десятки раз больше, чем из скважин, пробуренных по восстанию, вдоль кливажкых трещин.

Следует отметить, что последние в зоне повышенного опорного горного давления при обработке лав начинают снова отдавать газ, но их дебит возрастает незначительно и практического значения не имеет.

Дегазация опытных участков с лавами проводилась в течение года, пока из скважин не прекращалось поступление метана.

Обработка данных результатов работы скважин за период выделения из них метана и вентиляционных рапортов при эксплуатации лав в зоне дегазация и после показывает, что абсолютная газообильность рабочего пласта уменьшилась на 44-50%. Снижение абсолютного газовыделения позволило увеличить нагрузку на лавы, улучшить технико-экономические показатели и обеспечить безопасные условия работ.

Руководствуясь достигнутым положительным опытом в шахтоуправлении «Краснодонецкое» была принята схема бурения скважин для дегазации рабочего пласта (см.рис.2) и рекомендовано применять ее на других газообильных шахтах. См. статью М.В.Попова, главного инженера шахтоуправления «Краснодонецкое», В.К. Болдырева, участкового горнотехнического инспектора. Н.И. Одинцова, начальника вентиляции, Б.М. Дрюкова, начальника дегазации, А.И.Белова, главного экономиста «дегазация разрабатываемого пласта», Жур. «Безопасность труда в промышленности», 4, 1969.

В тот период времени у профессиональных специалистов горного дела господствовала большая ответственность и добросовестность, в сочетании с полной отдачей энергии и времени творческому труду. Так что в достоверности полученных результатов дегазации неразгруженного пласта сомневаться ни в коем случае нельзя.

К сожалению, буровые станки шестидесятых годов прошлого века не обладали производительным и направленным бурением, были громоздкими, при забуривании штанги упирались то в кровлю, то в почву пласта, направить их по пласту угля приходилось со второго или третьего раза, при этом скважину пробурить удавалось на длину не более 100 м. Мощность пласта 1,5 м в разрезных печах не позволяла разместить буровой станок, для этого требовалось делать камеры в местах его установки. Разрезные печи для целей дегазации необходимо было проходить лавами через каждые 200 м, вместе с построенными в них камерами через каждые 15-20 м, что составляло определенные трудности. В связи с этим дальнейшее развитие дегазации неразгруженного пласта было приостановлено.

Прошло время, и на смену старой технике пришла новая для бурения скважин и для дегазации неразгруженных пластов. Способ дегазации неразгруженных пластов, таких как в шахтоуправлении «Краснодонецкое», должен быть переосмыслен и пересмотрен с новыми параметрами, которые позволили бы снизить абсолютное газовыделение не менее, чем на 70-80%.

Известны способы дегазации угольньх пластов с целью придания им помимо наличия естественной трещиноватости еще дополнительно искусственной трещиноватости массива. Создание искусственной трещиноватости в большинстве случаев осуществляется с применением технологии гидроразрыва пласта, в результате чего предполагается, чтопроисходит раскрытие имеющихся трещин и образование новых под воздействием избыточного давления жидкости, закачиваемой в пласт.

Основным недостатком технологии гидроразрыва для оживления имеющихся сети природных трещин и создания новых считалось снижение газопроницаемости массива после снятая давления жидкости и под влиянием горного давления смыкания макротрещин после откачки из них жидкости гидроразрыва, что приводило к уменьшению площадей обнажения, через которые, в основном, и происходило газовыделение в каналы фильтрации, соединяющие с добычной скважиной, а также трудностям при эксплуатации в связи с нарушением целостности горного массива.

По-видимому это весьма упрощенное понятие, что касается снижения эффективности газовыделения метана при гидроразрыве и после всех видов нагнетания воды в пласт.

«Южгеологией» при анализе товарных углей в г.Шахты установило, что они содержат элементы, такие как Са, Fe, Рb, Со, Ni, Sr, Be, No, V, Mn, Zn, Al, Si, Ti, Cu, Cr, Zr, Sn, Ge, Ca, Sc, Y, Yb, Ba, Ra, Th, Mg, Li, Nb, Ag P, Hg, As, Sb, Se, и соединений с ними.

Известно из химии, что многие из этих элементов, их окислы и другие вещества, способны образовывать при контакте с водой, обладающей реакционным свойством, в результате физического и химического взаимодействия более сложные молекулы, увеличиваясь в объемах, нередко в виде кристаллов. Они, расширяясь, заполняют в пласте макротрещины, микротрещины и нaнoтpeщины в массиве угля, препятствуя фильтрации метана, который является устойчивым гомогенном к соединениям с другими элементами и веществами в обычных условиях.

Многие газоносные марки углей содержат аналогичные элементы и соединения с ними, отличаясь разве что количеством и их насыщенностью.

Наиболее эффективно дегазация происходит после подработки угольного пласта, в результате чего происходит нарушение сплошности угольного пласта с образованием сети искусственной трещиноватости и больших площадей обнажения газоносных пород и угля. Такой способ дегазации широко применяется на практике, однако в ряде случаев он не применим из-за невозможности или нецелесообразности ведения подъемных работ.

Цель изобретения - повышение эффективности способа дегазации неразгруженных угольных, пластов за счет максимального использования природной трещиноватости с наибольшей отдачей метана из угольных месторождений; на которых ведутся подземные горные работы.

Цель достигается тем, что по пласту бурят скважины таким образом, чтобы они пересекали максимальное количество природных макротрещин, микротрещин и нанотрещин 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, и образования сложных новых молекул, с увеличением их объемов, и содержащихся в угле элементов и их окислов, как физическим, так и химическим взаимодействием, их кристаллизацией и заполнения ими макротрещин, микротрещин, нанотрещин, приводящих к прекращению фильтрации метана в скважины, затем скважины, из которых выделяется метан, подключают в подземных условиях шахт к дегазационной сети труб с последующей выдачей его на поверхность к вакуумной станции и далее к потребителю. Реализация предлагаемого способа дегазации неразгруженного пласта в подземных условиях и с действующих выработок шахт показана в наиболее распространенных способах подготовки шахтных полей, - этажной со столбовой системой разработки и отработкой лав обратным ходом, Фиг.1, погоризонтный способ подготовки, с отработкой лав по восстанию, см. Фиг.2. На Фиг.1 показаны кливажные трещины угля по падению с расположением скважин с подъемом под углом 2-5° к горизонтальным линиям. На Фиг.2 показан кливаж угля по простиранию пласта, с расположением скважин по восстанию под углом, совпадающим с углом залегания пласта. Скважины, пробуренные по углю, из которых выделяется метан, подключаются в шахтных условиях к дегазационной сети труб с последующей выдачей его на поверхность к вакуумной станции и далее к потребителю.

Способ дегазации неразгруженных угольных пластов, включающий вскрытие дегазируемых участков угольных пластов скважинами при всех видах нагнетания воды в пласты с последующим выделением из них метана, отличающийся тем, что по пласту бурят скважины таким образом, чтобы они пересекали максимальное количество природных макротрещин, микротрещин и нанотрещин 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, и образования сложных новых молекул, с увеличением их объемов, и содержащихся в угле элементов и их окислов, как физическим, так и химическим взаимодействием, их кристаллизацией и заполнения ими макротрещин, микротрещин, нанотрещин, приводящих к прекращению фильтрации метана в скважины, затем скважины, из которых выделяется метан, подключают в подземных условиях шахт к дегазационной сети труб с последующей выдачей его на поверхность к вакуумной станции и далее к потребителю.

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 разработки свиты сближенных высокогазоносных угольных пластов // 2495251

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 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.

Способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов через скважины // 2524583

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации угольных пластов с целью повышения безопасности работ в шахтах, а также для добычи метана из угольных пластов через скважины, пробуренные с поверхности или из горных выработок. Способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов через скважины включает создание трещин в угольном пласте посредством циклического увеличения и снижения давления жидкости в скважине и воздействие на пласт низкочастотными импульсами давления высокой амплитуды при увеличении давления жидкости в скважине. При этом циклически увеличивают давление жидкости в скважине выше предела упругости разрушаемого массива, одновременно контролируют, чтобы максимальные значения напряжений, создаваемых в угольном пласте, были ниже предела прочности разрушаемого массива. Техническим результатом является повышение эффективности добычи природного газа.