Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА

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

Известен способ дегазации угольного пласта, включающий бурение по пласту рядов скважин диаметром 70÷100 мм со свободным истечением газа через скважины или подключением к скважинам трубопроводов и вакуум-насоса для извлечения метана (Картозия Б.Л., Федунец Б.И., Шуплик М.Н. и др. Шахтное и подземное строительство. Учебник для вузов. М.: Академия горных наук, 2001, с. 347). Расстояние между скважинами зависит от радиуса дренирования метана в одной скважине и обычно составляет 5÷10 м.

Недостатками этого способа дегазации является необходимость бурения большого количества скважин по пласту, а также незначительное газовыделение из скважин при естественной дегазации пласта и отсутствии технологии гидроразрыва для создания дополнительных трещин в пласте. Кроме того, при подготовке панели шахты дегазационные скважины обычно бурят из вентиляционного или конвейерного штреков на всю ширину выемочного столба 200÷400 м. При такой длине дегазационные скважины, как показывает практика, значительно отклоняются от своего первоначального направления, увеличивая объем и трудоемкость буровых работ и ухудшая качество дегазации пласта вследствие изменения расстояния между скважинами. Таким образом, эффективность дегазации пласта таким способом весьма мала.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ дегазации угольных пластов по патенту РФ № 2117764, E21F 7/00, опубл. 20.08.1998 в Интернете: http://ru-patent.info/21/15-19/2117764.html, включающий бурение скважины, ориентированный поинтервальный гидроразрыв в направлении от забоя к устью скважины, удаление рабочей жидкости и отсос газа, перебуривание скважинами дегазируемого массива, определение прочности на растяжение слоев породы, вмещающих массив угля, создание трещин гидроразрыва в породах почвы и кровли каждого пласта, при этом места заложения трещин гидроразрыва выбирают по условию прочности пород на растяжение.

Недостатком этого способа является осуществление ориентированного поинтервального гидроразрыва в почве и кровле пласта, то есть во вмещающих породах. При этом трещины гидроразрыва не переходят из вмещающих пород в угольный пласт, что в принципе не позволяет осуществить эффективную дегазацию самого пласта.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности дегазации угольного пласта за счет интенсификации скорости фильтрации, повышающей дебит метана в дегазационных скважинах.

Поставленная задача достигается тем, что в способе дегазации угольного пласта, включающем проходку в выемочном столбе конвейерного, промежуточного и вентиляционного штреков, подачу свежего воздуха в лаву по вентиляционному и промежуточному штрекам, бурение дегазационных скважин и проведение в них поинтервальных гидроразрывов, осуществление дегазации пласта, согласно техническому решению дегазационные скважины бурят в промежуточном штреке с интервалом 20÷25 м по восстанию пласта, не достигая вентиляционного штрека на 5÷10 м, и по падению пласта с выходом дегазационных скважин в борт конвейерного штрека, производят осушение пласта путем свободного истечения пластовой воды через дегазационные скважины на промежуточный и конвейерный штреки, после осушения пласта в устьях дегазационных скважин, выходящих в борт конвейерного штрека, устанавливают цементные пробки и производят поинтервальные гидроразрывы в пласте с расстоянием между трещинами гидроразрыва 10÷15 м.

Указанная совокупность признаков позволяет с помощью поинтервальных гидроразрывов, проводимых в дегазационных скважинах, создать в угольном пласте сеть протяженных трещин. Это обеспечивает увеличение площади открытой поверхности в угольном пласте и тем самым интенсифицирует скорость фильтрации и дебит метана в дегазационных скважинах.

Сущность технического решения поясняется примером реализации способа дегазации угольного пласта и чертежом, иллюстрирующим схему дегазации пласта.

Предлагаемый способ дегазации угольного пласта реализуют следующим образом.

Для подготовки выемочного столба лавы 1 осуществляют проходку промежуточного 2, конвейерного 3 и вентиляционного 4 штреков. Свежий воздух в лаву 1 подают по вентиляционному 4 и промежуточному 2 штрекам. В промежуточном штреке 2 бурят дегазационные скважины 5 (далее - скважины 5) с интервалом 20÷25 м по восстанию и падению пласта. Скважины 5, пробуренные по падению пласта, бурят на всю длину до выхода в борт конвейерного штрека 3, а скважины 5, пробуренные по восстанию пласта, не доводят до вентиляционного штрека 4 на 5÷10 м.

Осушение пласта производят путем свободного истечения пластовой воды из скважин 5 на промежуточный 2 и конвейерный 3 штреки, обеспечивая возможность для фильтрации метана через скважины 5. В то же время оставленный целик угля (5÷10 м) между забоями скважин 5 и вентиляционным штреком 4 не дает возможности для выхода метана в вентиляционный штрек 4, по которому подают свежий воздух в лаву 1.

После осушения пласта в устьях скважин 5, выходящих в борт конвейерного штрека 3, устанавливают цементные пробки 6, герметизирующие скважины 5 для того, чтобы метан не выходил в конвейерный штрек 3.

Из скважин 5 осуществляют поинтервальные гидроразрывы пласта, формирующие трещины 7 в пласте с расстоянием между трещинами 10-15 м, и проводят дегазацию пласта с подключением вакуум-насоса через газопровод 8, проложенный в промежуточном штреке 2.

Свежий воздух 9 подают в лаву 1 по вентиляционному 4 и промежуточному 2 штрекам, а исходящую струю 10 воздуха выдают по конвейерному штреку 3. Подача струи свежего воздуха по промежуточному штреку 2 в середину лавы 1 позволяет увеличить количество свежего воздуха в лаве 1, снизить концентрацию метана в исходящей струе 10 воздуха и таким образом осуществить эффективное проветривание лавы 1. Обеспечение притока свежего воздуха из промежуточного штрека 2 в середину лавы 1 особенно важно в связи с утечками свежего воздуха в выработанное пространство на сопряжении вентиляционного штрека 4 с лавой 1.

Бурение скважин 5 из промежуточного штрека 2 позволяет снизить отклонения профилей скважин 5 от проектных за счет сокращения их длин по сравнению с длинами скважин 5, если пробурить их на всю ширину выемочного столба из вентиляционного штрека 4 до конвейерного штрека 3.

При существующем на шахтах способе подготовки выемочного столба двумя штреками (конвейерным 3 и вентиляционным 4) и действующем ограничении по газовому фактору длины лавы 1 до 200÷220 м использование предлагаемого способа позволяет при подготовке более длинной лавы 1 (например, длиной до 400 м) снизить до 25% расходы на проведение подготовительных выработок с одновременным повышением эффективности проветривания очистного забоя.

Создание в угольном пласте сети протяженных трещин 7 с помощью поинтервальных гидроразрывов вблизи середины лавы 1 в области повышенного горного давления позволяет увеличить дебит метана в скважинах 5 и повысить эффективность дегазации угольного пласта.

Эти мероприятия в итоге позволяют увеличить производительность очистного забоя и безопасность горных работ.