способ дегазации угольных пластов

Формула изобретения

1. Способ дегазации угольных пластов, включающий бурение скважин с поверхности в сторону кровли отрабатываемого пласта, обсадку части скважин, подключении их к насосно-вакуумной станции и извлечение газа из подрабатываемой угленосной толщи, отличающийся тем, что при бурении скважины в угленосной толще оценивают прочность породных слоев, выделяют наиболее прочный слой пород с отклонением от среднего арифметического значения прочности перебуриваемых пород, превышающим 10%, находящийся на минимальном удалении от подрабатывающего пласта и имеющий собственную мощность не менее 0,1 a, где a - ширина лавы подрабатывающего пласта, этот прочный слой считают газоэкранирующим, а скважину бурят до почвы газоэкранирующего слоя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважину обсаживают в ее верхней части на глубину, зависящую от угла падения подрабатывающего пласта, расстояния от оси лавы до кромки следующего столба, а также углов разрыва по восстанию, падению или простиранию, выбираемые в зависимости от ориентации подрабатывающей лавы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при решении проблем снижения газонасыщенности газоносных подрабатываемых угольных пластов и угленосных толщ.

Известен способ предварительной дегазации угольного массива с использованием геологоразведочных скважин или скважин, специально пробуренных с поверхности. Скважины бурят до пласта или в породы его почвы, обсаживают трубами, затрубное пространство тампонируют, и скважины подключают к вакуумному трубопроводу (см., например, Сластунов С.В. "Заблаговременная дегазация и добыча метана из угольных месторождений" М., Изд-во МГТУ, 1996, стр. 14-19).

Однако этот способ не обеспечивает необходимого снижения газообильности, так как глубина дренирования угольного пласта ограничена десятком метров, а сам способ характеризуется большой трудоемкостью подготовительных работ и значительным периодом их проведения, достигающим 10-20 месяцев.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ предварительной дегазации подрабатываемых пластов через скважины, пробуренные с дневной поверхности, изложенный во "Временном руководстве по подработке выбросоопасных и газоносных пластов угля и повышению эффективности дегазационных работ в условиях интенсивной их разгрузки на шахтах Карагандинского бассейна", Л., Изд. ВНИМИ, 1988 г., стр. 8-11; 21-26. Способ включает бурение скважин с поверхности в подрабатываемый пласт до его подработки, обсадку нижних участков скважин под пластом перфорированными трубами и подключение их к вакуумному трубопроводу.

Однако такой способ также является недостаточно эффективным из-за непродолжительного срока эксплуатации скважин, так как при подработке участков дегазации нижняя их часть попадает в зону обрушения пород кровли пласта, система выходит из строя, и требуются дополнительные трудозатраты на восстановление или создание новой сети скважин.

Изобретение решает задачу повышения эффективности дегазации подрабатываемых газоносных угольных пластов за счет увеличения продолжительности срока эксплуатации дегазационных скважин и снижения трудозатрат при подготовке и проведении заблаговременных дегазационных мероприятий.

Сущность способа дегазации угольных пластов включает бурение скважин с поверхности в сторону подрабатываемого пласта с последующим подключением ее к насосно-вакуумной станции для извлечения газа из подрабатываемой толщи. В процессе бурения скважин оценивается прочность перебуренных слоев горных пород для выделения из них наиболее прочного слоя с превышением от среднего арифметического значения прочности всех остальных пачек, превышающим 10%. Этот слой должен находиться на минимальном удалении к подрабатывающему пласту, подрабатывающего пласта, а мощность выбранного слоя должна быть не менее 0,1 а, где а - ширина подрабатывающего пласта лавы. Скважина бурится до почвы прочного слоя, а верхняя часть обсаживается на соответствующую глубину, зависящую от угла падения подрабатывающего пласта, расстояния от оси лавы до кромки следующего столба, а также углов разрыва по восстанию, падению или простиранию, выбираемых в зависимости от ориентировки подрабатывающей лавы.

Способ поясняется чертежом, на котором показана схема расположения дегазационных скважин и дегазируемого пласта. На чертеже обозначены: 1 и 2-подрабатывающий и подрабатываемый (дегазируемый) пласты соответственно; 3 -отслаивающийся, трещиноватый слой; 4 - газоэкранирующий прочный слой; 5 - дегазационная скважина; 6 - участок обсадки скважины; 7 - насосно-вакуумная дегазационная станция на поверхности земли; 8 - поверхность отслоения пород трещиноватой пачки 3 от экранирующего слоя 4; 9 - зона обрушенных пород.

Способ осуществляют следующим образом. В сторону подрабатывающего пласта 1 и подрабатываемого пласта 2 до контакта газодренирующего трещиноватого слоя 3 с газоэкранирующим слоем 4 с поверхности земли бурят скважину 5. Причем скважину располагают таким образом, чтобы она находилась около середины лавы на пласте 1, планируемом к отработке. При бурении скважины 5 в каждом пересекаемом слое, пласте или пропластке производят отбор характерных кусков пород и их испытания, например на приборе БП- 14, с целью определения их физико-механических свойств. Методика испытаний описана, например, в "Инструкции по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках" Л., ВНИМИ, 1982, стр. 86-87.

Бурение скважин производят на глубину расположения наиболее прочного газоэкранирующего слоя 4 пород, обычно песчаника, находящегося над зоной 9 обрушения пород на минимальном расстоянии от подрабатывающего пласта 1.

Параметры зоны 9 определяют в зависимости от мощности m отрабатываемого пласта 1 на основании нормативных документов для каждого из действующих угольных месторождений. В частности, для Карагандинского бассейна эта величина равна 6 m.

Наиболее прочный слой 4 выявляют как слой пород с прочностью, превосходящей хотя бы на 10% среднее арифметическое значение прочностей каждого из перебуриваемых слоев, т.е.

,

где X_i - значение прочности на сжатие каждого из породных и угольных слоев;

n - количество породных и угольных слоев в угленосной толще.

Затем вычисляют простое среднее отклонение



после чего выделяют отклонения с положительным знаком и определяют коэффициент вариации



Выделяют слой пород с V 10% и из них выбирают ближайший к упомянутой зоне 9. Значение коэффициента вариации 10% обусловлено обычной точностью определения физико-механических свойств пород. Кроме того, мощность защитного слоя должна составлять не менее 0,1а, где а - ширина лавы подрабатывающего пласта. Параметр 0,1а определен в результате аналитических исследований с привлечением статистики для прочных слоев (см. Герцен А.И., Гончаров Е. В. "Безопасные условия подготовки и отработки газоносных и выбросоопасных пластов". Подземное и шахтное строительство. М" Недра, 1991 N 12, стр. 11-13).

Кондуктор скважины (верхнюю ее часть, до глубины не более f) цементируют, обсаживают к стационарной насосно-вакуумной станции 7, например ПДУ-50. Скважину далее кондуктора можно не обсаживать. Глубину f обсадки скважины определяют в зависимости от угла падения пласта 1, расстояния Y от кромки следующего столба, а также углов разрыва соответственно в сторону восстания, падения или простирания, определяемых в соответствии с "Правилами охраны сооружений от вредного влияния горных работ на угольных пластах". Обсадка скважины 5 в верхней ее части необходима для более длительной и эффективной ее эксплуатации. Соответствующая глубина f обсадки предохранит скважину от разрушения ее осадками и грунтовыми водами в условиях подработки наносных и непрочных осадочных пород.

При соблюдении указанных условий выше зоны 9 полного обрушения пород, обусловленного процессом ведения горных работ по пласту 1, образуется трещиноватая пачка пород 3, контактирующая с прочным газоэкранирующим слоем 4 с выявлением поверхностей (полостей) отслоения 8, определяемых как полости Вебера (см. Гончаров Е.В., Гончарова Л.А. "Деформирование и блокообразование осадочных пород в динамических зонах повышенного горного давления". Сб. Физические процессы горного производства. Спб., СпбГИ, 1992, стр. 36-40).

При этом газ дренируется через зону 9 обрушенных пород кровли по трещинам в отслаивающейся породной пачке 3 и полостям между поверхностями отслоения 8 и монолитным газоэкранирующим слоем 4, откуда по скважине 5, подключенной к насосно-вакуумной станции 7, выделяется на поверхность и далее может быть утилизирован.

Использование заявленного способа по сравнению с известными позволяет повысить эффективность дегазации подрабатываемых газоносных угольных пластов за счет сокращения расхода буровых труб, сокращения времени бурения оборудования скважин, а также увеличения продолжительности их эксплуатации.