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

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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-1tg H, м, l_n=2l_n-1, м

l₀=0,5L₁; =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; - 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 n ₂, 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.