способ предварительной дегазации угольных пластов

Формула изобретения

Способ предварительной дегазации угольных пластов, включающий бурение с дневной поверхности вертикальных дегазационных скважин до пересечения с угольным пластом, отличающийся тем, что производят бурение наклонных дегазационных скважин по восстанию и падению угольного пласта, после этого из них производят бурение горизонтальных дегазационных скважин по простиранию угольного пласта, затем во всех дегазационных скважинах производят гидроразрыв через расстояние, которое определяют опытным путем для каждого угольного пласта, устья дегазационных скважин подключают к газоотсасывающим установкам, полученную метановоздушную смесь очищают от воды и других примесей, сжижают и закачивают в резервуары для хранения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к угольной, и может быть использовано на угольных пластах при подготовке угольного месторождения к отработке с применением газоотсасывающих установок для предварительной дегазации угольных пластов и снижения содержания газа метана в угольном пласте.

Известен «Способ комплексной разработки угольного пласта» (патент РФ № 2251000, кл. E21F 7/00, опубл. 2005.04.27), заключающийся в бурении системы гидравлически связанных скважин, горизонтальной поперечной и направленных, обсаженных и необсаженных по угольному пласту, осуществлении через них гидродинамического и огневого воздействия на угольный пласт.

Недостатками известного технического решения является то, что в нем не проработан технический регламент процесса соединения вертикальных скважин с помощью горизонтальной поперечной скважины. Буровые каналы имеют низкую дебиторскую способность. Процесс повторного розжига угольного пласта приводит к дополнительным материальным затратам.

Известен «Способ дегазации угольного пласта» (патент РФ № 2282722, кл. E21F 7/00, опубл. 2006.08.27), при котором производят бурение с поверхности наклонно-горизонтальной и наклонной скважин по падению угольного пласта, наклонно-горизонтальную скважину соединяют с наклонной скважиной, затем производят бурение нескольких горизонтальных буровых каналов по падению угольного пласта.

Недостатками известного способа является то, что проводится небольшое количество дегазационных скважин (всего две), затем их соединяют между собой горизонтальными буровыми каналами, расстояние между которыми составляет 300-400 м; следовательно, указанный способ приводит к низкой газоотдаче дегазационных скважин.

Известна «Технология предупреждения аварийных ситуаций при подземной разработке угольных пластов» (патент РФ № 2155870, кл. E21F 5/00, опубл. 2000.09.10), принятая за прототип, включающая проведение с дневной поверхности с помощью автономных буровых аппаратов вертикальных и наклонных скважин до продуктивного пласта, осуществление деметанизации угольного пласта и прилегающих пород.

Недостатками известного технического решения является то, что наряду с дегазационными скважинами осуществляют проходку выработок выше и ниже продуктивного пласта, затем из этих выработок проходят скважины в направлении снизу вверх к дневной поверхности, что подразумевает собой присутствие людей и тем самым может привести к аварийным ситуациям.

Задачами заявляемого изобретения являются предварительная дегазация угольных пластов, предотвращение взрывов газа метана при отработке высокогазоносных пластов, снижение содержания газа метана в угольном пласте, увеличение газоотдачи дегазационных скважин, повышение безопасности ведения горных работ.

Технический результат заявляемого изобретения - предварительная дегазация угольных пластов, предотвращение взрывов газа метана при отработке высокогазоносных пластов, снижение содержания газа метана в угольном пласте, увеличение газоотдачи дегазационных скважин, повышение безопасности ведения горных работ.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе предварительной дегазации угольных пластов, включающем бурение с дневной поверхности вертикальных дегазационных скважин до пересечения с угольным пластом, согласно изобретению, после чего производят бурение наклонных дегазационных скважин по восстанию и падению угольного пласта, после этого из них производят бурение горизонтальных дегазационных скважин по простиранию угольного пласта, затем во всех дегазационных скважинах производят гидроразрыв через расстояние, которое определяют опытным путем для каждого угольного пласта, устья дегазационных скважин подключают к газоотсасывающим установкам, полученную метановоздушную смесь очищают от воды и других примесей, сжижают и закачивают в резервуары для хранения.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлены вертикальные 1, наклонные 2 и горизонтальные 3 дегазационные скважины, расположенные вкрест простирания угольного пласта; на фиг.2 представлены вертикальные 1, наклонные 2 и горизонтальные 3 дегазационные скважины, расположенные в плоскости угольного пласта.

Заявляемый способ предварительной дегазации осуществляют следующим образом. Производят бурение с дневной поверхности вертикальной 1 дегазационной скважины до пересечения с угольным пластом, после чего производят бурение наклонных 2 дегазационных скважин по восстанию и падению угольного пласта, после этого из них производят бурение горизонтальных 3 дегазационных скважин по простиранию угольного пласта. Затем во всех дегазационных скважинах производят гидроразрыв через расстояние, которое определяют опытным путем для каждого угольного пласта. Устья дегазационных скважин подключают к газоотсасывающим установкам. Полученную метановоздушную смесь очищают от воды и других примесей, сжижают и закачивают в резервуары для хранения.

Пример конкретного выполнения способа. Бурение дегазационных скважин произведено высокопроизводительным буровым станком Ramtrak фирмы «JOY Mining machinery». Станок смонтирован на гусеничном ходу. Расстояние между дегазационными скважинами определяют опытным путем или по формуле, предложенной ВостНИИ (Восточный научно-исследовательский институт по безопасности труда в угольной промышленности) [Основы горного дела. Снижение влияния газового фактора на повышение производительности очистного забоя и повышение безопасности ведения очистных работ на пластах с высокой газообильностью: учебное пособие / А.В.Ремезов, В.Г.Харитонов, С.И.Хлудов и др. - Кемерово: Кузбас-свузиздат, 2006, с.35]:

,

где - коэффициент, учитывающий влияние пространственного расположения скважин на их производительность;

К_в - коэффициент, учитывающий влияние величины вакуума на производительность дегазационных скважин;

J_o - начальное удельное газовыделение из скважин при естественном истечении метана, м³/м сут;

m - мощность пласта, м;

_у - удельный вес угля;

К _дег.пл. - необходимый коэффициент дегазации пласта, доли ед.

По нашим расчетам расстояния между вертикальными дегазационными скважинами составляют около 250-300 метров. Эта цифра весьма условна и плотность размещения вертикальных скважин определяется в индивидуальном порядке.

Для увеличения газоотдачи дегазационных скважин в них производят гидроразрыв. Для этого в дегазационные скважины закачивают жидкость разрыва в объемах, требующихся для создания в скважине давления, необходимого для разрыва угольного массива. Как правило, используют жидкости двух видов: жидкость разрыва (углеводородные, водные растворы) и жидкость-наполнитель (смесь воды с песком).

Устья дегазационных скважин подключают к модульным дегазационным установкам фирмы «PGM-Lenetal». На каждой дегазационной скважине предусматриваются устройства для включения ее в общую дегазационную систему и отключения от нее, контроля дебета метана, улавливания воды, а также для набора проб газа и замера разрежения у устья скважины. Для увеличения эффективности дегазации устье скважины качественно герметизируют. Герметизацию скважин производят цементным раствором (цемент марки 600-700). Глубина герметизации должна быть не менее 5 м.

Предварительная дегазация угольных пластов достигается проведением вертикальных, наклонных и горизонтальных дегазационных скважин по угольному пласту до начала работ по вскрытию и подготовке шахтного поля.

Предотвращение взрывов газа метана при отработке высокогазоносных пластов достигается снижением содержания газа метана в угольном пласте до безопасной концентрации путем предварительной дегазации.

Снижение содержания газа метана в угольном пласте достигается проведением наклонных и горизонтальных дегазационных скважин непосредственно по угольному пласту, что обеспечивает высокую дебиторскую способность дегазационных скважин.

Увеличение газоотдачи дегазационных скважин достигается применением гидроразрыва во всех дегазационных скважинах через определенное расстояние, которое определяется опытным путем. Применение гидроразрыва увеличивает проницаемость угольного пласта за счет образования трещин или расширения и углубления в нем естественных трещин.

Повышение безопасности ведения горных работ достигается предварительной дегазацией угольных пластов и отсутствием людей при проведении дегазационных скважин.

Таким образом, заявляемый способ предварительной дегазации угольных пластов позволяет достичь предварительной дегазации угольных пластов, предотвращения взрывов газа метана при отработке высокогазоносных пластов, снижения содержания газа метана в угольном пласте, увеличения газоотдачи дегазационных скважин, повышения безопасности ведения горных работ.