Технические науки/10. Горное дело

 

Д.т.н. Сластунов С.В.

Московский государственный горный университет

к.т.н. Ютяев Е.П., к.т.н. Мазаник Е.В.

ОАО «СУЭК-Кузбасс»

 

Технологические решения по управлению газовыделением на выемочном участке при  дегазационной подготовке угольных пластов к интенсивной и безопасной разработке.

 

 

Для совершенствования системы метанобезопасности в части дегазационной подготовки разрабатываемых газоносных угольных пластов следует решить следующие основные принципиальные вопросы:

- выявить наличие «газового барьера» и его масштаб, то есть наличие целесообразности и необходимости проведения пластовой (заблаговременной, предварительной, текущей) дегазации;

- обосновать  методологию  выбора основных технологических схем по управлению газовыделением при заблаговременной (предварительной) дегазационной подготовке угольных пластов;

- научно обосновать методологические подходы к оценке  метаноизвлекаемости из неразгруженных от горного давления угольных пластов через дегазационные скважины, пробуренные с поверхности;

- обосновать и разработать конкретную, адекватную горно-геологическим и горнотехническим условиям технологическую схему пластовой дегазации.

На основе исследований [1-5] были разработаны методические рекомендации по выбору рациональных технологических схем управления газовыделением при обоснованном применении заблаговременной (предварительной) дегазационной подготовки запасов угля, которые  предусматривают выполнение двух основных этапов.

На первом этапе решаются три вопроса:

1) Определяется целесообразность проведения дегазационных работ. Основным моментом тут является определение ограничений на нагрузку на очистной забой по газовому фактору с использованием нормативных документов с  уточнением на базе последних научных исследований процессов метановыделения из разрабатываемых угольных пластов в очистной забой при высокопроизводительной добыче угля.

2) Определяется уровень метаноизвлекаемости из разрабатываемого угольного пласта, то есть прогнозируется возможный дебит метана из дегазационных скважин, и определяются потенциальные возможности по снижению газовыделения в очистной забой из разрабатываемого пласта после его дегазации.

3)Определяется резерв времени, имеющийся в запасе на проведение дегазации подлежащего разработке угольного пласта. Эффективность большинства схем дегазации зависит от времени, отпущенного на извлечение метана из соответствующего источника его поступления в горные выработки. Этим фактором предопределяется ограниченная эффективность оперативных (текущих) технологий дегазации, применяемых совместно с ведением основных гонных работ. Известно, что при применении пластовой дегазации из подготовительных выработок максимальный удельный съем во многом  ограничен именно по фактору времени: опережение подготовительными работами очистных редко превышает 6 месяцев, а значительно часто этот период еще меньше.

Известно [1], что заблаговременная дегазационная подготовка неразгруженного от горного давления пласта (ЗДП) эффективно применяется при сроках на дегазацию 3-5 и более лет. При сроке заблаговременности менее 1-3 лет речь может идти о предварительной дегазации (ПДП) [5]. Необходимо отметить, что такое временное деление упомянутых способов пластовой дегазации достаточно условно и не имеет принципиального значения. Более важно здесь то, что при наличие резерва времени на дегазацию более 3-5 лет можно эффективно применять известную технологию гидрорасчленения угольных пластов через скважины с поверхности (ГРП), достигая основной эффект по снижению газовыделения в горные выработки за счет заблаговременного извлечения метана из пластов на поверхность. При меньших сроках в определенных горно-геологических условиях (в основном при определенных глубинах залегания угольных пластов и их природной газопроницаемости) этот эффект может быть недостаточным и необходимым требованием будет применение комплексной схемы дегазации, включающей в себя необходимость применения последующей пластовой дегазации из подготовительных выработок в зонах ГРП. Из мировой и отечественной практике [1] известно, что в этих случаях дебит подземных пластовых скважин может быть в 5-10 раз выше, чем при отсутствии заблаговременных воздействий с поверхности по увеличению природной газопроницаемости массива.

На втором этапе исходя из трех изложенных факторов необходимо научное обоснование конструирования общей технологической схемы пластовой дегазации, предусматривающей применение основной (базовой) технологии (например, при обоснованном применении заблаговременной дегазации, гидрорасчленение угольных пластов с последующим извлечением метана на поверхность, либо гидрорасчленение угольного пласта без освоения скважин), либо ее усиление вспомогательными (повышающими эффективность основной схемы) и дополнительными (интенсифирующими газовыделения из неблагоприятно функционирующей скважины ГРП) видами активного воздействия на неразгруженный угольный пласт через скважины с поверхности.

Для шахты «Котинская» (первый из рассмотренных ранее вариантов возможного внедрения работ по ЗДП в Кузбассе) даже при первоначальной плановой нагрузке на лаву  в 20000 т/сут возникают ограничения по газу в 1,5 раза. При задаче обеспечения нагрузки в 30000 т/сут ограничения нагрузки по газовому фактору значительно возрастет.

В связи с ограниченным резервом времени на дегазацию и первым опытом работ по ЗДП на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» разработанными техническими рекомендациями предусматривалась поэтапная  дегазация пласта 52, включающая, в случае необходимости (при недостаточном извлечении метана на поверхность через скважины с поверхности) применение гидратации пласта и последующее гидровоздействие в режиме фильтрации.  Дополнительная схема могла быть определена в дальнейшем по результатам диагностики скважин.

В качестве базовой технологии пластовой дегазации была рекомендована технологическая схема ЗДП с последующей гидратацией пласта. Для этого после ГРП ведется освоение скважин с извлечением воды и газа на поверхность, а за 3-6 месяцев до подхода горных работ к зоне дегазации скважина перестает осваиваться и в пласт периодически (не реже 1 раза в неделю) подается вода для поддержания столба воды в скважине для более полного увлажнения углегазоносного массива за счет сил самодвижения воды (например, капиллярных сил) и блокирования оставшегося в пласте метана в мельчайших порах  и трещинах угля.

Дополнительная схема воздействия (способ интенсифмкации газовыделения из скважины) может быть определена в дальнейшем по результатам диагностики скважин.

ЗДП обоснованно может применяться в тех случаях, когда требуемая эффективность пластовой дегазации для снятия «газового барьера» составляет 0,3-0,4 и более. В тех случаях, когда эта величина находится на уровне 0,2 и ниже, проблему пластовой дегазации может решить пластовая дегазация, осуществляемая из подземных подготовительных выработок в традиционном исполнении (ППД) без применения мероприятий по повышению газоотдачи угольных пластов [5], что вполне удовлетворительно применялось на шахтах им. Кирова и «Котинская» в последние годы. В тех случаях, когда требуемая эффективность пластовой дегазации выше 0,2 ППД должна применяться в вариантах, предусматривающих интенсификацию газовыделения из скважин на основе применения активных воздействий. В этом направлении необходим  отметить перспективы применения различного рода пневмовоздействия (автореверсивное пневмовоздействие, циклическое пневмовоздействие), разработанных коллективом исследователей МГГУ совместно со специалистами шахты им. Кирова и ОАО «СУЭК-Кузбасс», что будет более подробно освещено в других докладах.

 

Литература:

 

•                                                                                                                                                                                                                                                                                           Пучков Л.А., Сластунов С.В., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. М., изд-во МГГУ, 2002, 383 с. (монография).

•                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Пучков Л.А., Сластунов С.В. (МГГУ), Логинов А.К., Ютяев Е.П., Мазаник Е.В. (ОАО «СУЭК-Кузбасс»), Предпосылки промышленной апробации технологии заблаговременной дегазационной подготовки высокогазоносных угольных пластов в Кузбассе. М., ГИАБ, тематическое приложение БЕЗОПАСНОСТЬ,отдельный выпуск №6, 2008.

•                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Пучков Л.А., Сластунов С.В., Логинов А.К., Ютяев Е.П. Принципиальные технологические решения для промышленной апробации технологии заблаговременной дегазационной подготовки высокогазоносных угольных пластов в Кузбассе. Научно-технический журнал «Наука и Техника в газовой промышленности», №3(39), 2009.

•                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Каркашадзе Г.Г., Сластунов С.В., Ютяев Е.П. Оценка поитенциального уровня извлекаемости метана из угольных пластов.М., ГИАБ, № 11, ОВ – Метан, 2009.

•                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Рубан А.Д., Артемьев В.Б., Забурдяев В.С., Захаров В.Н., Логинов А.К., Ютяев Е.П. Подготовка и разработка высокогазоносных угольных пластов. М., Изд. «Горная книга», 210, 500 с.