Технические науки/10. Горное дело

Д.т.н. Сластунов С.В.

Московский государственный горный университет

К.т.н. Стефлюк Ю.М., инж. Полчин А.И.

Угольный департамент АО «АрселорМиттал Темиртау»

Оценка эффективности комплексной многостадийной пластовой дегазационной подготовки особовыбросоопасного пласта Д₆ на поле шахты Казахстанская»

Согласно разработанной методики проведения работ по оценке эффективности заблаговременной дегазационной подготовке угольных пластов на шахтах Карагандинского бассейна, в частности, на западном крыле шахты «Казахстанская», в настоящий период оценка ведется в увязке с основными горными работами на выемочном участке 312-Д₆-1-З.

Комплексная пластовая дегазация предусматривает заблаговременную дегазацию пласта Д₆ скважинами с поверхности (ЗДП) с гидрорасчленением пласта Д6 (ГРП) в различных технологических вариантах (первая стадия работ по пластовой дегазации, которая была осуществлена в 2000-2012 гг.).

Для повышения эффективности проведения подготовительных пластовых выработок на второй стадии проведена дегазация приконтурного для будущей пластовой подготовительной выработки углегазоносного массива с использованием газодренажных скважин, пробуренных из полевых газодренажных выработок. На третьей стадии ведется дегазация пласта Д6 с использованием подземных пластовых скважин, пробуренных из вентиляционного и конвейерного штреков на выемочном участке 312-Д₆-1-З.

Для оценки эффективности работ нами предусматривалась поэтапная оценка результатов комплексной пластовой дегазации особо выбросоопасного пласта Д₆.

На первом этапе оценка эффективности велась по суммарному съему метана из скважин ГРП за весь период освоения и эксплуатации скважин. На этом этапе определялась прогнозная величина снижения природной газоносности на стадии ЗДП (∆Х₁). Эта величина для скважин ГРП №№№ 23,24,37,31,25, 29 и 28 оценивалась экспериментальным участком УСШМД.

Фактические данные подтверждают, что в зоне обработки скважин ГРП природная газоносность пласта Д6 снизилась на 4-7м³/т.

На втором этапе определялась газоносность пласта (Х₁) по исследованию штыба в лаборатории ДМТ. Штыб отбирался в процессе бурения газодренажных скважин из полевого газодренажного штрека.

По фактическим измерениям газоносность угля в зоне влияния скважин ГРП №№ 28,29 составила 8,5÷13,0 м³/т с.б.м. (среднее значение – 9,5 м³/т с.б.м). Вне зоны ГРП: до 17,5 м³/т с.б.м. (среднее – 15 м³/т с.б.м.).

Таким образом, в зоне ГРП газоносность пласта составила 5,8 ÷ 8,8 м³/т (среднее 6,5 м³/т), вне зоны 12 м³/т (среднее 10 м³/т), т.е. снижение газоносности ∆Х₁=5,5 м³/т, что удовлетворительно сходится с данными определения по суммарному съему метана из скважин ГРП за весь период освоения и эксплуатации скважин.

На третьем этапе исследовалась динамика съема газа из газодренажных скважин для определения констант сорбции угля a и b, проницаемости пласта K и пластового давление Р_пл). Удалось получить данные по 4 скважинам, которые герметизировались специальными герметизаторами. Пластовое давление Р_пл составило 2,7÷3,3 МПа. Газоносность отобранного во время бурения экспериментальных скважин угля определялась в лаборатории ДМТ и составило 13,7÷14,9 м³/т , a = 0,5; b = 0,021. Экспериментальные скважины были пробурены в перифирийной части скважин ГРП или практически вне зон ГРП, велась отработка технологии получения приведенных выше параметров и характеристик угольного пласта. В дальнейшем от герметизации скважин отказались вследствие небезопасности и сложности работ и оценка эффективности дегазационных работ в дальнейшем велась только по газоносности, которая определялась в лаборатории ДМТ в УСШМД.

На четвертом этапе оценивался общий съем метана из газодренажных скважин. Съем метана одним кустом газодренажных скважин в зонах ГРП и вне зон ГРП показывает, что интенсивность извлечения метана в зонах ГРП в 2 раза выше, чем вне зон ГРП.

Оценочный расчет в пересчете на дегазируемый контур пластовой выработки показывает, что в указанных зонах съем условно составляет соответственно 20 и 10 м³/т соответственно. Более объективно этот съем отнести к объему всего выемочного столба, т.к. газодренажные скважины подсекают трещины гидрорасчленения и имеют самый непрогнозируемый контур питания.

На пятом этапе оценка эффективности дегазационных работ ведется по фактической газообильности пластовой подготовительной выработке (пересчет на текущую газоносность пласта Х₂). На этом этапе определяется эффективность комплекса (ГРП + газодренаж). Установлено, что среднее значение в зонах ГРП текущей газоносности Х₂ =6 м³/т. Вне зон ГРП - до 13,5 м³/т. Т.е. фактическая эффективность данной комплексной дегазации по снижению газоносности пласта составила ∆Х₃=7,5 м³/т

На шестом этапе оценка ведется по газоносности штыба, отбираемого на стадии бурения пластовых выработок из пластового штрека с глубины 20-35 м (Х₃). На данном этапе также экспериментально оценивалась фактическая эффективность комплекса (ГРП + частично газодренаж).

По фактическим данным в зоне ГРП Х₃ =8÷10 м³/т с.б.м. (среднее значение 8,5 м³/т с.б.м.). Вне зоны ГРП величина Х₃ возрастала до 16 м³/т с.б.м.Т.о. было установлено, что ∆Х₄=7,5 м³/т с.б.м.

Порезультатам натурных исследований установлено, что в зоне ГРП Х₃ = 6 ÷ 13 м³/т с.б.м. (среднее 9,0 м³/т с.б.м.).

Вне зоны ГРП: величина Х₃ увеличивается до 18 м³/т с.б.м.

Следовательно, фактически было установлено, что ∆Х₄=8 ÷ 9 (в среднем - 8,5) м³/т с.б.м.

На седьмом этапе оценка ведется по фактическому съему метана на стадии подземной пластовой дегазации (ППД) из скважин, пробуренных из пластовых подготовительных выработок (∆Х₅).

Исследован фактический съем соответственно из нисходящих и восстающих скважин, пробуренных соответственно из вентиляционного и конвейерного штреков участка 312-д6-1-з. Результаты исследований, позволяют правильно спрогнозировать дальнейший возможный съем метана, т.к.процесс извлечения газа в различных блоках участка продолжается.

Был выполнен конкретный расчет фактического снижения газоносности пласта на этой стадии работ по интегральному съему метана из скважин подземной пластовой дегазации (ППД). Показано, что в блоке №1 (первый из отработанных очистными работами участок) достигнуто фактическое снижение газоносности пласта ∆Х₅ = 3,3 м³/т.

Для блока № 1 можно констатировать, что достоверное фактическое снижение газоносности пласта Д₆ составляет:

∆Х₄ +∆Х₅= 7,5 + 3,3 = 10,8 м³/т.

Баланс достижения этого эффекта следующий:

6,0 м³/т (ГРП) + 1,5 м³/т (газодренаж) + 3,3 м³/т (ППД)= 10,8 м³/т.

Учитывая, что эффективность газодренажа и подземной пластовой дегазации (ППД) в зонах ГРП увеличивается в 2 и более раза, то без стадии ЗДП (ГРП) снижение газоносности могло бы составить не более, чем на 2,4 м3/т (0,75 м³/т (газодренаж) + 1,65 м³/т (ППД) = 2,4 м³/т ) со всеми из этого вытекающими последствиями по интенсивности и безопасности ведения горных работ.

На восьмом этапе еще также предстоит оценить съем метана при бурении и эксплуатации дополнительных передовых скважин. Последнее мероприятие обусловлено необходимостью предотвращения внезапных прорывов газа с динамическим разломом почвы, связанных с резкой разгрузкой нижнего слоя разрабатываемого пласта Д₆, характеризующегося наличием тектонически перемятой мягкой пачки угля.

В настоящее время ведется уточнение истинной природной газоносности пласта Д₆ на первоочередных объектах работ (вне зоны всяких дегазационных работ) с помощью лаборатории ДМТ и определение газоносности мягкой перетертой нижней пачки пласта Д₆. Последнее было невозможно выполнить по методике определения газоносности ДМТ (фракции перемятой пачки менее 2 мм), но возможно сделать на основе сравнения газоемкости верхней и нижней пачек в вышеуказанной лаборатории.

Необходимо отметить, что приведенный выше анализ эффективности комплексной пластовой дегазации носит предварительный характер и основная оценка выполненному комплексу пластовых дегазационных работ может быть обоснованно сделана только после завершения очистных работ на выемочном участке 312- Д₆-1-З (первичная достоверная оценка) и отработке нижележащих лав. Тем не менее, можно констатировать, что трехстадийная дегазация особовыбросоопасного пласта Д₆ существенно снижает вероятность развязывания внезапных выбросов угля и газа вследствие существенного снижения природной газоносности пласта, величина которого по настоящей предварительной оценке характеризуется снижением на величину не менее 10,8 м³/т. Эффект по снижению выбросоопасности достигается за счет снижения газовой энергии массива и существенного снижения напряженного состояния угольного пласта, связанного с его усадкой в процессе дегазации, обеспечивающей значительную разгрузку пласта.