Повышение эффективности дегазации угольных пластов

- © Р.Д. Магомет, A.A. Мешков, 2015

УДК 622.324:547.211

Р.Д. Магомет, A.A. Мешков

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Рассмотрены аспекты увеличения производительности добычных работ при пластовой дегазации угольного пласта, приведены результаты эксперимента повышения газоотдачи дегазационных скважин.

Ключевые слова: дегазация, эффективность дегазации, гидроимпульсное воздействие, метан угольных пластов.

Создание безопасных условий при добыче угля при внедрении высокоэффективных технологий и современной техники — актуальная проблема угледобывающей отрасли России.

Традиционно из-за взрывоопасности метановоздушных смесей метан рассматривается как одна из основных опасностей отработки угольных месторождений.

Повышение темпов подвигания очистных забоев обостряет проблему управления газовыделением при проведении подготовительных выработок. В результате возрастания диспропорции между темпами подготовительных и очистных работ значительно ухудшаются технико-экономические показатели отработки. Доля шахт третьей категории и сверхкатегорных в настоящее время превысила 65%, а объем их добычи - 70 ^ 75 % от общего.

Анализ опыта работ показал, что на газовых шахтах капиталовложения на 1 т добычи угля на 25^30% выше, себестоимость в 1,5^2,5 раза больше, нагрузка на очистной забой и производительность труда рабочего ниже соответственно на 40^60 % и 25^30 %, чем в аналогичных условиях, но в не газовых шахтах. [3, 8, 9]

Средние затраты на дегазацию изменяются по бассейнам, достигая в Карагандинском и Печорском бассейнах 8^10 % себестоимости добычи угля. Прирост добычи угля за счет снижения ограничения по газовому фактору составляет 20^50 % [1].

Характерная черта современной дегазации - рост газовыделения, с одной стороны, а с другой - усложнение условий применения и снижение эффективности способов дегазации. Возрастание с глубиной газоносности угольных пластов наряду с уменьшением газопроницаемости последних приводит к снижению эффективности дегазации. Так, увеличение глубины разработки с 300-400 до 600-800 м снизило эффективность предварительной дегазации пластов в Карагандинском и Донецком бассейнах в 1,5^2 раза [2, 4, 6].

Значительно осложняет разработку пластов возрастающая с глубиной их выбросоопасность. Проведение подготовительных выработок в таких условиях производится с применением локальных противовыбросных мероприятий. Это приводит к значительному ухудшению технико-экономических показателей проведения выработок: темпы снижаются в 1,5^2 раза, производительность труда проходчиков - в 1,2^1,4 раза ниже по сравнению с показателями, достигнутыми при проведении выработок по пластам, не опасным по внезапным выбросам угля и газа.

Таким образом, возрастающие с глубиной газоносность и вы-бросоопасность угольных пластов приводят к снижению темпов проведения пластовых выработок, росту трудоемкости работ и, в конечном счете, увеличению затрат на проведение выработок.

На современном этапе основные проблемы контроля и управления газовыделением заключаются в следующем:

• кардинально различается подход к контролю и управлению вентиляционными и дегазационными системами;

• состояние вентиляции контролируется постоянно;

• дегазационные системы, с помощью которых удаляется от 40 до 75% газа из шахты, контролируются эпизодически;

• отсутствует автоматизированный контроль системы дегазации, что не позволяет адекватно оценивать газовую обстановку;

• несовершенна и методика расчета дегазационных систем.

В настоящее время разработаны и используются более 30

способов и технологических схем дегазации. Среди них наиболее распространены:

• предварительная пластовая дегазация;

• дегазация выработанного пространства скважинами, пробуренными с поверхности;

• дегазация выработанного пространства и спутников скважинами, пробуренными из подготовительных выработок;

• барьерная дегазация.

Наиболее широко и эффективно применяются способы текущей дегазации, обеспечивающие извлечение метана из разгруженного массива. После крупных аварий на шахтах Кузбасса в 2007-2010 гг. стало расширяться применение предварительной пластовой дегазации неразгруженных угольных пластов. Однако эффективность этого способа остается низкой и не превышает, как правило, 10-15 %.

Эффективность предварительной дегазации определяется газопроницаемостью угольных пластов, сеткой заложения скважин и продолжительностью их эксплуатации. Количество извлекаемого метана при применении данного способа с увеличением глубины залегания пластов постоянно возрастает, однако это происходит не за счет расширения области его применения, а вследствие увеличения плотности бурения скважин и вовлечения в разработку запасов угля с соответствующими условиями. Доля метана, извлекаемого этим способом, постоянно снижается и не превышает 6 %. Повышение эффективности обеспечивает применение пересекающихся скважин, однако и в этом случае при высокопроизводительной отработке часто не достигается необходимой степени дегазации, кроме этого сохраняется проблема совмещения очистных и дегазационных работ.

Значительно повысить эффективность пластовой дегазации удалось при комплексном способе, где пластовые скважины были использованы в зонах гидрорасчленения. Коэффициент интенсификации газовыделения при этом составил 3 -7, а концентрация метана изменилась от 21 до 90 % и среднем составляла 48%, что выше, чем у обычных пластовых скважин [5, 6].

После 1973 г. одним из важнейших направлений стало снижение выбросоопасности угольных пластов.

Одной из ключевых задач в области обеспечения метано-безопасности при значительном росте нагрузок на очистные забои становится задача разработки эффективной технологии пластовой дегазации, так как ее эффективность на уровне 1020% не может снять существенных ограничений на нагрузки на очистные забои по газовому фактору.

На сегодняшний день разработано большое количество различных технических предложений по интенсификации газоотдачи метаноносных угольных пластов, основывающихся на применении различных методов техногенного воздействия на угольный пласт (гидравлических, механических, физико-химических, микробиологических и т.д.).

Новый эксперимент по повышению газоотдачи дегазационных скважин пласта «Болдыревский», пробуренных параллельно очистному забою из участковых подготовительных выработок, за счет гидроимпульсного воздействия показал: что гидроимпульсное воздействие на дегазационную скважину способствует увеличению ее газоотдачи в течение первых суток на 70%.

В результате анализа проведенных экспериментальных работ можно заключить, что гидроимпульсное воздействие на горизонтальную скважину, пробуренную по угольному пласту, приводит к устойчивому повышению концентрации газа метана в соседних кустовых дегазационных скважинах, пробуренных по угольному пласту горизонтально и наклонно. Причем, повышенная концентрация сохраняется в течение суток и не смотря на постепенное снижение, тем не менее не достигает начальных показателей даже по прошествии 24 часов.

При этом, снижение концентрации газа в наклонной дегазационной скважине носит более плавный характер, чем в горизонтальной и по истечении 24 часов превышение концентрации газа в скважине сохраняется выше начального, т.е. газоотдача выше чем в горизонтальной в 4,6 раза.

Эффект повышения газоотдачи дегазационной пластовой скважины в результате гидроимпульсного воздействия прослеживается как устойчивый на протяжении 48 часов.

Характерные колебания показателей концентрации метана в исследуемых скважинах, свидетельствуют о наличии и влиянии процессов, происходящих во вмещающих угольный пласт породах, которые могут активизироваться в результате ведения горных работ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Галазов P.A., Айруни А. Т., Сергеев И. В. и др. Газообильность каменноугольных шахт СССР. Эффективные способы искусственной дегазации угольных пластов на больших глубинах. - М.: Наука, 1987. - 198с.

2. Гуревич Ю.С. Извлечение кондиционного метана при подземной разработке угольных месторождений и технологические решения по его использованию: Дисс. ...д. т. н. - М.: МГИ, 1990.- 531с.

3. Красюк H.H. Повышение эффективности работы шахт на основе промышленного использования метана: Дисс. д.т.н. - М.: 1992. -412с.

4. Кузнецов С.В., Кригман Р.И. Природная проницаемость угольных пластов и методы её определения. -М.: Наука, 1978. -122с.

5. Мукаев М.Т. Разработка технологии интенсивной подготовки и отработки пологих газоносных угольных пластов на глубоких горизонтах шахт: Дисс. ... канд. техн. наук. - М.: МГИ. 1988. -136с.

6. Рубан А.Д., В.Б. Артемьев, В.С. Забурдяев, В.Н. Захаров, А.К. Логвинов, Е.П. Ютяяев. Подготовка и разработка высоко-газоносных угольных пластов. Москва : Горная книга, 2010.

7. Томашев H.H. Исследование снижения газообильности выемочных участков в зонах гидрорасчленения, микробиологического, физико-химического и многостадийного воздействия. Дисс. к.т. н. — М.: МГИ, 1976.

8. Повышение безопасности труда в шахтах по газовому фактору / Зырянов С.А., Петров Н.Н., Гуляев O.E., Примысская В.В. // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной пром-сти: сб. тр. XI междунар. науч. — практ. конф., Кемерово, 15-18 сент. 2009. — Кемерово: ИУУ СО РАН и др., 2009. — С.26-28. — Библиогр.: 5 назв.

9. Подготовка и разработка высокогазоносных угольных пластов (справ. пособие) / Рубан А. Д., Артемьев В. Б., Забурдяев В. С. и др. — М.: Горная книга, 2010. — 500 с. — Библиогр.: 76 назв. — (Б-ка горного инженера). ШИН

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Магомет Ростислав Дмитриевич — кандидат технических наук, доцент, rmagomet@yandex.ru, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Мешков Анатолий Алексеевич — кандидат технических наук, технический директор ОАО «СУЭК-Кузбасс», meshkovaa@suk.ru.

UDC 622.324:547.211

IMPROVE THE EFFICIENCY OF THE DEGASSING OF COAL SEAMS

Magomet R.D., PhD in engineering, Professor, rmagomet@yandex.ru, National mineral resources university «University of Mines», Russia,

Meshkov A.A., technical director of OJSC «SUEK-Kuzbass», Candidate of Technical Sciences, meshkovaa@suk.ru, Russia.

Aspects of increasing the productivity of mining operations at reservoir coal seam de-gasification, the results of the experiment increase hasoutdata degasification wells.

Keywords: degassing, degassing efficiency, pulse effects, coal bed methane.

REFERENCES

1. Galazov R.A., Ajruni A.T., Sergeev I.V. i dr. Gazoobil'nost' kamennougol'nyh shaht SSSR. Jeffektivnye sposoby iskusstvennoj degazacii ugol'nyh plastov na bolshih glubinah (Gas coal mines in the USSR. Effective methods of artificial degassing of coal seams at great depths). Moscow: Nauka, 1987. 198 p.

2. Gurevich Ju.S. Izvlechenie kondicionnogo metana pri podzemnoj razrabotke ugolnyh mestorozhdenij i tehnologicheskie reshenija po ego ispol'zovaniju (Removing conforming methane in underground coal mines and technological solutions for its use): Diss. ...d. t. n. Moscow: MGI, 1990. 531 p.

3. Krasjuk N.N. Povyshenie jeffektivnosti raboty shaht na osnove promyshlennogo is-pol'zovanija metana (The efficiency of the mines based on the industrial use of methane): Diss. d.t.n. Moscow: 1992. 412 p.

4. Kuznecov S.V., Krigman R.I. Prirodnaja pronicaemost' ugol'nyh plastov i metody ejo opredelenija (Natural permeability of the coal seams and methods of its determination). Moscow: Nauka, 1978. 122 p.

5. Mukaev M.T. Razrabotka tehnologii intensivnoj podgotovki i otrabotki pologih ga-zonosnyh ugol'nyh plastov na glubokih gorizontah shaht (Development of technology intensive preparation and testing of gentle gas-bearing coal seams deep mines): Diss. ... kand. tehn. nauk. Moscow: MGI. 1988. 136 p.

6. Ruban A.D., V.B. Artem'ev, V.S. Zaburdjaev, V.N. Zaharov, A.K. Logvinov, E.P. Jutjajaev. Podgotovka i razrabotka vysoko-gazonosnyh ugol'nyh plastov (Preparation and development of high-gas-bearing coal seams). Moscow: Gornaja kniga, 2010.

7. Tomashev N.N. Issledovanie snizhenija gazoobilnosti vyemochnyh uchastkov v zonah gidroraschlenenija, mikrobiologicheskogo, fiziko-himicheskogo i mnogostadijnogo vozdejstvija (The study reduce gazoobilnosti excavation sites in the areas of geroestinenny, microbiological, physico-chemical and sequential effects). Diss. k.t. n. Moscow: MGI, 1976.

8. Povyshenie bezopasnosti truda v shahtah po gazovomu faktoru (Improving safety in mines gas factor)/ Zyrjanov S.A., Petrov N.N., Guljaev O.E., Primysskaja V.V. // Jener-geticheskaja bezopasnost' Rossii. Novye podhody k razvitiju ugol'noj prom-sti: sb. tr. XI mezhdunar. nauch.-prakt. konf., Kemerovo, 15-18 sent. 2009. Kemerovo: IUU SO RAN i dr., 2009. pp. 26-28. Bibliogr.: 5 nazv.

9. Podgotovka i razrabotka vysokogazonosnyh ugol'nyh plastov (sprav. posobie) (Training and development of a high content of coal seam gas)/ Ruban A.D., Artem'ev V.B., Zaburdjaev V.S. i dr. Moscow: Gornaja kniga, 2010. 500 p. Bibliogr.: 76 nazv.