Заблаговременное снижение выбросоопасности угольных пластов путем активных воздействий через скважины с поверхности

К.С. Коликов, к.т.н., С.М. Горбунов, к.т.н., К.А. Николаев, А.А. Шипулин

Московский государственный горный университет

ЗАБЛАГОВРЕМЕННОЕ СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПУТЕМ АКТИВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ЧЕРЕЗ СКВАЖИНЫ С ПОВЕРХНОСТИ

В 1982-83 гг. в ходе промышленной проверки метода заблаговременного снижения вы-бросоопасности угольных пластов путем их гидрорасчленения была проведена обработка мощного выбросоопасного пласта d6 на поле шахты им. В.И.Ленина Карагандинского бассейна. Темп закачки рабочей жидкости составлял 80-90 л/с. Закачка раствора соляной кислоты осуществлялась темпом 40-50 л/с. Объем закачки через одну скважину составлял в среднем около 5600 м3, всего было закачано 78 тыс.м3 рабочей жидкости и обработано около 4 млн т запасов угля на участке шахтного поля размером 500 м по падению и 1500 м по простиранию.

Освоение скважин осуществлялось до 1991 г., за это время было извлечено более 18 млн м3 метана при концентрации 9599%. Фактически эксплуатировалось 13 скважин, т.к. скважина №14 была подрезана горными работами по пласту d9.

Наиболее подробные наблюдения и исследования по оценке эффективности способа выполнены при проведении в 1986-87 гг. подготовительной выработки (разведочного ходка) в зоне скважины №6 (рис.1). Гидрорасчленение было выполнено в 1983 г. со следующими параметрами: объем

закачки 6067 м3 рабочей жидкости и 100 т соляной кислоты, максимальный темп - 92,8 л/с.

Освоение скважины осуществлялось глубинным насосом с приводом от станка - качалки 6СК-4 с сентября 1983 г. и ко времени проведения подготовительной выработки (ноябрь 1986 г.) было извлечено 2223 тыс.м3 метана, средний съем с тонны запасов составил 6,9 м3.

Выработка проводилась с бурением газодренажных скважин на нижний слой, поэтому скорость ее проведения практически не изменилась. В качестве участков сравнения были взяты конвейерный бремсберг 25-Д6-1В и часть разведочного ходка вне зоны влияния скважины. Результаты оценки эффективности гидрорасчленения приведены в табл. 1.

Несмотря на то, что к моменту проведения выработки из обработанного участка извлечено 2223 тыс.м3 метана, на начало проведения выработки и до ее подхода к створу скважины №6 дебит метана из скважины на поверхность составлял 1,3 м3/мин.

Это сказалось на результатах прогноза выбросоопасности по показателю Rl (см. табл.1). На участке сравнения этот показатель изменялся в пределах - 2,0 -г-31,5 и в 25% из общего количества замеров превышал критическое значение. В зоне скважины 6 изменение этого показателя происходило в пределах - 4 -г- 42 и в 64% случаях из общего количества он превышал критическое значение. 0бусловлено это высокой (до 30 л/мин) начальной скоростью газовыделения из метровых интервалов прогнозного шпура при пересечении на глубине 4-6 м от забоя трещин расчленения, по которым газ с периферии зоны двигался к скважине № 6. Контроль по динамике газовыделе-ния из прогнозных шпуров во времени показывал неопасные значения (0,7-1,0). Вне зоны этот показатель имел опасные значения и составлял (0,2-0,5).

Газообильность подготовительной выработки на участках сравнения в конвейерном. бремсберге 25-Д6-1В составляла 3,8м3/мин при отсутствии работ, 5,0 м3/мин

при работе комбайна и 7,0 м3/мин при бурении скважин. После выхода разведочного ходка из зоны расчленения при длине тупика 230-280 м эти показатели составили соответственно 8,0 ; 1 1,2 и 10,8 м3/мин.

В зоне скважины №6 газо-обильность разведочного ходка соответственно составляла 1,2; 1,7 и 1,5 м3/мин, при длине тупика до 100 м и 5,0; 6,0 и 6,0 м3/мин при длине тупика 200 м.

Газообильность призабойной части выработки (20 м от забоя) в конв. бремсберге составляла 1,8 м3/мин. При подходе к скв. №6 она снизилась до 0,8 м3/мин, затем на участке 100-150 м проведения разведочного ходка возросла до 2,0 м3/мин при пересечении крупных (зиянием до 20мм) трещин гидрорасчленения. При этом газовыделение в скважину №6 упало до нуля. При выходе из скважины №6 газообиль-ность призабойной части выработки увеличилась до 2,2 м3/мин.

Зона влияния скважины № 6 была определена по изменению пористости и приросту газовыде-ления при работе комбайна и бурении скважин диаметром 250мм. Пористость угля вне зоны составляет 3,7 + 0,3%, а в зоне она равномерно увеличивается с этой величины по мере подхода к створу скважины № 6 до 7-8%.

При проведении выработки в зоне скважины №6 наблюдается значительное снижение прироста газовыделения при работе комбайна и бурении газодренажных скважин. Прирост газовыделения при работе комбайна на участках сравнения составил 1,2+0,4 м3/мин в конвейерном бремсберге 25-Д6-1В и 1,5+0,4 в разведочном ходке. В пределах проектной зоны воздействия скв. № 6 этот

показатель составил 0,5 +0,2 м3/мин, т.е. снижен в 2,4-3,0 раза.

№ скважины Извлечено рабочей жидкости Извлечено метана

самоизлив всего

% м3 % 3 тыс. м м3/т

3 4,1 1560 27,2 984,3 3,06

5 17,1 2133 37,3 248 0,8

10 9,1 1674 29,1 768,7 2,25

11 14,5 1946 30,6 1373,6 3,7

12 8,5 1827 32 1997,4 5,92

Прирост газовыделения при бурении скважин диаметром 250 мм в зоне скважины № 6 снижен с 1,95+0,55 и 1,6±0,6 м3/мин до 0,3+0,1 м3/мин, т.е. в 5,4 -6,3 раза.

Это снижение неравномерности газовыделения позволило обеспечить безопасные условия при бурении скважин и проходке. Если вне зоны скважины № 6 в конвейерном бремсберге 25-Д6-1В зафиксировано 42 превышения концентрации на исходящей струе выработки, а в разведочном ходке (на участке 230-280 м) - 12 превышений, то в зоне скважины №6 таких превышений отмечено не было.

С 1991 г. по настоящее время на восточном крыле осуществляется проведение подготовительных выработок как вне зон, так и в зонах заблаговременной дегазации (рис. 2). Следует отметить, что выработки пройдены не только на различных расстояниях от скважин, но и в зонах, отличающихся степенью освоенности и съемом метана, (табл. 2). Обобщенные показатели и характеристика зон заблаговременной дегазационной подготовки представлены в табл. 3.

Наиболее высокая доля опасных значений (23,8%) отмечена в зоне скважины № 5, где съем метана не превышал 1 м3/т. Далее с показателями 19 и 16,7% выделяются зоны соответственно скважин №12 и 3. Причиной здесь является значительное (более 100 м) расстояние от скважин.

Отсутствие корреляции между минимальным расстоянием до скважины и долей опасных значений по зоне скважины № 11 объясняется тем, что конвейерный бремсберг 3.02^6-1В пройден по верхней, более освоенной части, в то время как конвейерный бремсберг 3.03^6-1В пройден по нижней (по падению пласта) части зоны.

Несмотря на весомую в ряде случаев долю опасных значений необходимо отметить значительное снижение выбросоопасности в зонах скважин гидрорасчленения. Так, при проведении конвейерного бремсберга 3.03^6-1В на участке скважин №5 и 12 среднее значение показателя выбросоопас-

ности R1 составляло -5,48 при величине стандартного отклонения стп= 5,0. На участке сравнения эти показатели составляли соответственно 0,16 и 8,18. При проведении конвейерного бремсберга 3.02- d6-1B на участке скважин №11 и №12 показатель выбросоопасности составлял - 4,91 при стандартном отклонении 4,31. На участке сравнения эти показатели увеличились соответственно до - 1,04 и 6,96. Конвейерный бремсберг 3.03- d6-1B пересекал зоны скважин №3 и №11. Средняя величина показателя выбросоопасности R1= -5,88 при стандартном отклонении 4,15. Вне зоны эти показатели составляли соответственно -0.83 и 8,91. Аналогичный характер изменения показателя выбросоопасности отмечен при проведении конвейерного бремсберга 3.04^6-1В на участке скважин № 3 и № 10 R1=-5,72 , стп =2,81. Вне зон средняя величина показателя выбросоопасности увеличилась до - 1,78, а стандартное отклонение до 6,75. Необходимо подчеркнуть, что опасные значения показателя выбросоопасности в зонах заблаговременной дегазации при незначительном расстоянии до скважин объясняются, как правило, пересечением магистральных трещин и, следовательно, повышенным газовыделением в прогнозные шпуры. При этом динамика газо-выделения во времени показывает отсутствие опасности. Например, в зоне скважины №12 опасные значения были зафиксированы как на периферийных участках, так и в створе скважины при пересечении основной системы трещин, что говорит о неполном объеме извлече-

ния метана и преждевременном прекращении освоения этой скважины.

Анализируя данные, представленные в табл. №2 и 3, можно отметить следующее:

♦ наиболее часто опасные значения отмечаются на слабодегазиро-ванных участках (скв. №5), при этом высокая величина самоизлива косвенно подтверждает более напряженное состояние угольного пласта в данной зоне;

♦ заблаговременная дегазация в условиях шахты им. В.И.Ленина обеспечивает снижение показателя выбросоопасности до безопасных значений при съеме более 2 м3/т и проведении выработок по направлению одной из основных систем трещин в непосредственной близости от скважины.

Таким образом, в ходе проведения подготовительных выработок было установлено улучшение газовой обстановки и снижение выбро-соопасности в зонах скважин гидрорасчленения. При проведении трех подготовительных выработок было зафиксировано 120 случаев превышения ПДК метана на исходящей, на зоны гидрорасчленения приходится около 12% при равных объемах проведения .

Большая часть случаев превышения ПДК в зонах ГРП приходится на зону слабо освоенной и расположенной в непосредственной близости от сброса №44 скважины № 13 и периферийные участки Наиболее интенсивные случаи газо-выделения, при которых концентрация метана превышала 2%, отмечались только вне зон заблаговременной дегазации.

№ сква- жины Выработка Участок (длина тупика), м Показатель вы-бросоопасности, Стандартное отклонение Минимальное расстояние до скв. ГРП, м Доля выбросоопасных значений, %

3 конв. бр-г 3.03^6-1В 2 0 -10,2ч—1,3 -7,56 2,2 30 0

3 конв. бр-г 3.04^6-1В 2 1Л 0 с* -7ч4 -3,78 3,47 114 16,7

5 конв. бр-г 3.01^6-1В 0 0 -10,3ч12,2 -4,16 6,53 90 23,8

10 конв. бр-г 3.04^6-1В 208^398 4 ,4 - 2,04 4 0

11 конв. бр-г 3.02^6-1В 272^300 -9,2ч-0,9 -4,95 2,97 86 0

11 конв. бр-г 3.03^6-1В 288^452 -10,7ч8 -6,06 4,07 63 9,8

12 конв. бр-г 3.01^6-1В 183^362 -10,2ч6,2 -6,13 4,06 32 13

12 конв. бр-г 3.02^6-1В 348^412 -9,2ч7,0 -3,92 4,56 120 19

Примечание: В числителе приведен диапазон изменения значений показателя выброопасности, в знаменателе - средняя величина.

Обобщая полученные результаты логично предположить, что для повышения безопасности проведе-

ния подготовительных выработок скважины заблаговременной дегазационной подготовки целесооб-

разно закладывать в непосредственной близости (20-30 м) от мест заложения будущих выработок.

© К.С. Коликов, С.М. Горбунов, К.А. Николаев, А.А. Шипулин