СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
METHOD FOR DEGASSING OF COAL BEDS

Изобретение относится к горному делу и может быть использован для извлечения метана из свиты угольных пластов в условиях подземной их разработки с целью снижения метанообильности выемочных участков (полей) без прокладки подземных дегазационных трубопроводов.
Известен способ дегазации сближенных в свите пластов угля скважинами, пробуренными из выработки разрабатываемого угольного пласта через породы кровли с выводом забойной части скважины в плоскость дегазируемых угольных пластов [1].
Сущность этого способа дегазации заключается в извлечении метана из сближенных пластов только в условиях ведения очистных работ и разгрузки пластов угля от горного давления, что является его недостатком, поскольку продолжительность работы подземных скважин кратковременная, особенно при высоких скоростях подвигания лав.
Известен способ дегазации угольных пластов на основе их гидрорасчленения через вертикальные скважины, пробуренные с земной поверхности. Сущность его заключается в проведении вертикальной скважины, ее обсадки, герметизации затрубного пространства, нагнетания жидкости в угольный пласт под давлением и при расходе обеспечивающих раскрытие системы естественной трещиноватости в пласте угля, откачка жидкости и извлечение угольных газов [2].
К недостаткам этого способа относятся неравномерность обработки угольных пластов через скважину по площади из-за раскрытия 2-3 основных систем трещин, ориентированных преимущественно в одном направлении, продолжительность откачки жидкости и низкая эффективность предварительной дегазации пластов угля до начала очистных работ, способствующих разгрузке горного массива и его осушению от рабочей жидкости.
Наиболее близким по технической сути и достижению поставленной цели по снижению метановыделения из угольных пластов является способ дегазации сближенных пластов и выработанного пространства, включающий бурение вертикально-горизонтальных изогнутых скважин с земной поверхности с расположением их горизонтальной части под первым от разрабатываемого пласта сближенным пластом угля [3].
К недостаткам этого способа относятся кратковременность работы скважин, причем только в зоне влияния очистного забоя. Кроме того, расположение горизонтальной части скважины под сближенным пластом снижает его эффективность и концентрацию метана в каптируемой смеси.
Целью изобретения является повышение эффективности последовательно проводимой предварительной дегазации свиты угольных пластов, включая разрабатываемый пласт, и текущей их дегазации в зоне влияния очистного забоя, исключение сети подземного дегазационного трубопровода за счет расположения горизонтальной части скважин в плоскости разрабатываемого и сближенных пластов угля, создания гидравлической связи между наземными скважинами (их горизонтальной частью) и подземными скважинами, оборудованными устройствами для слива скважинной жидкости из наземных скважин, пробуренных как в плоскости разрабатываемого пласта, так и в плоскости сближенных угольных пластов.
Указанная цель решается тем, что в способе дегазации угольных шахт, включающем проведение с земной поверхности наклонно-горизонтальных/вертикально-горизонтальных скважин с выводом их забойной части в горизонтальную плоскость, оборудование скважин обсадными трубами, подключение их к вакуумному насосу и извлечение метана из углепородного массива, проведение на шахтном поле серии наземных скважин на подготавливаемых к отработке выемочных участках с выводом горизонтальных частей скважины в угольные разрабатываемый и сближенные пласты, дополнительное к наземным скважинам проведение и оборудование на выемочных участках коротких изолированных от рудничной атмосферы подземных скважин, с помощью которых предварительно до начала очистных работ создают гидравлическую связь наземных скважин с подземными с возможностью слива скважинной жидкости, проведение вдоль оси выемочного участка горизонтальных частей наземной скважины при подготовке выемочного участка к отработке лавой по восстанию, а при подготовке выемочного участка к отработке лавой по простиранию - проведение горизонтальной части скважины по диагонали протяженного по длине участка дегазируемого пласта с отрицательным углом ее возвышения, дополнительное к наземной скважине проведение встречной наземной скважины с размещением ее горизонтальной части в подрабатываемом пласте угля с ориентацией в направлении монтажной камеры, проведение в плоскости разрабатываемого пласта коротких скважин восстающими и ориентированно на горизонтальную часть наземной скважины, проведение из выработки отрабатываемого пласта коротких скважин вкрест горизонтальной части наземной скважины в сближенном пласте.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 в горно-технических условиях подготовки выемочного участка к отработке схематично изображены наклонная часть 1 наземной скважины, ее горизонтальная часть 2, пробуренные из конвейерной выработки 3 короткие пластовые скважины 6, монтажная камера 4 и вентиляционная выработка 5, а также направление угла падения пласта α.
На фиг.2 приведена принципиальная схема расположения наклонной части 1 скважины и горизонтальных частей скважины 2 в плоскости разрабатываемого пласта и скважины 2' - в плоскости сближенного пласта, а также местоположение монтажной камеры 4 в разрабатываемом пласте при подготовке выемочного участка к отработке.
Способ осуществляют следующим образом.
На шахтном поле в соответствии с календарным планом подготовки свиты угольных пластов к отработке поочередно проводят серию наклонно-горизонтальных (или вертикально-горизонтальных) скважин с земной поверхности на разрабатываемый и сближенные угольные пласты. При этом, например, наклонную часть 1 скважины (фиг.1 и 2) проводят под углом к свите угольных пластов с таким расчетом, чтобы более технологично скважину из породной ее части перевести в горизонтальную часть 2' в плоскости сближенного подрабатываемого пласта на проектную длину в соответствии с техническими возможностями буровой установки. Затем углубляют наклонную часть наземной скважины до сближения с породами непосредственной кровли разрабатываемого пласта, выводят скважину в его плоскость, проводят дальнейшее бурение горизонтальной части 2 (фиг.2) по разрабатываемому пласту, не добуривая до будущей (или фактической) монтажной камеры 4.
В том случае, когда отработку угольного пласта планируют производить лавами по восстанию пласта, устье наземной скважины располагают у верхней границы выемочного участка, то есть ближе к земной поверхности. В процессе бурения скважины ее горизонтальные части проводят в плоскости угольных пластов по их падению, преимущественно вдоль по центру выемочного столба.
Если планом горных работ предусмотрена отработка угольного пласта лавами по простиранию, то наземную скважину располагают в противоположной от монтажной камеры части выемочного столба, причем на расстоянии 1/3 его ширины в верхней части. Горизонтальные части скважины как в сближенных пластах угля, так и в разрабатываемом пласте проводят с отрицательным углом возвышения по диагонали протяженного по длине участка пласта в пределах от 1/3 ширины выемочного столба от верхней (вентиляционной) выработки до 1/3 ширины выемочного участка от нижней (конвейерной) выработки. Такое геометрическое расположение горизонтальных частей скважины способствует сливу скважинной жидкости.
Для осушения скважин, пробуренных в сближенных подрабатываемых пластах угля, проводят из выработки разрабатываемого пласта и оборудуют короткие подземные скважины, ориентированные на забойную часть горизонтального ствола скважины. Пробуренные таким образом подземные скважины до начала очистных работ используют для слива жидкости из наземной скважины с ее горизонтальной частью, функционирующей сначала как скважина для предварительной дегазации сближенного пласта. В процессе ведения очистных работ эти скважины изолируют от рудничной атмосферы и используют для извлечения метана из выработанного пространства.
Для повышения эффективности предварительной дегазации разрабатываемого угольного пласта дополнительно в его плоскости проводят восстающие пластовые скважины в направлении горизонтальной части наземной скважины. Через короткие пластовые скважины, пробуренные вблизи забойной части горизонтального ствола наземной скважины, создают гидравлическую связь между длинной горизонтальной частью скважины и короткими пластовыми скважинами как для слива скважинной жидкости, так и предварительной дегазации отрабатываемого угольного пласта. При этом короткие пластовые скважины оборудуют устройством для слива скважинной жидкости. В период очистных работ их изолируют от рудничной атмосферы, а выделяющийся из пласта метан за счет аэрологической связи между горизонтальной частью скважины и короткими пластовыми скважинами отводят на поверхность через наземную скважину, на устье которой устанавливают передвижную вакуум-насосную станцию.
В тех случаях, когда протяженность выемочных участков превышает технически возможную по бурению горизонтальную часть скважины, дополнительно к наземной скважине с горизонтальной ее частью, ориентированной в направлении монтажной камеры, проводят встречную к ней наземную скважину с размещением ее горизонтальной части в подрабатываемом пласте угля. Для осушения скважины также проводят короткие скважины из выработки отрабатываемого пласта вкрест горизонтальной части наземной скважины в сближенном пласте. В процессе ведения очистных работ, когда горизонтальная часть дополнительно пробуренной наземной скважины теряет свою целостность вследствие разгрузки сближенного пласта или его разлома, скважина функционирует как фланговая, извлекая метан и отводя его на поверхность под разрежением, создаваемым вакуумным насосом, который устанавливают на устье дополнительной наземной скважины с горизонтальной ее частью в сближенном пласте, пробуренной над монтажной камерой в зоне разгрузочного влияния очистных работ на сближенный пласт.
На выемочных участках с невыдержанной гипсометрией, ширина которых превышает 300-350 м, проводят по две наземные скважины, располагая вдоль выемочного столба горизонтальные их стволы в верхней и нижней (либо левой и правой) по ширине частях выемочного участка.
Для создания гидравлической связи между горизонтальными частями наземных скважин и подземными скважинами могут быть использованы средства бурения с учетом параметров местонахождения забоев обеих систем скважин, либо гидроразрыв дегазируемых разрабатываемого и сближенных пластов угля через наземные скважины с целью образования трещин, например, поинтервальный разрыв пластов в процессе проведения горизонтальных стволов наземных скважин. Возможно применение гидроразрыва угольных пластов через подземные скважины, пробуренные вблизи забоев горизонтальных частей наземных скважин.
Внедрение способа позволит упростить дегазационную систему шахты, исключив прокладку дегазационных трубопроводов в горных выработках угольных шахт, повысить эффективность дегазации разрабатываемых и сближенных пластов угля путем ее осуществления как предварительно, так и в процессе ведения очистных работ.
Источники информации
1. Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт (РД-15-09-2006). Серия 05. Выпуск 14 / Колл. авт. - М.: ОАО «Научно-технический центр по безопасности в промышленности», 2007. - 256 с.
2. Пучков Л.А., Сластунов С.В., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. - М.: Изд. Московского государственного горного университета, 2002. - 383 с.
3. Руководство по дегазации угольных шахт. - М.: Недра, 1975. - 189 с. (прототип).