СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЙ ИЗ ПОЧВЫ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВЫРАБОТОК ПО ГАЗОНОСНЫМ ПЛАСТАМ
METHOD FOR PREVENTION OF DYNAMIC GAS EMISSIONS FROM SOIL IN PROCESS OF MINE WORKING IN GAS-BEARING BEDS

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проведении выработок по газоносному массиву, опасному по газодинамическим выделениям из почвы, в частности при слоевых системах разработки или при отработке сближенных пластов.
Известен способ борьбы с внезапными поддутиями почвы очистного забоя, заключающийся в том, что производят разгрузку пласта и дегазацию опасных пачек породы в почве пласта (авторское свидетельство СССР № 1070321, кл. Е21F 5/00, опубликовано в 1984 г., БИ № 4). Сущность известного способа заключается в том, что до начала ведения очистных работ из подготовительных выработок по почве лавы бурят первую группу дегазационных скважин, пересекающих центральную ось очистного забоя, длину которых принимают равной более половины длины лавы, а за два месяца до подхода очистного забоя из подготовительных выработок бурят вторую группу скважин длиной равной 2-3 мощностям пласта, причем угол наклона дегазационных скважин к продольной оси выработки принимают 2-11°, а расстояние между группами скважин по длине выработки принимают равным шагу обрушения основной кровли.
Основным недостатком известного способа является отсутствие возможности воздействовать на очаг газодинамического явления, расположенный в почве подготовительной выработки, особенно при ее проведении. Из опыта известно, что при проведении выработок по первому слою мощного пласта метанообильность определяется, в том числе, и притоком газа из нижнего слоя. Если имеется междупластье мощностью менее 4 м или структура нижнего слоя включает верхнюю прочную пачку угля, а ниже расположена пачка перемятого угля достаточной мощности, то в определенных условиях возникают газодинамические явления. Их особенностью является динамический разлом почвы с ее поднятием к кровле выработки и выделением значительных объемов газа. Как правило, этим явлениям предшествуют менее сильные, когда почва выработки лишь разламывается, а газоприток из нижнего слоя приобретает динамический характер. Условия для разлома формирует нижележащая наименее прочная пачка, увеличивающая свой объем и, соответственно, механическое давление на соседние слои в результате газодинамической деструкции твердой составляющей пласта при распаде углеметанового вещества на уголь и метан.
Известен способ борьбы с внезапными выбросами из почвы и внезапными поддутиями почвы, заключающийся в том, что из проводимой подготовительной выработки бурят наклонные дегазационные скважины, а в почве ее проводят вертикальную разгрузочную щель, с пересечением слоя слабых пород на всю мощность (авторское свидетельство СССР № 968462, кл. Е21F 5/00, опубликовано 23.10.1982 г., БИ № 39). Известный способ позволяет непосредственно воздействовать на очаг формирования газодинамического явления, расположенный в почве пласта, что повышает безопасность работ при проведении выработок.
Основным недостатком известного способа является высокая опасность провоцирования газодинамического явления, т.к. разгрузочной щелью пересекают всю выбросоопасную пачку и слой крепких пород между почвой выработки и указанной пачкой. Кроме того, известный способ является весьма трудоемким в связи с необходимостью бурения в почву большого числа дегазационных скважин и прорезанием, например, пилой разгрузочной щели и препятствует проведению работ проходческого цикла, т.к. работы ведутся непосредственно у забоя.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности предупреждения газодинамических проявлений со стороны почвы выработки, снижение трудоемкости работ и возможность совмещения их с работами проходческого цикла.
Предложен способ предупреждения динамических газовыделений из почвы при проведении выработок по газоносным пластам, включающий определение крепких и слабых слоев в массиве почвы, бурение в почву наклонных дегазационных скважин впереди забоя выработки с пересечением слабых слоев и разгрузку массива почвы от напряжений.
Отличием предложенного способа является то, что устья скважин закладывают с отставанием на 5-7 м от забоя проводимой выработки, при этом дополнительно в почву бурят вертикальные скважины на 0,3-0,5 мощности крепкого породного слоя, которые располагают по продольной оси выработки с последующим образованием через них направленных трещин гидроразрыва, соединяющих последовательно указанные скважины, а через наклонные дегазационные скважины производят гидроразрыв нижележащих слабых слоев с интервалом через 1 метр.
Бурение вертикальных скважин по оси выработки и создание направленных трещин гидроразрыва через них, соединяющих указанные скважины, позволяет предотвратить динамический разлом почвы подготовительной выработки, а гидроразрыв слабых слоев через наклонные дегазационные скважины с интервалом через 1 м повышает эффективность дегазации, что уменьшает объем метана, участвующего в каждом отдельном динамическом газовыделении. Кроме того, выполнение указанных операций с отставанием от забоя выработки на 5-7 м дает возможность совмещать эти операции с работами проходческого цикла, т.е. повысить темпы проходки подготовительной выработки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема выполнения предложенного способа.
3
2
2
2
При проходке подготовительной выработки 1 по угольному пласту 2 было установлено, что в почве выработки залегает крепкий слой песчаника 3 мощностью 4 м, крепостью до 5, а ниже - слой 4 слабого угля, аргиллита и алевролита общей мощностью до 5 м и крепостью 0,7-1,1. Проведенный прогноз показал, что абсолютная газообильность слоев 4 может составлять 8,9 м/мин и при проведении выработки могут быть динамические газовыделения из почвы с разломами и вздутием нижележащих слоев. С учетом этого был разработан проект проходки выработки, предусматривающий проведение мероприятий по предупреждению динамических газовыделений из почвы. По результатам проведенных исследований газодинамическая активность пласта может характеризоваться показателем деструкции (образование дополнительной внутренней поверхности, м/кг) за счет энергии содержащегося в пласте метана. Величина показателя возрастает с ростом газоносности и снижением коэффициента крепости угля и нелинейно зависит от выхода летучих веществ с максимумом при его значении 25%. Критическое значение показателя деструкции (4,5 м/кг) соответствует критическим глубинам выбросоопасности шахтопластов. Превышение этого значения указывает на возможность слабых газодинамических явлений типа выдавливаний угля с повышенным газовыделением. При значениях показателя более 7 м/кг происходят внезапные выбросы силой более 400 т угля.
Для проведения дегазации газоносных слабых слоев 4 бурят из выработки наклонные дегазационные скважины 5 с отставанием их устья на 5-7 м и в почву с опережением забоя под углом 30-40° наклонные дегазационные скважины 5, в которые после окончания бурения вводят пакер (не показан), и через интервалы 1 м производят гидроразрыв с образованием трещин 6. Скважины подключают к дегазационному трубопроводу 7 и проводят дегазацию слоев 4. За счет интенсивного высоконапорного гидроразрыва через 1 м эффективная дегазация проводится через одну скважину вместо пяти скважин в одном сечении по известной технологии. Скважины бурят из выработки через 15-20 м, обеспечивая неснижаемое опережение скважиной забоя выработки на 5 м. Для разгрузки массива и предотвращения динамического разлома почвы по продольной оси выработки на глубину 1,2-2,0 м вслед за движением забоя также с отставанием 5-7 м через 2 м бурят вертикальные скважины 8 и производят ориентированный гидроразрыв крепкого породного слоя 3, при этом направленными трещинами гидроразрыва 9 соединяют скважины 8 последовательно между собой. Увеличение длины вертикальной скважины более 0,5 мощности крепкого слоя может привести к провоцированию газодинамического явления, а уменьшение их глубины против 0,3 мощности слоя затруднит проведение направленного гидроразрыва и не обеспечит разгрузку массива почвы. Расстояние между вертикальными скважинами выбирают исходя из физико-механических свойств пород слоя с учетом соединения между собой трещин 9 ориентированного гидроразрыва.
Если последующий контроль показывает, что опасность внезапного прорыва газа с динамическим разломом почвы выработки еще полностью не устранена, то забой останавливают до тех пор, пока не будет достигнута необходимая степень газового дренирования выбросоопасных слоев.
Предложенный способ предупреждения динамических газовыделений из почвы позволяет исключить внезапные разломы почвы и выделение в опасных объемах газа из нижележащих угольных формаций. Способ обеспечивает возможность повышения темпов проведения выработок по газоносным пластам за счет совмещения профилактических операций с работами проходческого цикла.