Обоснование технологии комплексной дегазации выемочных участков при высокоинтенсивной разработке газоносных угольных пластов

• Автор: Лупий, Михаил Григорьевич
• Шифр специальности: 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования.

1.1 Извлечение метана из разгруженного от горного давления углегазоносиого массива вертикальными скважинами.

1.2 Эффективность предварительной пластовой дегазации

1.3 Комплексная технология дегазации угольных пластов извлечение метана пластовыми скважинами в зонах ГРП.

1.4 Анализ информации о способах подземной дегазации.

1.4.1 Анализ патентной информации

1.4.2 Анализ научнотехнической информации об эффективности подземных способов скважинного извлечения шахтного метана.

1.4.3 Тенденции развития подземных способов дегазации

1.5 Анализ применения схем управления газовыделением с использованием изолированного отвода метана

1.6 Способы определения допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору

1.7 Цели и задачи исследований.
Выводы.
2 Аналитические исследования газового баланса высокопроизводительного выемочного участка и определение допустимой нагрузки на очистной забой
2.1 Разработка модели формирования газового баланса высокопроизводительного выемочного участка и допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору
2.2 Исследования и анализ основных факторов, определяющих структуру
газового баланса выемочного участка
2.3. Прогноз газовыделения выемочного участка по данным фактического
газовыделения в лавуаналог
Выводы
3 Оценка потенциального уровня извлекаемое метана из угольных пластов для обоснования эффективных параметров технологии снижения газовыделения при дегазационной подготовке угольных пластов
3.1 Характеристика объекта исследований
3.2 Исходные данные
3.3 Параметры дегазации угольного пласта.
3.3.1 Обоснование величины пластового давления.
3.3.2 Определение проницаемости угольного пласта и эффективного радиуса зоны питания скважины.
3.3.3 Определение потока сорбированного метана из зоны дезинтеграции угольного пласта.
3.3.4 Определение потока свободного метана через границу зоны дезинтеграции угольного пласта.
3.3.5 Определение потока свободного метана из пород кровли и почвы в зону дезинтеграции угольного пласта.
3.3.6 Результаты расчета.
Выводы.
4 Выбор способа и обоснование параметров комплексной дегазации высокопроизводительного выемочного участка.
4.1 Оценка требуемой глубины дегазации разрабатываемого пласта.
4.2 Оценка эффективности пластовой дегазации разрабатываемого пласта.
4.3 Обоснование параметров комплексной дегазации разрабатываемого пласта.
4.3.1 Проектные параметры гидрообработки.
4.3.2 Оптимизация расстояния между пластовыми скважинами.
4.3.3 Описание работы программы
4.4 Совершенствование системы контроля и прогноза газообильности горных выработок.
4.5 Методика расчета производительности вакуумнасоса для отсоса метано
воздушной смеси из выработанного пространства.
4.5.1 Последовательность расчета
4.5.2 Пример расчета
5 Техникоэкономическое обоснование комплексной технологии
дегазационной подготовки газоносных угольных пластов
5.1 Обоснование допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору в условиях шахты Котинская
5.2 Аналитическая методика расчета допустимой нагрузки на очистной
5.3 Оценка экономической эффективности комплексной дегазации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В выработанном пространстве действующих очистных забоев формируется свод купол обрушенных горных пород, который заполняется метаном и играет существенную роль как в газовом балансе выемочного участка, так и в извлечении метана угольных пластов. Свойства газового коллектора в этом своде резко меняются по сравнению с нетронутым угольным массивом. Разрушение и разгрузка от горного давления, затрагивающая оставляемую часть угольного пласта, пласты спутники и вмещающие породы, приводит к переходу метана из состояния преимущественно сорбированного в состояние свободного газа. Вопросы формирования техногенного газового коллектора, касающиеся геомеханических процессов, происходящих в подрабатываемой толще при различных технологических схемах выемки угля рассмотрены в работах Ш. Л. Болгожина, Ф. И. Клиновицкого 1,2 и многих других специалистов. Сущность . Возмущающие действия в массив вносят скважина с поверхности, вентиляционная струя и средства интенсификации перемещения газа. Исследованиями процесса извлечения метана скважинами с учетом характера сдвижения горных пород позволили установить основные параметры технологической схемы с учетом скорости подвигапия очистного забоя, длины скважин, скорости бурения, влияния зоны опорного давления и др. Диаметр скважин в зависимости от ожидаемого дебита смеси выбирается в пределах мм, расстояние между скважинами для различных горногеологических условий в пределах 0 м. Данный способ дегазации широко применяется на шахтах Карагандинского, Донецкого и Кузнецкого бассейнов. Исследования работы вертикальных скважин, пробуренных с поверхности в купола обрушения выработанного пространства действующих очистных забоев проводились практически на всех шахтах Карагандинского бассейна. Особый интерес представляют исследования, проведенные на восточном крыле поля шахты им. В.И. Дв 7. Отработка лав велась по падению с использованием прямоточной схемы проветривания и поддержанием конвейерного бремсберга в выработанном пространстве. В связи с высокой степенью выбросоопасности и газоносности пласта Д на восточном крыле поля шахты им. В.И. Ленина применяется комплексная схема дегазации, включающая заблаговременную дегазацию скважинами гидрорасчленения, пластовую дегазацию и извлечение метана из куполов обрушения. При работе выемочных участков нагрузка на лаву составляла тысяч тонн угля в месяц, что характерно для условий работы шахт Угольного департамента АО АрселорМиттал Темиртау, ориентирующихся на работу по схеме шахта лава. В процессе исследований проанализированы дебиты и концентрации метана в воздушной смеси при работе вертикальных дегазационных скважин и 2 скважин гидрорасчленения, которые использовались для извлечения метана из куполов обрушения выработанного пространства. Показатели работы вертикальных скважин, пробуренных в купола обрушения представлены в таблице 1. Усредненный съем газа одной вертикальной скважиной составлял 5 тыс. При отработке лав 1ДВ и 2Дб1В для извлечения метана из выработанного пространства были использованы две скважины гидрорасчлеиения ГРП4 и ГРП5, обсадные колонны которых до подхода очистных выработок были перфорированы. Съем метана из выработанного пространства скважиной ГРП4 составил 2,4 тыс. ГРП5 2 тыс. Однако устойчивость обсадной колонны скважин гидрорасчленения значительно выше, чем у обычных вертикальных скважин. Обе скважины гидрорасчленения сохранили работоспособность на протяжении до 0 суток. Из остальных скважин на протяжении такого периода работоспособность сохранили только 3 вертикальные скважины. Таблица 1. Ленина, пласт Д6. Количество скважин, шт. Время работы, Сутки Концентрация метана, Средний дебит скважины, м мин Осталось работающих скважин шт. Г . Данные результаты подтверждают возможность и высокую эффективность использовании скважин заблаговременной дегазационной подготовки для дегазации выработанного пространства. В этот период производится бурение и оборудование скважины. Длительность этого периода составляет до суток с момента подсечения скважины забоем лавы. При этом дебит газа составляет 0,,8 м3мин при концентрации метана в воздушной смеси .