Способ дегазации газонасыщенных сред

 

Изобретение может быть использовано для дегазации угольных пластов при разработке угольных месторождений. Новым в способе является режим силового воздействия на среду и режимы сброса разупрочненного угля и десорбируемого газа, позволяющие снизить энергоемкость за счет использования энергии газа среды и повысить эффективность дегазации. Силовое воздействие определяется давлением газа в пласте. Момент окончания силового воздействия определяют по наличию устойчивого выхода разупрочненного угля, при этом силовое воздействие ведут ступенчато, а отбор разупрочненного угля и сброс газа циклически. 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при дегазации выбросоопасных пластов.

Известны способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа при отработке выбросоопасных пластов путем опережающей разработки защитных пластов, увлажнения, торпедирования и т.д.

Способ опережающей разработки защитных пластов является самой эффективной мерой борьбы с выбросами. Однако наряду с защищенной зоной образуются зоны повышенного горного давления, характеризующиеся повышенной выбросоопасностью и концентрацией сил горного давления [1] Способ увлажнения угольных пластов используют как локальное мероприятие. Этому способу присущи существенные недостатки, такие, как неравномерное увлажнение массива, концентрация газа на границах увлажнения, возможный прорыв воды по трещинам, повышения водонасыщения пород кровли и почвы.

Способ торпедирования призабойной части также имеет ряд недостатков: применение взрывчатых веществ в газонасыщенной среде, выделение специальной смены для проведения сотрясательных взрываний и т.п.

Наиболее близким по своей технической сути к предлагаемому является способ дегазации [2] Суть его заключается в том, что из выработки на угольный пласт бурят скважины, герметизируют их, с помощью насосов создают силовое воздействие величиной не менее, чем предел прочности угля на отрыв и затем периодически повышают его не менее, чем в два раза причем количество периодов зависит от величины зоны предельнонапряженного состояния и глубины разрушения за один цикл, после чего давление в скважине сбрасывают до атмосферного с одновременным выпуском разрушенного угля и отсосом газа, которые ведут не менее 6 ч. Однако и этот способ имеет существенные недостатки заключающиеся в том, что необходимо брать пробы угля, низкая точность при определении прочности угля на отрыв, возможно образование полостей больших размеров и отсутствует контроль появления и наличия их, отсутствует контроль за концентрацией газа при одновременном выпуске газа и угля.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса дегазации и снижение энергозатрат на его реализацию, повышение техники безопасности при проведении мероприятий.

Достигается это тем, что силовое воздействие определяется не пределом прочности угля на отрыв, а давлением газа в пласте, и момент окончания силового воздействия определяют по наличию устойчивого выхода разупрочненного угля, при этом силовое воздействие ведут ступенчато, причем отбор разупрочненного угля и сброс газа тоже ведут циклически.

Сравнительный анализ известных технических решений с предложенным позволяют сделать вывод о том, что оно обладает новизной, т.к. на момент подачи заявки способа дегазации с упомянутыми режимами силового воздействия и сброса угля и газа в научной и патентной литературе не обнаружено.

Сопоставительный анализ с аналогичными способами позволяет сделать вывод о том, что предложенный способ дегазации явным образом не следует из известного уровня техники, а значит соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1, 2 схематично представлены режимы давления при дегазации газонасыщенных сред.

Для осуществления предлагаемого способа производят расчет минимального количества извлекаемого угля (М) и газа (Q_м) по формулам.

M K m; Q_м= Mq; где М количество извлекаемого угля; К_из коэффициент извлечения; D диаметр зоны эффективности; m мощность пласта; объемный вес; К_дег коэффициент дегазации; q природная газоносность.

В системе напряженная газонасыщенная среда высоконапорная установка (в дальнейшем среда установка) через скважину обсаженную и герметизированную создают рабочее давление, равное пластовому давлению газа Р_пл. и сбрасывают до 0,5 Р_пл. 3-5 раз, при этом контролируют наличие выхода разупрочненного угля при сбросе давления. Если выхода угля нет, повышают рабочее давление, удваивая его, и повторяют цикл раскачки среды.

При появлении устойчивого выхода разупрочненного угля при сбросе давления проводят N циклов извлечения угля, которое определяют по формуле N где N количество циклов извлечения угля;
М расчетное количество извлекаемого угля;
М_сб количество извлекаемого угля за 1 цикл.

Если после выполнения расчетного количества N циклов выход разупрочненного угля продолжается, то отбор угля ведут до его прекращения, фиксируя количество извлеченного угля.

При недостаточном выходе разупрочненного угля (М_изв < М) циклы воздействия на среду повторяется при повышенном давлении.

После прекращения выхода разупрочненного угля систему среда установка переводят в режим с рабочим давлением, равным давлению газа в среде (пласте), и производят ступенчатую дегазацию с одновременным контролем за газовой атмосферой в выработках, при этом время сброса t_сбв цикле определяют по формуле
t_сб t₁ n; где t₁ время сброса газа в 1-ом цикле (1-5 с);
n порядковый номер цикла. а время выдержки в цикле по формуле
T где С_ф фактическая концентрация газа после сброса в цикле;
С концентрация газа в выработках по нормам П.Б.

Q количество воздуха, подаваемого в выработку, м³.

Сброс газа ведется до тех пор, пока Сфакт. сравняется с С. Для ускорения процесса дегазации на конечных циклах сброса можно использовать вакуум-насосы.

Пример реализации предлагаемого способа на шахте "Комсомолец" п.о. Артемуголь" на пласте l^н₄ "Девятка Запад", горизонт 850-960 м.

С откаточного горизонта на выбросоопасный пласт были пробурены скважины, обсажены и загерметизированы. Смонтирована система силового воздействия, содержащая насос высокого давления, гидравлическую задвижку, привод для сброса давления и приборы для контроля давления и концентрации газа.

Для расчета минимально извлекаемого количества разупрочненного угля (М) и десорбированного газа (Q_д) использовали параметры выбросоопасности данного пласта.

Пиковое давление газа Р_пл. 2,1 МПа;
(скорость газовыделения q 2,09 л/мин);
Мощность пласта m 1,6;
Объемный вес 1,3;
Коэффициент извлечения К_из 0,02;
Пpиpодная газоносность g_пл 19,1 м³/т;
Коэффициент дегазации К_дег. 0,25,
M K m 0,02 1,61,3= 7,3 т.

Q_д= Mg_пл= 7,319,1 558 м³.

В системе среда-установка насосом создали начальное рабочее давление, равное пластовому давлению газа, Р_пл. 2 МПа и с помощью дистанционного ручного управления резко (0,8-1 с) сбрасывали до 0,5 Р_пл(МПа) и вновь повышали до Рпл (2 МПа), и так 3 раза. Затем рабочее давление повысили вдвое до 4 МПа и провели 6-ть циклов воздействия, в каждом цикле повышая давление до 4 МПа и сбрасывая до 0,5 Р_пл по 3 раза, устойчивого выхода разупрочненного угля не наступило. Рабочее давление было увеличено до 6 МПа и проведено 25-ть циклов. На 24-25-ти циклах выход разупрочненного угля стал устойчивым. Система среда-установка была переведена в режим отбора угля, при котором сброс давления начинают с давления, равного давлению газа в пласте (2 МПа) до атмосферного, при этом контролируется количество извлеченного в каждом цикле (М _сб). Количество циклов по извлечению угля составило 39. На 39-м цикле выход разупрочненного угля резко снизился. Система среда-установка была переведена в режим дегазации, в течение которого проведено 9-ть циклов сброса газа.

Кратковременно (0,8-1 с) производился сброс газа, по прибору фиксировалась фактическая концентрация газа в выработке (С_ф), по которой определялось время выдержки
T
За это время концентрация газа в выработке снижалась до концентрации, соответствующей нормам правил безопасности.

На каждой последующей ступени сброса время сброса и выдержки Т увеличивалось.

На 9-й ступени (цикле) сброса газа фактическая концентрация газа в выработке не превысила норм, соответствующих правилам безопасности.

В результате проведенных работ пластовое давление газа снизилось до 0,5 МПа, а скорость газовыделения 0,5 л/мин. Диаметр зоны дегазации составил
D_газ= 22,7 м.

Диаметр зоны разупрочнения угля составил
D_угл.= 15,6 м.

При этом извлечено 8,0 т. угля и более 1000 м³ газа.

Формула изобретения

СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ГАЗОНАСЫЩЕННЫХ СРЕД, включающий бурение скважин, их обсадку, герметизацию устья и силовое воздействие давлением на среду через скважины, отличающийся тем, что силовое воздействие ведут ступенчато с повышением давления в каждой последующей ступени, периодически повышая и сбрасывая давление не ниже половины газового давления пласта до появления устойчивого выхода разупроченного угля, а последующие извлечения угля и сброс газа ведут последовательно и циклически, контролируя извлечение угля по потере устойчивости выхода угля и количеству извлеченного угля, а сброс газа - по газовыделению среды, контролируя концентрацию газа в выработке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2