Файл: Савенко Л.В. Дегазация спутников угольных пластов.pdf

ционных скважин, а также тип вакуум-насоса. Практика показала, что при отсасывании газа и?, скважин с помощью вакуум-насоса де­ бит его значительно больше, чем при естест­ венном выделении. Этот факт учитывается в проектах введением коэффициента 1,25 при определении дебита газа. Однако трудно пре­ дусмотреть все возможные изменения горно­ геологических и эксплуатационных условий

в процессе отработки шахтного поля. Во-первых, дегазируемый участок может

попасть в район повышенного содержания ме­ тана в угле спутника благодаря наличию не известных до того сбросов. Как известно, в районе ниже сброса содержание газа в угле всегда повышенное.

Во-вторых, могут измениться качество угля и его газопроницаемость (чем менее метаморфизирован уголь, тем больше его газопрони­ цаемость).

В-третьих, могут измениться система раз­ работки пласта и способ управления кровлей. Как правило, после осуществления дегазации переходят от способа частичной закладки к полному обрушению, а при этом выделение газа увеличивается.

В-четвертых, проведение дегазации улуч­ шает условия труда, что приводит к росту до­ бычи и ускорению подвигания лавы. При этом во время расслоения обнажаются большие площади спутника, следовательно, выход газа повышается (хотя поступление его в лаву, как известно, снижается).

Все эти факторы, способствуют увеличе­ нию количества газа, выделяющегося из спут­

90

ников. Этот рост может быть иногда столь значителен, что существующая дегазационная установка не может обеспечить полного уда­ ления метана. В этом случае приходится вно­ сить некоторые изменения в проект, т. е. про­ водить регулирование процесса.

Может оказаться, что газа, наоборот, бу­ дет меньше, чем предполагалось. Производи­ тельность вакуум-насосов окажется больше необходимой. Вакуум на скважинах будет слишком высок и в них будет засасываться много воздуха из выработанного пространства. Содержание метана в газе при этом понизит­ ся. В этом случае также следует внести изме­ нения в существующую схему дегазации.

Наконец, скважины по мере удаления от них забоя лавы истощаются. Метана к ним поступает все меньше, а количество откачивае­ мой газовой смеси меняется незначительно. В результате в процессе работы содержание метана в газе все время уменьшается. Для поддержания необходимой концентрации ме­ тана (при промышленном использовании га­ за) приходится вводить на скважинах допол­ нительные сопротивления. Регулирование про­ цесса в случае повышенных количеств метана является очень сложным и требует больших капитальных затрат.

Улучшение работы может быть достигнуто за счет замены вакуум-насоса на более мощ­ ный.

Так, если принять количество газа, которое отсосет насос РМК-2, за единицу, то осталь­ ные насосы соответственно выдадут на тот же трубопровод

91

Второй путь, также требующий значитель­ ных затрат, — это замена трубопровода мало­ го диаметра на трубопровод большого диамет­ ра или на два параллельных. Особенно вели­ ко сопротивление четырехдюймового става, поэтому его не рекомендуется прокладывать даже в качестве участкового.

Сопротивление трубопровода зависит от большого числа факторов, в том числе и от температуры газа. Однако ориентировочно можно считать, что потеря напора на 1000 м составит при производительности 30 м3/мин для ставов:

Ставы больших диаметров употребляются редко, так как в шахтных условиях чрезвычай­ но осложняется их монтаж.

Временные затруднения, связанные с выде­ лением большого количества газа в начальный период работы лавы, можно преодолеть, если бурить первые две-три скважины больших диаметров и на меньших расстояниях друг от друга.

Диаметр скважины имеет особенно боль­ шое значение. Так, шахте им. XVII партсъезда в скважине, впервые вскрывшей полость над 9-й восточной лавой К2 , потеря напора со­ ставляла при d = 76 мм 127 мм рт. ст. При диаметре скважины 10,6 м потеря снизилась

92

бы до 22 мм, а при 15,4 ж — до 3,15 мм рт. ст. Расчет проведен по формуле

меньше, чем ожидалось, следует снизить про­ изводительность вакуум-насоса, увеличив со­ противление трубопровода, например, уста­ новкой шибера. Разрежение на скважинах станет меньше, и в результате уменьшится подсос воздуха. Конечно, при этом непроизво­ дительно будет теряться мощность, но зато концентрация метана не снизится до опасной. Если газ используется, то она не должна упасть ниже 50% •

Остановимся еще на одном из вопросов ре­ гулирования — на вопросе улучшения качества и увеличения количества извлекаемого при дегазации метана с помощью введения сопро­ тивления на самой скважине. .

По мере удаления забоя лавы от дегаза­ ционной скважины от нее все более удаляется район максимального выделения газа, так как основную массу газа уголь спутника отдает вскоре после обнажения.

В скважину, на которой имеется разреже­

труднее ему проникнуть к газоотводящей сква­ жине и тем скорее может проникнуть в по­

93

следнюю воздух. Чтобы уменьшить приток воздуха к скважине и сохранить концентра­ цию метана в газе высокой, на ней вводят до­ полнительное сопротивление. Увеличение со­ противления скважины обычно достигается

частичным перекрыти­ ем задвижки Лудло. Перекрытие ее приво­ дит к росту содержа-

Q йР,мм бод. ап.

ния метана в газе, причем, чем больше пере­ крыта задвижка, тем большее количество ме­ тана будет содержаться в кубометре газа.

С введением-сопротивления перепад давле­ ния на диафрагме падает, как видно из гра­ фиков -(рис. 25—26). Падение идет сначала медленно, а затем быстрее, т. е. уменьшается количество отсасываемой газовой смеси.

94

При вычислении дебита метана из скважи­ ны и количества газовой смеси пользуются следующими формулами:

а— коэффициент, учитывающий удельный вес метана.

Коэффициенты а и Ь находятся по табл. 10.

Как видно из формулы (6), количество ме­ тана зависит от двух переменных а и АР, дей-

95

тана в газе ему соответствует. Полученные данные можно для наглядности представить графически или записать в таблицу. Напри­ мер, рис. 26 соответствует табл. 11.

Т а б л и ц а 11

режима скважина закрывается на столько оборотов, что перепад равняется величине, соответствующей максимальному выходу газа. В приведенном случае скважину надо пере­ крыть на 14 оборотов штурвала.

Интересно отметить, что старые и новые скважины различно реагируют на введение сопротивления. На новой скважине, находив­ шейся в 52 м от забоя, при введении сопро­ тивления уменьшался перепад, росла кон­ центрация метана в газе и уменьшалось раз­ режение; дебит имел максимум (см. рис. 26).

нительного сопротивления уменьшался пере­ пад, росли концентрация метана и разрежение на скважине (см. рис. 25). Это объясняется механизмом поступления газа и воздуха

в скважину. В первом случае вблизи скважи­ ны уголь еще содержит много газа. Дополни­ тельное сопротивление мешает последнему выходить через скважину, и вблизи нее давле­ ние в полости повышается. При этом естест­ венно сокращается подсос воздуха к скважи­ не, и повышается концентрация метана в га­ зе, а давление скопляющегося газа ведет к уменьшению разрежения на скважине, со­ здавая подпор.

Общее количество отсасываемой газовой смеси с введением сопротивления непрерывно снижается, а выход метана растет до некото­ рого предела.

Во втором случае район основного выделе­ ния газа находился далеко от газоотводящей скважины. Вблизи скважины уголь спутника уже успел отдать основную массу газа. При введении сопротивления скважина как бы су­ зилась, а для откачки даже небольшого коли­ чества газа из пережатой скважины требуется большое разрежение. Поэтому, чем больше введенное сопротивление, тем большее тре­ буется разрежение на скважине, чтобы просо­ сать определенное количество газа.

Давление же газа в полости у скважины хотя и повышается, но столь незначительно, что компенсировать увеличение необходимого разрежения не может, а только уменьшает приток воздуха к скважине и способ­ ствует повышению концентрации извлекаемого газа.

Повышение концентрации связано со сле­ дующим. Если бы полость была закрытым ре­ зервуаром, в который непрерывно притекает

98

метан, то введение сопротивления привело бы к снижению разрежения,, так как избыточный газ создавал бы подпор (подобно первому случаю), но полость соединена трещинами с выработанным пространством лавы.

При увеличении сопротивления через сква­ жину выходит меньше газа, и в полости остает­ ся избыточный метан. В районе основного вы­ деления метана давление повышается. Боль­ шая часть СН4 уходит через трещины в вы­ работанное пространство, а меньшая идет по полости к скважине.

При этом поток метана к скважине при введении дополнительного сопротивления не­ сколько больше, чем до его введения (так как разница в давлениях в конце и начале полости стала больше). А так как общее количество газа, которое может выдать скважина, стало меньше, то в полости у скважины происходит небольшой рост давления, и содержание газа повышается. В первую очередь в скважину идет газ, имеющий какой-то, хоть и неболь­ шой, подпор, а уже затем — воздух, кото­ рый еще надо протянуть через трещины в по­ родах.

Регулирование процесса дегазации с по­ мощью введения сопротивлений на скважи­ нах дает возможность получить газ высокой концентрации и одновременно увеличить де­ бит метана.

Срок службы скважины удлиняется. Этот несложный способ следует применять на всех дегазируемых шахтах.