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

может создать трещиноватость, и учитывал только гравитационные силы. Он не проверил на практике своих умозаключений и не попы­ тался откачивать газ из полостей. Поэтому

СССР проф. И. М. Печук впервые разработал и опубликовал осно­

вы теории спутников. Вышележащие и ниже­ лежащие угольные пласты и пропластки под влиянием разработок рабочего пласта частич­ но или полностью разгружаются от горного давления и получают возможность отдавать содержащийся в них газ.

Разгруженный спутник, как говорит И. М. Печук, выделяет излишек газа и, от­ жимая породы, образует полость. Разгрузка вышележащего спутника может быть полной, если он попал в зону беспорядочного обру­ шения, или частичной, если он лежит выше этой зоны. Нижележащий спутник всегда раз­ гружен лишь частично, так как между ним

II

и рабочим пластом имеется междупластье не­

в разделе «Доказательства существования по­ лости»), а давление газа лишь поддерживает размеры полости более или менее длительное время, если полость не связана с выработан­ ным пространством трещинами.

12

С 1952 г. в Донбассе под руководством МакНИИ были начаты работы по дегазации спутников угольных пластов скважинами. За границей эти работы начаты в 1943 г. после случайного установления на руднике Мансфельд [11] факта выделения газа из сква­ жины, пробуренной до спутника. Надо отме­ тить, что, не зная теории спутников, за грани­ цей шли ощупью, и для установления эффек­ тивных расстояний между скважинами и их наклонов к горизонту пришлось бурить боль­ шое количество пробных скважин. Так, на руднике Хейг [18] было пробурено более 80 скважин. В настоящее время в Англии на большинстве шахт бурятся скважины под уг­ лом 60° к горизонту. При этом не учитывается угол падения пласта и расстояние до спутника. Расстояние между скважинами равно 10— 35 м. На всех первых шахтах, где проводи­ лась дегазация, бурились скважины из корен­ ного и из вентиляционного штреков, так как не знали, где искать газ, и только в последнее время отказались от этой практики.

В СССР работы были начаты на основе разработанной И. М. Печуком теории и сра­ зу же развернулись в промышленном мас­ штабе.

МЕТОДЫ ДЕГАЗАЦИИ

Отсасывание газа из шахт и даже его ис­ пользование проводятся довольно давно. В Англии еще в 1746 г. использовался метан для отопления лабораторных печей. В 1889 г. горный ассесор Гильт на руднике Кеникс

13

Грубе проводил отсасывание газа из-под верхняков с помощью эксгаустера. Однако метана отсасывалось мало и содержание его не превышало 10%.

В 1901 г. была сделана попытка извлекать метан из массива угля. Суер (Германия) бу­ рил шестиметровые скважины в породах кровли и по всей длине лавы и получал неко­ торое количество метана. При этом он гово­ рил о «газосодержащей породе» и еще не свя­ зывал выделение газа с эксплуатационными работами.

В 1938 г. в Сааре на руднике «Франкенгольц» проводилось отсасывание газа из-за перемычки. Газ шел с нижележащего отра­ ботанного пласта по трещинам. Концентра­ ция его была небольшая.

В 1934 г. Гаскелл (Англия) проводил ин­ тересные опыты. Он считал, что скважины 1,5—2 м в угле попадают в трещины, обра­ зующиеся впереди забоя, и из них можно от­ качивать газ. Бурил он также вертикальные скважины в кровле-и получил из них значи­ тельное количество газа.

Однако взгляды Вебера, высказанные им в 1916 г., были в это время забыты, и Гас­ келл, как и другие ученые того времени, объяснял появление газа в вертикальных сква­ жинах не поступлением его из спутников,а ис­ ходя из ложной теории Шлатмана.

Руководствуясь этой же теорией, проводи­ ли свои опыты в 1939 г. Гасманн и Моммертц, которые вели отсасывание газа из выработан­

ного пространства через вставленные в забу­ товку трубы.

14

Дальнейшему развитию дегазации способ­ ствовали работы исследовательской станции по метану, созданной в 1936 г. доктором Фортсманом (Германия). Он придерживался взглядов Вебера и считал, что необходимо от­ сасывать газ из пустот, образующихся в кров­ ле в процессе разработки рабочего пласта. В 1940—41 г. впервые была установлена зави­ симость газовыделения от положения и дви­ жения очистного забоя.

Кроме дегазации с проведением специаль­ ных выработок или скважин, проводилась де­ газация скоплений метана, например, из за­ крытого рудника Оулд Бостон (Англия). За границей и в России производили также кап­ таж многих крупных суфляров, например суф­ ляра на шахте «Центральная» в Юзовке, ко­ торый в течение 10 лет с 1907 по 1917 г. выде­ лял под собственным напором до 4000 .и3 ме­ тана в сутки.

ВАмерике местные жители извлекали го­ рючий газ из скважин, пробуренных с поверх­ ности на угольный пласт. Выделение было очень устойчиво. В 1936 г. одна из скважин, пробуренных для получения воды, дала газ. При приближении очистных работ стало выде­ ляться до 4 м3/мин метана, а содержание га­ за в выработках шахты снизилось с 1,5 до

0,3%.

Несмотря на обилие случаев извлечения газа, дегазация получила промышленное раз­ витие только с 1943 г. после опытов на руд­ нике Мансфельд (Рур).

Внастоящее время применяются следую­ щие методы дегазации.

15

Под обсадную трубу скважина бурится диаметром 130—150 мм. Герметизация обсад­ ной трубы производится раствором цемента

марки 400—500 с песком в соотношении 1:1. После застывания раствора герметичность скважины проверяется нагнетанием воды под давлением. Обычная величина контрольного давления 10 ат. Длина обсадной трубы зави-

сит от свойств пород кровли и колеблется от

4 до 10 м.

Из правильно пробуренных и загерметизи­ рованных скважин отсасывается газ с высо­ ким содержанием метана в течение длитель­ ного времени. Особенно долго работают сква­ жины, пробуренные через большие целики вблизи разрезов лав. Например, на шахте 7/8 «Основная», треста Краснолучуголь, из сква­ жины, проведенной с восточного ходка для дегазации 6-й восточной лавы пласта /2 выде­ лялось до 2,5 м3/мин газа с содержанием ме­ тана 70—80% после двух лет работы. Таким образом, одной скважиной было забрано огромное количество газа.

Скважины на близкие вышележащие спут­ ники работают меньше времени и дают газ более низкой концентрации, чем скважины на более удаленные спутники. Снижение кон­ центрации вызвано подсосом газа к скважине по трещинам из выработанного пространства. Меньшая длительность работы скважин объ­ ясняется наличием больших подвижек кровли вблизи лавы, что приводит к срезанию сква­ жин и резкому увеличению подсосов.

Извлечемте газа проводится с помощью вакуум-насосов, главным образом РМК-4 и КВН-50/1,5. Крупным недостатком этого ме­ тода является необходимость прокладки боль­ шого количества труб по выработкам шахты.

Дегазация спутников скважинами имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами:

1) не требуется проведения специальных горных выработок для получения газа;

18

2)при правильно пробуренных скважи­ нах обеспечивается получение газа с высокой концентрацией метана длительное время и в больших количествах;

3)попутно проводится разведка месторож­ дения при колонковом бурении;

4) возможно регулирование содержания и количества выходящего из скважины газа введением на ней сопротивления (см. раздел «Регулирование процесса»);

5) возможно каптирование газа из потен­ циальных спутников, т. е. из спутников, кото­ рые лежат достаточно далеко от пласта и в естественных условиях не питают его вы­ работки газом.

Метод «Гиршбах» впервые применен на руднике «Гиршбах» в Сааре. Метод заклю­ чается в том, что на вышележащем пласте проходится выработка по углю, которая за­ тем изолируется. Через перемычку пропуще­ ны трубы для отвода газа. Часто из этой вы­ работки проходится еще сетка скважин по углю спутника. Однако иностранные ученые признают, что скважины по углю неэффек­ тивны, так как расчеты показывают, что ко­ личество выделяющегося газа во много раз больше, чем можно было бы ожидать из сква­ жин даже при повышенной газопроницаемо­ сти пласта. Это, в частности, было доказано на руднике «Луизенталь» (рис. 5), где при подходе к сбросу была пройдена выработка по углю в прослойке мощностью 0,6 м на расстоянии 30 м в кровле рабочего пласта. Из-за сброса был пройден наклонный кверш­ лаг AB, пробурены скважины по углю про-