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

ренных с поверхности, проводились в Чистяковском районе Донбасса. Этот метод дает воз­ можность вести работу независимо от работ шахты и не требует прокладки трубопрово­ дов в подземных условиях. Подземные маги­ страли бывают обычно длиной 3—4 км и име­ ют очень большое сопротивление, снижающее производительность установки. Да и сама про­ кладка их очень трудоемка. Недостатком ме­ тода является необходимость в случае исполь­ зования газа прокладки коммуникаций на по­ верхности, что создает угрозу их замерзания в зимнее время.

При дегазации с поверхности скважина бу­ рится до ближайшего к рабочему пласту спут­ ника и пересекает все вышележащие пласты и пропластки. По мере проникновения возду­ ха вследствие обрушения пород в полости ближайших спутников нижняя часть скважи­ ны может цементироваться, и таким образом сохраняется высокая концентрация газа. Этот метод не получил достаточного распростране­ ния, так как опыт показал, что по мере откач­ ки газа и, следовательно, снижения его дав­ ления полость заполняется водой, и выход га­ за прекращается. .

Например, на шахте № 9, треста Чистяковантрацит, бурилась скважина с поверхности на спутники пласта Къ (их всего шесть на рас­ стоянии 64 м от рабочего пласта). Первона­ чальное выделение газа было очень бурным. Он выбрасывался из скважины вместе с во­ дой на высоту до 10 м (с глубины 268 м ). Концентрация метана достигала 100%.

В дальнейшем по мере снижения давления

27

метана скважина все больше заполнялась во­ дой, выделение газа становилось все меньше, и лишь периодически происходили выбросы во­ ды и метана через скважину на высоту 5—10 и. Выделение прекратилось, когда лава отошла от скважины всего лишь на 50 м. При этом вся скважина оказалась заполненной водой.

В то же время скважины, пробуренные на те же спутники из горных выработок шахты, продолжали давать до 17 м3/мин высокопро­ центного (70—90%) газа. Это свидетельствует о том, что для нормальной эксплуатации скважины необходимо удерживать воду на определенном уровне, чтобы она не мешала свободному проходу газа. Этого можно до­ стичь следующими способами: 1) с помощью глубинных насосов, 2) с помощью эрлифтов,

3)перепуском воды в шахту.

Достаточно бурить четырехдюймовые де­

газационные скважины для откачки воды глу­ бинным насосом. Опыт треста Чистяковантрацит показывает, что такие скважины сохра­ няются без обсадки до-6 мес. Этого времени вполне достаточно для полного их использо­ вания.

Имея сёмивтулочный глубинный насос НГН

2-32-600 120 (ГОСТ 6444—57 и Н 606-52

МНП СССР) и все необходимое для его работы оборудование (станок-качалка СКН-2-615, шланги насосные, муфты соедини­ тельные и переводные, штоки сальниковые ШТС-30-2600, трубы стальные бесшовные ГОСТ 633—50 и т. д. общей стоимостью 1040 руб. для 200 м скважины), можно свое­ временно откачивать воду. Вода, находящаяся

28

в скважине ниже спутника, служит своеобраз­ ным гидрозатвором, препятствующим проник­ новению воздуха из выработанного простран­ ства.

Примерная схема работы такой установки показана на рис. 8, а. Этот метод применим

б— с эрлифтом;

в— с перепуском воды в шахту.

при глубине скважины нё более 200 м.

Для. откачки воды с помощью эрлифта не­ обходимо, чтобы ниже спутника был слой во­ ды. Характерным для эрлифтов является от­ ношение

где h — расстояние от места выхода воздуха из подающей трубы до зеркала воды; Н — расстояние от зеркала воды до по­

верхности.

29

надо иметь А, равное примерно 40 м,- что не­ мыслимо при пологом залегании пластов, так как нельзя было бы дегазировать наиболее опасные близлежащие спутники. При этом потребовалось бы пересечь рабочий пласт

врайоне обрушения.

Вусловиях крутого падения эрлифты мо­ гут с успехом применяться, если окончание скважины не встретится с очистными работа­ ми (рис. 8, б).

Удаление воды из скважин может осущест­ вляться с помощью гидрозатвора, имеющего слив воды в шахту. Схема такого затвора по­ казана на рис. 8, в. При поднятии уровня во­ ды в скважине поднимается поплавок 1, же­ стко связанный с заслонкой 2. Заслонка от­ крывается, и вода стекает. После снижения уровня поплавок и заслонка опускаются и пе­ рекрывают сток воды. Вода спускается через

отверстие меньшего диаметра.

Предварительная дегазация угольных пла­ стов. Предварительная дегазация самих рабо­

Предварительная дегазация проводится в Китае на шахте Лунфын. Пласт имеет мощ­ ность 8—45 м. Угол падения 16—50°. Угли га­ зоносны, легко разрушаются, самовозгораю­ щиеся, с большим выходом летучих.

В 1949 г. начали проводить предваритель­ ную дегазацию сначала посредством проведе­ ния горных выработок, а с 1954 г. — посред­

зо

Дегазация ведется в течение двух лет. Газ отсасывается эксгаустером. В результате к на­ чалу разработок пласт дегазирован на 50%. Например, на участке № 2 за весь срок суще-

Рис. 9. Расположение скважин на шахте Лунфын.

ствования участка выделилось 29 млн. м3 газа, из них за время дегазации — 14,9 млн. мъ.

Работы по предварительной дегазации пла­ стов в Караганде проводятся на мощных пла­ стах, главным образом на пласте «Верхняя Марианна» мощностью 8 м. Скважины бурят­ ся заранее по нижнему слою с таким расче­ том, чтобы лава подошла к ним примерно че­ рез два года (обработка идет обратным хо-

31

дом). На первой дегазируемой шахте (№ 20) расстояние между скважинами составляло )15 м. В настоящее время камеры делают че­ рез 80—120 м и бурят из них скважины вее­ ром. Скважины пробуриваются на две трети этажа. За время своего существования они снижают газообильность пласта до 7—8 м3/т, что позволяет отрабатывать лаву без какихлибо осложнений.

Условное расстояние между скважинами (расстояние между концами скважин при вее­ рообразном расположении) равно 10—20 м. Если даже по расчету оно получается больше, то практически его не берут более 30 м.

Резкое повышение выхода газа наблю­ дается при подходе верхней лавы на 20—25 м к проекции скважины. Однако так как к это­ му моменту общая газообильность пласта уже значительно снижена, то выделение не имеет существенного значения. После прохода лавы верхнего слоя над проекцией скважины герметичность нарушается, и скважина от­ ключается. Скважины подсоединяются к ва­ куум-насосу РМК-4.

Недостатками этого метода являются:

1)большой объем буровых работ;

2)длительность подготовки участка и дли­ тельность дегазации;

3)сравнительно небольшое количество вы­ деляющегося в единицу времени газа и сни­ жение этого количества по мере выгазовыва-

ния, что затрудняет использование его в ко­ тельных.

Несомненно, однако, что пока это единст­ венный эффективный способ, позволяющий

32

проводить предварительную дегазацию мощ ных пластов.

Проблема предварительной дегазации пла­ стов Донбасса, которые имеют высокую плот­ ность и низкую газопроницаемость, приобре­ тает сейчас первостепенное значение.

Перспективным планом развития угольной промышленности предусматривается увеличе­ ние подвигания лав до 80—100 м/мес. Подоб­ ные подвигания получены в некоторых лавах уже в настоящее время (шахта «ПролетаркаГлубокая», треста Макеевуголь, лава пласта h, где работал комплекс УМК)- Кроме того, рабочие горизонты все более углубляются. Все это приводит к значительному увеличению по­ ступления метана в рабочие выработки.

МакНИИ (В. Л. Божко) исследованы 16 лав на наиболее газовых шахтах. При этом оказалось, что в девяти из них возможное подвигание в полтора раза меньше предусмот­ ренного перспективным планом.

В табл. 1 приведены возможные подвига­ ния при существующих системах разработки и технологии.

Из приведенных данных видно, что без предварительной дегазации самих пластов нельзя будет достичь высоких скоростей подвигания.

Опыты в этом направлении проводятся МакНИИ, но пока еще нет положительных ре­ зультатов. По-видимому, перспективным яв­ ляется предварительный гидроразрыв пластов.

СУЩЕСТВУЮЩИЕ ВЗГЛЯДЫ НА НА МЕХАНИЗМ ПОСТУПЛЕНИЯ ГАЗА

КСКВАЖИНАМ

Внастоящее время общепризнано, что газ поступает к скважинам и в выработанное пространство рабочего пласта из спутников, но в вопросе о том, чем вызвано повышенное поступление газа в дегазационные скважины при подработке или надработке спутников, нет до сих пор единого мнения.

Воснове теории дегазации, положения ко­ торой сформулированы заслуженным деятелем науки проф. И. М. Печуком, лежит представ­ ление о существовании около спутника по­

лости, заполненной газом. В наиболее чистом виде, т. е. без искажающего влияния силы ве­ са пород, процесс образования полости рассматргі'вается им для нижележащего спут­ ника.

При надработке спутника рабочим пла­ стом давление на угольную толщу снижается до давления, создаваемого весом пород междупластья, т. е. пород, залегающих между ра­ бочим пластом и спутником. Если пластовое давление газа больше, чем давление пород

(в ат)

Р — 0,25 Н ,

34

(где Н —- расстояние от рабочего пласта до спутника в м, а 0,25 — коэффициент, пропор­ циональный удельному весу пород), то соглас­ но кривой сорбции (рис. 10) в пласте при разгрузке получается как бы излишек газа.

И. М. Печук, избы­ точный газ постепенно переходит в свободное

состояние и деформирует междупластье, в ре­ зультате чего образуется полость, в которой накапливается свободный газ. В полости дав­ ление газа нарастает и может достигнуть не­ скольких атмосфер. Если сопротивление пород междупластья разрыву оказывается меньше разрывающего усилия, создаваемого давлени­ ем газа, то породы прорываются. Газ из спутника через образовавшиеся трещины устремляется в выработки разрабатываемого пласта.

Таким образом, согласно теории проф.