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

И. М. Печука, при надработке газ сам, без вмешательства каких-либо посторонних сил, может поднять породы междупластья и обра­ зовать полость. Подобный процесс, как извест­ но, может быть проведен искусственно. Так, на станциях «Подземгаз» для сбойки скважин применяют вдувание в пласт воздуха с давле­ нием больше давления пород над пластом, что приводит к разрыву пласта или поднятию пород над ним.

. Явление гидроразрыва широко используют также в нефтяной промышленности. В нефте­ носный пласт через скважину накачивается тяжелая жидкость. с заполнителем, которая поднимает породы над пластом. После снятия давления в образовавшейся щели остается за­ полнитель, например крупный песок. Нефть поступает теперь к скважине не только с пло­ щади пересечения ее с пластом, но и со всей площади разрыва. Дебит скважины увеличи­ вается во много раз.

Описанный И. М. Печуком процесс расши­ рения полости газом может происходить, если спутник лежит сравнительно далеко от пласта и не связан с ним трещинами. Если же' при поднятии пород в междупластье обра­ зуются трещины, то давление в полости долж­ но упасть до величины, определяемой лишь сопротивлением трещин прохождению по ним газа. Такое давление, естественно, не в со­ стоянии удержать от оседания поднятые поро­ ды почвы рабочего пласта, на которые давят оседающие породы кровли. Полость должна

36

Практика показывает, что этого не проис­ ходит. Если спутник подвергается дегазации, то давление в полости около скважины может быть даже отрицательным, т. е. наблюдается разрежение. Если считать, что полость обра­ зуется и поддерживается только за счет давле­ ния газа, то в районе скважины не остается силы, способной препятствовать оседанию по­ род, и газ должен поступать к ней только за счет проницаемости угля.

Практика и опыты показывают, что газ по­ ступает к скважине из свободного объема.

И. М. Печук считал, что процесс образова­ ния полости около вышележащего спутника идет таким же образом, т. е., что газ своим давлением отжимает породы, лежащие меж­ ду спутником и зоной беспорядочного обру­ шения.

Такое явление действительно имеет место в начале разгрузки спутника, если он лежит далеко от рабочего пласта и не имеет с ним непосредственной связи через трещины. Одна­ ко при оседании слоев пород над спутником давление газа уже не в состоянии удержать вышележащие породы, а нижележащие тоже не могут уплотняться до бесконечности.

При давлении в полости 6 атдолжно осесть всего лишь “ = 7 7 2 5 = ^ 2 g— 24 зі пород, что­

бы полость начала закрываться. Полость обя­ зательно закроется в центральной части ла­ вы. Практически это происходит в течение 15—20 дней, о чем свидетельствует скачкооб­ разное повышение давления в дегазационных скважинах. Конечно, породы в этом районе

37

все же будут не так плотны, как первона­ чально.

Если спутник лежит вблизи рабочего пла­ ста, то в районе его залегания трещинообразование при изгибе пород под действием гор­ ного давления столь велико, что полость, только образовавшись, уже получает связь с выработанным пространством, и величина давления газа в ней определяется лишь со­ противлением протеканию его по трещинам.

При дегазации наблюдается явление, по­ добное описанному выше для нижележащего спутника. Таким образом, для вышележащих спутников вероятность образования полости только газом еще меньше, так как трещинова­ тость развита значительнее. К тому же про­ ведение дегазации должно в любом случае привести к уничтожению полости, чего не происходит в действительности. Следователь­ но, нельзя объяснить образование и сохране­ ние полости у спутников лишь действием де­ сорбирующего газа.

Вторая точка зрения по вопросу поступле­ ния газа к скважине после подработки или надработки спутника принадлежит немецко­ му ученому Паттейскому [15]. Он считает, что газ к скважине притекает по трещинам, обра­ зующимся под действием опорного давления. Слои почвы выгибаются вверх, создавая рас­ слоение на контактах. Газ из спутника выде­ ляется в образовавшуюся полость и проникает к скважинам или через трещины в выработки рабочего пласта.

Паттейский, как и раньше Вебер, не при­ дает никакого значения давлению газа и счи­

38

тает, что последний не оказывает никакого влияния на трещинообразование. Эта точка зрения грешит односторонностью. Совершен­ но верно утверждение, что газ свободно течет по образовавшейся под действием горного дав­ ления полости и что она образуется независи­ мо от наличия или отсутствия спутников в почве пласта, но ни в коем случае нельзя пренебрегать влиянием газа.

Как будет показано в разделе «Расстояния между скважинами», газ при соответствующих условиях является большой силой, способной вызвать разрушение пород междупластья. Кроме того, говоря о трещинообразовании в почве пласта, нельзя ограничиться только рассмотрением расслоения на контактах по­ род. Гораздо большее значение для проведе­ ния промышленной дегазации имеет не рас­ слоение на всей площади надработки, а тре­ щины на контуре свода, сохраняющиеся дли­ тельное время. Только наличием этих трещин, которые удается наблюдать при моделирова­ нии и замерять на шахтах с помощью глубин­ ных реперов, может быть объяснен факт обра­ зования суфляров далеко позади забоя лавы, и только благодаря этим трещинам дегаза­ ционные скважины дают газ в течение не­ скольких месяцев.

Паттейский считает, что из верхних спутни­ ков газ поступает в скважину только по так называемым пустотам Вебера. Подтверждени­ ем этого факта, по его мнению, является крат­ кий срок работы дегазационных скважин за границей. Считается, что скважина перестает давать газ через 15—20 дней потому, что по­

39

лость, выйдя из зоны свода, закрывается, и газ перестает поступать к скважине. Это со­ вершенно ошибочное мнение связано с тем, что за границей скважины бурят с вентиля­ ционных штреков лав. Ничем не защищенные они при крупных подвижках кровли просто срезаются.

Скважины, буримые на наших шахтах, рас­ считаны по формулам И. М. Печука и дают газ высокой концентрации в течение 3—4 и бо­ лее месяцев.

Следовательно, прекращение поступления газа к скважинам объясняется не закрытием полостей, а несовершенством самих скважин, буримых без расчета. К правильно пробурен­ ным скважинам газ притекает длительное вре­ мя по системе трещин на контуре обрушения (подробнее этот вопрос рассмотрен в разделе «Доказательства существования полости»).

Ряд ученых, в том числе В. В. Ходот [8] и Г. Д. Лидин [2] считали, что полости около спутника нет, а повышение выхода газа при разгрузке связано с равномерным ростом га­ зопроницаемости самого спутника. При этом

сростом гдубины залегания пластов разница

впроницаемости до и после разгрузки растет.

В. В. Ходот объясняет повышенный приток газа тем, что при снятии горного давления поры в угле значительно расширяются и про­ ницаемость его увеличивается.

В литературе описан ряд опытов по опре­ делению газопроницаемости углей, но все они недостаточно совершенны, чтобы можно было утверждать, что проницаемость изменилась именно за счет расширения пор, а не за счет

40

НОВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ

д о к а з а т е л ь с т в а с у щ е с т в о в а н и я

полости

Как было указано в предыдущей главе, нельзя полностью согласиться с первоначаль­ ными выводами И. М. Печука, что полость образуется только под действием давления газа.

Наблюдения за моделями из эквивалент­ ных материалов и опыты на шахтах показы­ вают, что основной силой, создающей расслое­ ния пород на контактах, является горное дав­ ление, а газ лишь способствует их дальнейше­ му расширению и то при определенных усло­ виях.

Первоначально после прохода лавы про­ исходит расслоение по всей площади подра­ ботки, образуется так называемая пустота Ве­ бера, но в центральной части полость через 13—35 дней закрывается, и устойчивое рас­

и в центральной части остается намного боль­ шей, чем проницаемость угля в целике.

• О существовании зоны расслоения на гра­ нице обрушения писал в своих работах А. Лабасс [1]. Создавая теорию предварительной трещиноватости, он в 1947 г. доказал, что породы кровли неизбежно расслаиваются и

42

Рис. 11. Пустота Вебера и контурное расслоение.

43

длительное время сохраняют расслоение в районе между целиком и зоной уплотнив­ шихся обрушенных пород.

Лабасс утверждает, что второй слой, если он оказывается более гибким, чем первый, опирается на него и нагружает его своим ве­ сом, если слой более жесткий, то он отслаи­ вается от первого слоя, благодаря чему со­ здается пустота между этими слоями кровли. Третий слой ведет себя по отношению ко вто­ рому так же, как второй по отношению к пер­ вому, так что ослабленные породы, располо­ женные под обволакивающей поверхностью ослабленных пород, представляют целую се­ рию изогнутых слоев, опирающихся один на другой, с одной стороны, вдоль границы этой обволакивающей поверхности, с другой сто­ роны, — позади линии забоя у точек контакта.

С этой точки зрения полость может образо­ ваться не обязательно под, но и над спутни­ ком. Именно наличие этого расслоения, а не пустоты Вебера, существующей очень малое время, позволяет проводить промышленную дегазацию.

Под термином полость следует понимать не только образующуюся при расслоении щель, но и всю систему контурного расслое­ ния, создающего своеобразный канал. По это­ му каналу — полости — метан от района све­ жего обнажения притекает к дегазационной скважине.

В последнее время накопился целый ряд фактов, доказывающих существование полости.

В СССР все большее развитие получает

44