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

моделирование с помощью эквивалентных ма­ териалов процессов, происходящих при разра­ ботке угольных месторождений. При отработ­ ке модели отчетливо видно расслоение пород кровли. Особенно устойчиво оно в районе кон­ тура свода давления.

Угол, под которым появляются трещины в плоскости падения, равен 75—85° к горизон­ ту для пластов пологого падения, считая от границы бутовой полосы.

Расслоение средней части лавы удержи­ вается около месяца. Расслоение у границ свода наблюдается до конца наблюдения мо­ дели, т. е. не менее 3 мес.

Вмоделях масштаба 1 : 200, отработанных

вДПИ Н. М. Зоря и Н. И. Креневым, рас­ слоение пород в почве рабочего пласта было обнаружено при наблюдении за зеркальными

тензометрами, которые показали, что под ла­ вой происходит поднятие пород. Когда горное давление восстанавливается, начинается про­ цесс возвращения реперных точек в первона­ чальное положение с небольшим гистерезисом. Однако, за время наблюдения модели почва не успевает занять первоначальное положение.

Особенно устойчиво расслоение в контур­ ных частях обратного свода. За 3 мес. реперы в этом районе имеют опускание от 0 до 30% поднятия. Следовательно, расслоение в почве может существовать до 3 мес.

При масштабе 1 : 50 расслоение в почве хорошо заметно даже без помощи тензомет­ ров на глубине до 10 м.

Следует отметить, что моделирование дает не только вполне достоверную качественную

45

картину движения пород, но в некоторой сте­ пени и количественные показатели.

В Ленинградском горном институте было проведено моделирование участка . шахты «Анненская», треста Кадиевутоль, с целью вы­ яснения возможности подработки пласта k пластом І2 (расстояние по нормали 18 м). Отработка модели велась по простиранию. Анализируя имеющиеся данные, следует отме­ тить:

1.Первая посадка на пласте /2' произошла при отходе лавы от целика на 34 м (по дан­ ным шахты 30—35 м).

2.Влияние подработки сказалось в районе

пласта k при отходе лавы от целика на 60 л-t.

3.При отходе лавы на 93 м центральная полость (полость Вебера) находилась у пла­ ста /3', расположенного в 34 м от рабочего пласта. Газ из спутника получил возмож­ ность выходить в трещины контура и попол­ нять имеющиеся там запасы (рис. 12). Шири­ на контурной зоны равна 15—20 м.

4.Дальнейшее движение происходило по­ добным же образом, т. е. центральная полость (пустота Вебера) перемещалась вверх по мере отхода лавы, оставляя ниже себя развитую сеть трещин на контуре, где имел возможность скапливаться метан, выделенный пластом при полном его обнажении и продолжающий вы­ деляться в районе трещин и блоков контура на площади примерно.

46

Надо отметить, что центральная полость по мере удаления от рабочего пласта становится

все меньше по толщине. Это свидетельствует о том, что породы укладываются после обру­ шения не столь плотно, как в массиве.

47

При наблюдениях отмечено, что после пер­ вого оседания в 70 м от целика пласт k вто­ рично просел лишь на 92-ом метре, т. е. при прохождении лавой 22 м (около 30 суток ра­ боты), у спутника /3 по всей площади подра­ ботки сохранялась полость небольшой, однако видимой толщины, по которой метан может свободно проникать к дегазационной скважи­ не и в трещины на контуре свода, что соот­ ветствует практическим данным шахты.

5. Максимальные смещения пород наблю­ дались в 30 ж позади лавы. Угол наклона тре­ щин к горизонту в плоскости простирания со­ ставлял 62—65°. Обрушение непосредственной кровли происходило через 7—8 м и через та­ кие же интервалы возникали трещины, что вполне соответствует наблюдениям на шахте.

Беспорядочно обрушались только слои на высоту, равную трехкратной мощности пла­ ста. Остальная толща плавно прогибалась без заметных разрывов сплошности слоев. Трещи­ ны расслоения сохранялись только у границ свода.

6. Модель была отработана на протяжении

скважины дают метан даже при отходе лавы на 150—300 м от проекции скважин. Модель прекрасно объясняет это явление, так как со­ храняющиеся по всему контурѵ трещины не создают значительного сопротивления проходу газа в скважине, а выделение его идет с боль­ шой площади порядка нескольких тысяч квад­ ратных метров.

48

При слишком большом отходе лавы поро­ ды уплотняются, трещины становятся мень­ ше, а место основного выделения газа уда­ ляется от скважины (см. подробнее в разделе «Расстояния между скважинами»), В резуль­ тате скважина начинает давать меньше газа и худшей концентрации либо поступление газа из скважины прекращается совсем.

Картина выделения газа и поступления его к скважине получается следующей. Вна­ чале при отслоении пород около спутника об­ разуется щель по всей площади подработки, существующая около месяца. Основная масса метана выделяется в этот период в щель и связанные с ней трещины контура свода. По­ сле уплотнения центральной части выделение идет только в районе контура, но, как указы­ валось ранее, и эта площадь очень велика.

Основная масса газа поступает к скважи­ не через трещины контура из района свежего обнажения, где уголь отдает большую часть содержащегося в нем метана, так как пере­ пад давления в глубине угольного массива и на поверхности обнажения значителен и про­ ницаемость угля благодаря разгрузке повы­ шенная. Движение газа по этой трещинова­ той зоне подобно движению его по свобод­ ному каналу с не очень большим сопротив­ лением.

- Надо отметить, что в случае отсутствия связи между полостью расслоения и вырабо­ танным пространством давление газа может достигать значительной величины (порядка нескольких атмосфер) и способствовать ее расширению.

Такой случай бывает при надработке или подработке далекого спутника. Например, на шахте «Давыдовка», треста Шахтерскантрацит, давление в закрытой полости достигало

2 ати. Эта шахта дегазирует спутник КІ, ле­ жащий в 46 м от рабочего пласта /<2. Для выяснения вопроса о путях проникновения метана из района свежего обнажения к сква­ жине были поставлены специальные опыты. Все дегазационные скважины закрывались, и брались пробы воздуха на вентиляционном штреке. Оказалось, что прорыва метана на вентиляционный штрек не было, а лишь росло давление на закрытых скважинах. Когда оно достигло 2 ати, скважины были открыты из-за боязни прорыва газа из полости. Этими опы­ тами было доказано, что связь между сква­ жинами (имевшая обычный характер) осу­ ществляется не по каким-то лабиринтам тре­ щин внутри свода, а по полости отслоения на границе спутника. Эта полость с выработан­ ным пространством не связана.

Однако для большинства шахт, дегазирую­ щих вышележащие спутники, расположенные на относительном расстоянии меньше 30 м, это явление не является характерным, и дав­ ление в полости редко превышает несколько десятков миллиметров ртутного столба, так как полости связаны трещинами с выработан­ ным пространством.

** *

Сцелью экспериментального изучения по­ лости проводились опыты на шахте им. XVII

партсъезда, треста Шахтерскантрацит. На

50

шахте дегазации подвергались 10-ая западная и 10-ая восточная лавы пласта Кі- Скважины бурились с 9-го западного и 9-го восточного штреков под углом 17° в сторону зоны ослаб­ ленного давления. Одновременно в работе на одном крыле находились три-четыре сква­ жины.

Приступая к опытам, считали, что если есть полость и скважины соединены ею между собой, то перекрытие скважин, более близких к забою, при откачке газа из более далеких повлечет за собой скачкообразное повышение давления на первых. Это объясняется сле­ дующим образом. Выделение газа со вновь обнаженной поверхности спутника происходит затухающе, основные количества газа выде­ ляются со свежего обнажения (см. ниже раз­ дел «Расстояние между скважинами»). Следо­ вательно, обнаженная поверхность угля основ­ ную массу газа выделяет вблизи линии отры­ ва слоев.

С некоторым приближением можно счи­ тать полость трубопроводом, по которому те­ чет газ от линии отрыва к открытой скважи­ не. Потеря напора в трубопроводе составляет

большее, чем давление в полости у открытой скважины.

Имеем, например, две скважины: скважи­ ну № 1, более близкую к забою лавы, и сква­ жину № 2, более удаленную. Если они пи­ таются газом из одного района и соединены между собой свободным каналом, то при за­ крытии скважины № 1 путь выходящего газа удлиняется на величину расстояния между скважинами. Чтобы преодолеть этот путь и выйти в скважину № 2, газ должен быть под повышенным давлением, причем перерас­ пределение давлений происходит практически мгновенно. Если же скважины получают газ не из свободного объема, а только за счет повышенной проницаемости, то перекрытие скважины № 1, если она находится в преде­ лах влияния скважины № 2, тоже вызовет повышение давления на ней, но расти оно бу­ дет не скачкообразно, а по некоторой кривой, угол наклона которой определится величиной проницаемости пласта.

На шахте им. XVII партсъезда были по­ ставлены опыты с целью выяснения характера повышения давления на закрытой скважине и величины расстояния между скважинами, при котором они еще связаны свободным ка­ налом. Опыты позволили судить о том, имеет­ ся ли в массиве свободная полость, заполнен­ ная газом, и какова ее протяженность по про­ стиранию.

На 9-м западном штреке /С2 были подклю­ чены к газопроводу скважины № 1, 2, 3, 4, на­ ходящиеся соответственно в 20, 98, 165 и 185 м от забоя лавы. При опыте были открыты только скважины № 1 и 2.

52

Опыты показали, что скважина, недавно начавшая давать газ в довольно больших количествах (0,8—1,0 м3/мин), первоначаль­ но не связана с полостью. При закрытии та­ кой скважины (скважина № 1) давление на

отсоса газа из этого района вызывает повы­ шение давления до величины, необходимой для продавливания газа в район скважины № 2, а перекрытие скважины № 2 полностью прекращает выход газа из спутника, и давле­ ние начинает быстро расти. Последнее объяс­ няется тем, что при нормальной работе уста­ новки газ выходит из полости через скважи­ ны и трещины над выработанным простран­ ством.

При прекращении отсоса газа прежнее его количество должно удалиться лишь через трещины, что естественно может происходить только при повышенном давлении в полости.

53