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

Если газ выходит из скважины под собст­ венным напором, то

hn — потеря напора в полости, мм вод. ст.\ h — разрежение по скважине, мм вод. ст.

Приведенные формулы показывают, что давление, устанавливающееся на удаленном

2 ) сопротивления скважины, 3) вакуума, кото­ рый имеется на скважине, 4) от количества протекающего газа.

По мере удаления линии отрыва от газо­ отводящей скважины, т. е. по мере движения лавы и обнажения новых площадей, давление Ру растет, а следовательно, растет и количе­ ство метана, проникающего на вентиляцион­ ный штрек, что может привести, наконец, к повышению его концентрации до опасной.

Для нормальной работы участка необходи­ мо бурить дегазационные скважины на таком расстоянии друг от друга, чтобы давление на удаленном конце не достигало опасного пре­ дела. Под опасным понимается такое давле­ ние, при котором происходит внезапный про­ рыв газа из полости в выработки рабочего пласта или поступление газа в исходящую струю превышает допустимое.

Для различно расположенных спутников Р0„ находится в различной связи с остальны­

70

ми характеристиками процесса. Каждый про­ изводственник, каждый начальник дегазации должен знать, угрожает ли ему прорыв газа из спутника, если не будут вовремя пробурены скважины. Он должен знать, каково будет по­ ступление метана на вентиляционный штрек. Все это можно заранее предусмотреть, зная величину и характер роста опасного давления. Рассмотрим возможные случаи.

1.Имеется близкий нижележащий спут­

Под действием горного давления породы почвы рабочего пласта расслаиваются. Если имеется спутник, то выделяющийся из него газ расширяет щель до полости, приподнимая породы.

Наступает, наконец, такой момент, когда давление газа в полости уравновешивается сопротивлением пород изгибу. Это давление называется равновесным, т. е. оно устанавли­ вается в полости при отсутствии выделения из нее газа (при отсутствии трещин). Оно близко

кгазовому давлению в спутнике и тем ближе

кнему, чем большую толщу пород должен от­ жать газ. Если равновесное давление больше

опасного, Р р> Р 0Л, то прежде чем первое установится, произойдет растрескивание по­ род над спутником, и газ получит возможность выходить в выработки рабочего пласта.

Иногда трещиноватость — мелкая, и газ выделяется сравнительно спокойно (при сла­ бых породах междупластья). Если же междупластье состоит из крепких песчаников, то прорыв газа сопровождается образованием

71

отходе лавы от места прорыва породы уплот­ няются, расслоение становится очень неболь­ шим, а трещиноватость при надработке раз­ вита слабо. Поэтому газу трудно проникать из района свежего обнажения к газоотводя­ щей скважине.

Давление на удаленном конце полости вновь растет, и как только Р у достигнет Р 0ПІ произойдет новый прорыв. Он может быть как в выработанном пространстве, так и в корен­ ном штреке, где мы его наблюдаем в виде суфляра.

2.Имеется удаленный недегазируемый ни­

жележащий спутник с Р р< Р 0П. Такой слу­ чай возможен, если спутник залегает глубоко. С удалением его от рабочего пласта растет как опасное, так и равновесное давление, но первое растет быстрее. Чем больше толща междупластья, тем труднее газу отжать по­ роды, тем меньше по толщине образующаяся полость и больше устанавливающееся в ней давление. С другой стороны, чем больше тол­ щина плиты,«'тем большее требуется усилие, чтобы довести ее до разрушения.

Если равновесие наступит раньше, чем дав­ ление достигнет опасной величины, то газ ос­ танется в полости и не внесет никаких ослож­ нений в работу лавы. Только временами при наличии мест с пониженным сопротивлением пород газ в виде суфляра может проникнуть в выработки рабочего пласта.

72

Нельзя, конечно, считать, что газ в поло­ сти после достижения равновесия находится в покое. При обнажении новых площадей дав­ ление газа в полости снижается, так как он заполняет образовавшуюся пустоту, но вслед за тем давление опять повышается до равно­ весного благодаря десорбции газа со свежего обнажения. Эти колебания происходят посто­ янно, коль скоро лава движется, и прекра­ щаются при остановке очистного забоя.

3. Имеется нижележащий дегазируемый спутник с Рр > Р 0І1.

Если на спутник пробурена скважина, че­ рез которую отсасывают газ, то давление в по­ лости у скважины невелико, но по мере уда­ ления лавы от скважины .оно растет. Если не пробурены своевременно последующие сква­ жины, то давление Р у достигнет опасной ве­ личины и произойдет прорыв газа в выра­ ботки.

Таков был, например, прорыв из спутника, лежащего в 1 2 м ниже рабочего пласта, на шахте 7/8 «Основная» (Красный Луч), про­ исшедший на 4-м западном штреке, когда лава опередила газоотводящую скважину почти на 200 м. Трещина была около 7 м длины и 10— 15 см ширины. Содержание метана в лаве до­ стигало 17% при поступлении в нее около 500 м3/мин воздуха, т. е. из трещины выделя­ лось 0,01X17X500 = 85 м3/мин метана. Рабо­ та в лаве возобновилась только после того, как трещина была закрыта зацементирован­ ным рештаком, из-под которого стали откачи­ вать газ. Газ бурно выделялся в течение бо­ лее 3 мес.

73

4. Нижележащий спутник, имеющий Я,, < Роп дегазируется. В этом случае нико­ гда не произойдет прорыва газа в выработки, если даже не бурить новые скважины.

Давление газа на удаленном от скважины конце полости растет до тех пор, пока не до­ стигнет величины Рр. При дальнейшем движе­ нии лавы, несмотря на обнажение новых пло­ щадей, выделение газа через скважину сни­ жается вплоть до прекращения, так как со­ противление пути столь велико, что потеря напора на нем превышает имеющееся в по­ лости давление. Прорыва же не произойдет,

Яр > Р0„ , находящийся выше зоны беспоря­ дочного обрушения.

В этом случае сопровождающийся внезап­ ным крупным разрывом пород прорыв газа происходит обычно при первом обрушении лавы. В дальнейшем газ проникает в выра­ ботки через вновь образующиеся в процессе работы трещины, и Роп надо рассматривать как давление, при котором проникновение га­ за- в выработки рабочего пласта превышает допустимое.

Несомненно, что в период до прорыва дав­ ление газа способствует отжиму пластов и об­ разованию трещиноватости.

Отсутствие своевременно пробуренных скважин приводит к росту давления на даль­ нем конце полости и усиленному поступлению газа в вентиляционную струю.

6 . Имеется удаленный вышележащий спут­ ник с Рр < Р оп. При отсутствии дегазации

7 4

так же, как для удаленного нижележащего спутника, прорыва газа в этом случае не бу­ дет, но толщиной междупластья надо считать расстояние от спутника до зоны беспорядоч­ ного обрушения.

Если спутник дегазируется, то картина по­ ступления газа к скважине аналогична случаю дегазации нижележащего спутника с Рр < р,ш (случай 4). Обычно давление в полости дости­ гает равновесного при значительном отходе лавы, и такие удаленные спутники дают газ

уменьшается гораздо медленнее, чем в случае надработки.

7. Отдельно следует указать на причины невозможности осуществления дегазации слишком далеких как выше-, так и нижеле­ жащих спутников. Около удаленного нижеле­ жащего спутника тоже образуется щель, но она мала по толщине, а сопротивление пород поднятию очень велико.

Если проводится дегазация, то вблизи скважины вообще нет силы, способной хоть

оченьмало, так как Р р почти равно пласто­ вому давлению, а при малом перепаде давле­ ний скорость десорбции метана понижен­ ная.

75

Если спутник вышележащий, то образую­ щиеся около него полости малы и не имеют связи с нижними трещинами, так как происхо­ дит лишь плавный прогиб пород в районе рас­ положения спутника. Сопротивление полостей проходу по ним газа очень велико, газ в сква­ жину поступает в течение небольшого перио­ да времени и в малых количествах.

В вакуумной технике для определения ко­ личества фактически отсасываемого из резер­ вуара газа (так называемой эффективной быстроты откачки в л/сек X мм рт. ст.) поль­ зуются следующей формулой:

(4)

где 5 Н — номинальная быстрота откачки на­ соса (в данном случае фиктивного насоса за вычетом работы в подво­ дящих к скважине трубопрово­ дах), л!сек X мм рт. ст.;

С— пропускная способность трубопро­ вода (подости) — величина, обрат­

ная сопротивлению.

Из формулы (4) совершенно очевидно, что чем меньше пропускная способность полости, тем меньше количество газа можно из нее от­ качать тем же вакуум-насосом. Этим и объяс­ няется, что из удаленных спутников, сопротив­ ление полости которых очень велико, мож­ но откачивать лишь малое количество ме­ тана.

Для производственников, однако, основ­ ным всегда остается вопрос о необходимом

76

расстоянии между скважинами. При завышен­ ном расстоянии может произойти прорыв га­ за или поступление его в выработки превысит допустимое. При заниженном расстоянии между скважинами очень возрастают расходы на дегазацию, так как только прохождение лишней дегазационной камеры обходится в 600—700 руб. К этому добавляются рас­ ходы на бурение скважин, их обсадку, обору­ дование. Поэтому чрезвычайно важно уметь рассчитать и, если нужно, скорректировать расстояние между скважинами.

Чтобы дать метод такого расчета, надо было прежде всего выяснить, как распреде­ ляется давление по длине полости. В резуль­ тате проведения ряда опытов на шахтах уста­ новлено, что давление газа нарастает по длине полости по прямолинейному закону (наблю­ дения велись, главным образом, на шахтах треста Шахтерскантрацит, а также на шахте «Анненская», треста Кадиевуголь).

Небольшое искажение имеется только в не­ посредственной близости от газоотводящей скважины. Ниже описаны для иллюстрации несколько опытов, подтверждающих это по­ ложение.

О п ы т № 1. Проведен на шахте им. XVII партсъезда, треста Шахтерскантрацит, в де­ кабре месяце 1956 г. Скважины пробурены для дегазации 1 0 -й восточной лавы Къ с 9-го

восточного штрека пласта Къ до спутника Къ, лежащего в 34 м от рабочего пласта по нор­ мали.

Длина скважин — 70 м. При опыте было измерено распределение давлений на скважи­

77

нах, присоединенных к газопроводу, а затем

ление в полости у скважины Аг° 1, надо исключить потерю напо­ ра в самой скважине.

78