XVII.3.2. Дегазация неразгруженных угольных пластов

Для снижения газовыделения при разработке неразгруженных пластов применяются различные способы дегазации: подготовитель­ными выработками, скважинами, скважинами с гидроразрывом или гидрорасчленением пласта.

Дегазация подготовительными выработками применяется при столбовых системах разработки и пластовой подготовке. Проветрива­ние выработок должно быть обособленным или они должны временно изолироваться после окончания проведения. При временной изоля­ции выработок возводят перемычки, через которые пропускают газо-нровод для отсоса метано-воздушной смеси из изолированного про­странства. Способ может применяться на пластах любой мощности. Эффективный срок дегазации 6—8 мес.

Дегазация скважинами, пробуренными из выработок, приме­няется в Карагандинском, Кузнецком и Печорском бассейнах при мощности пластов не менее 4 м и их высокой газопроницаемости. В настоящее время это наиболее распространенный способ дегазации. Сущность его состоит в том, что по пласту с некоторым опережением относительно очистных работ бурят дегазационные скважины, подключаемые к трубопроводу, по которому метан удаляется под действием вакуум-насосов на поверхность. Дегазационные скважины могут быть пробурены в плоскости пласта из пластовых подготови­тельных выработок по восстанию, падению, простиранию, под неко­торым углом к линии простирания (рис. XVII. 10) или из подготови­тельных либо капитальных выработок через породную толщу вкрест простирания пласта (рис. XVII.11). Во всех указанных случаях воз­можно параллельное, веерное или кустовое расположение скважин.

Эффективность дегазации зависит от расстояния между скважи­нами и времени их эксплуатации, а также от газопроницаемости

угольных пластов. Коэффициент эффективности дегазации изме­няется при различных горнотехнических условиях от 0,3 до 0,5.

Дегазация скважинами с гид­роразрывом пласта впервые была применена на шахтах Карагандин­ского бассейна. Сущность способа заключается в создании зон по­вышенной трещиноватости путем гидравлического воздействия на угольный пласт.

Гидроразрыв из горных выра­боток производится для интенсифи­кации газовыделения иэ неразгру­женных пластов. Схема располо­жения скважин определяется в за­висимости от схемы подготовки выемочного поля, порядка прове­дения подготовительных выработок и геологических условий. В ка­честве примера на рис. XVII. 12 показана схема дегазации скважи­нами, пробуренными вкрест про­стирания пласта.

Недостатком всех схем гидро­разрыва является ненадежность герметизации скважин и невоз­можность совмещения операций по проведению подготовительных вы­работок и гидроразрыву пласта. При гидроразрыве насосное обо­рудование может быть установлено на поверхности или в подготови­тельных выработках. Подача жид­кости с поверхности произво­дится только при наличии в районе подземных скважин гидрбразрыва вертикальных скважин,, пробу­ренных с поверхности (водоотлив­ные, геологоразведочные и т. п.), по которым можно прокладывать трубопровод высокого давления. При гидроразрыве из подземных скважин применяются поршневые насосы типа 9Т или 9МГР-61. В качестве рабочей жидкости исполь­зуется вода. После обработки пласта и прекращения обильного выделения воды скважины подключают к вакуумной линии. Радиус влияния скважин, по данным Карагандинского отделения ВостНИИ, составляет до 50 м; коэффициент эффективности дегаза­ции 0,4—0,6.

Рис. XVII.10. Схема дегазации раз­рабатываемого пласта скважинами, пробуренными по восстанию пласта ив откаточного штрека (при столбо­вой системе разработки): 1 — вентиляционный штрек; 2 — откаточ­ный штрек; S — газопровод; 4 — дегаза­ционные скважины

Рис. XVII.11. Схема дегазации раз­рабатываемого пласта веерными вос­ходящими пластовыми скважинами:

1 — вентиляционный штрек; 2 — откаточ­ный штрек; з — газопровод; 4 —• дегаза­ционные скважины; 5 — ниша для буро­вого оборудования

Заблаговременная дегазация скважинами с гидрорасчленением пласта получила значительное распространение на шахтах Караган­динского и Донецкого бассейнов. Способ этот разработан Москов­ским горным институтом.

Гидрорасчленение целесообразно применять при газовом давле­нии рпл более 15—20 кгс/сма. Наиболее эффективен этот способ при высокой газопроницаемости пластов.

Сущность рассматриваемого способа дегазации заключается в рас­крытии и расширении систем пластовых трещин путем закачки в пласт рабочей жидкости. При этом происходит резкое увеличение проницаемости прискважинной зоны и образуется гидравлически

Рис. XVII.12. Схема дегазации неразгруженного мощного кру­того пласта скважинами, пробуренными вкрест простирания иа полевого штрека: 1 —• дегазационные скважины; 2 — полевой штрек

связанная со скважиной сеть трещин, по которым впоследствии уда­ляется метан. Гидрорасчленению подвергаются пласты мощностью более 0,3 м, которые могут оказать влияние на газовую обстановку в выработках разрабатываемого пласта. Скважины бурят с земной поверхности с таким расчетом, чтобы в последующем они находились в междуэтажных или межблоковых целиках на расстоянии 250— 300 м одна от другой (рис. XVII.13). При этом могут быть использо­ваны соответствующим образом оборудованные геологоразведочные скважины.

Технология гидрорасчленения сводится к закачке рабочей жид­кости в пласт через предварительно обсаженную и загерметизирован­ную тампонажным цементом скважину. Пласт, подлежащий обра­ботке, вскрывается абразивным гидроперфоратором. Обсадная ко­лонна, цементнЬе кольцо и угольный пласт прорезаются струей воды с песком, в результате чего образуется полость радиусом 1,5—3,0м, через которую по обсадной колонне и насосно-компрес-сорным трубам производится закачка жидкости. В качестве насос­ного оборудования применяются специальные агрегаты типа ЗАН-500 или 4АН-700. Жидкость на некоторое время оставляется в пласте.

После ее удаления из пор и трещин по скважине истекает газ. Само­истечение происходит интенсивно в течение 12—30 мес; дебит сква­жин в различных горно-геологических условиях составляет 1900— 4000 м3/сут практически чистого метана.

При гидрорасчленении в качестве рабочих жидкостей могут применяться: чистая вода, не содержащая примесей, снижающих проницаемость пласта; водные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ); водные растворы кислот; вода с добавлением загу­стителей и газообразные среды (азот, пропан, воздух).

Рис. XVII.13. Расположение скважин гидрорасчленения

Направленное гидравлическое расчленение свиты угольных пла­стов производится в восходящем порядке от нижнего пласта к верх­нему. Для обсадки скважин применяют колонны труб диаметром 127—146 мм. Коэффициент эффективности дегазации с использова­нием гидрорасчленения составляет в различных горно-геологических условиях 0,4—0,8. Преимуществом гидрорасчленения является не­зависимость работ по дегазации от технологических процессов подготовки и очистной выемки.

В последние годы в МГИ разработаны методы физико-химического и микробиологического воздействия на угольный пласт из скважин, пробуренных с поверхности. Технология ведения работ по микро­биологической и физико-химической обработке пласта та же, что и при гидрорасчленении. Возможен вариант обработки пласта из подземных скважин.

Сущность физико-химического воздействия на пласт заключается в нагнетании в пласт раствора с управляемыми свойствами, который переходит в твердое состояние непосредственно в пористой струк­туре пласта. Процесс сопровождается сшивкой отдельных цепей молекул с включением в сшиваемую структуру продуктов отверде­ния, газа и угольной пыли и блокированием сорбционного объема угля при многократном снижении его проницаемости.

Снижение газоносности угольного пласта при микробиологиче­ском воздействии достигается за счет разрушения молекул метана в пористой структуре пласта метанопотребляющими микроорганиз­мами с образованием водорода и углекислого газа,