книги из ГПНТБ / Савенко Л.В. Дегазация спутников угольных пластов

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.

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