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

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

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.