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

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

Оно растет до тех пор, пока поступление газа в полость не сравняется с количеством газа, вытекающего через трещины в выработки ра­ бочего пласта.

При дальнейшем отходе лавы (в условиях шахты им. XVII партсъезда при опережении скважины лавой на 20 м) скважина соедини­ лась с полостью. После этого перекрытие ее вызывало не постепенный, а скачкообразный рост давления и все последующие скважины начали оказывать на нее влияние, т. е. пере­ крытие соседних скважин приводило к даль­ нейшему скачкообразному росту давления на изучаемой скважине. Абсолютная его вели­ чина резко снизилась по сравнению с первым периодом.

Если в первый период давление на скважи­ не приближается к необходимому для про­ никновения метана через породы в рабочие выработки (до десятков миллиметров ртутно­ го столба), то во втором периоде, когда сква­ жины связаны полостью, величина давления определяется лишь величиной необходимого напора для преодоления сопротивления по­ лости, что составляет несколько десятков миллиметров водяного столба.

-График (рис. 13) построен на основании данных шахты им. XVII партсъезда, когда ла­ ва находилась в 20 ж от скважины. На следую­ щий день скважина соединилась с полостью. Давление на ней резко упало. Были открыты все четыре скважины. Перекрытие скважины

№1 вызвало скачок давления на ней с —80 до +38 мм вод. ст. Перекрытие скважины

№2, связанной со скважиной № 1 полностью,

54

привело к дальнейшему скачкообразному ро­ сту давления на скважине № L до +48 мм вод. ст. (рис. 14). Когда перекрыта была скважина № 3, давление в полости начало постепенно расти по кривой, подобной кривой рис. 13. Это свидетель­ ствовало о том, что +' скважины № 1, 2, 3 пи- 40 таются газом из одной полости, а скважина о

№4 — отдельно. При перекрытии скважины

№3 полость была пол­ ностью закрыта. Кри- в0

вые подобного вида -Р.мм6од.ст.

всегда получаются при Рис. 14 Рост давления перекрытии одиночной на скважине № 1 после

скважины, вскрываю­ образования полости (с

учетом потери напора

щей полость. Результа­ в скважине). ты опыта приведены в

табл. 2.

Таблица 2

Надо отметить, что полной изоляции по­ лости, питающей скважины № 1, 2, 3, от сква­

55

жины № 4 не было, так как давления на них в один и тот же момент времени несколько отличались, в то время как при отсутствии проникновения газа из закрытой полости в скважине № 4 они должны были быть рав­ ны. Движение газа от закрытой полости к сква­ жине № 4 шло за счет проницаемости.

Из табл. 2 видно, что при течении газа по углю от скважины № 3 к скважине № 4 по­ теря напора составила 46 мм вод. ст. на 18 м, а при течении по полости от скважины № 1

угля было в (щ|) = 37 раз больше, чем сопро­

тивление полости.

На следующий день было проведено про­ верочное перекрытие скважин. Работа велась следующим образом. На скважине № 1 был установлен водяной U-образный манометр, за которым велось наблюдение. Замерив разре­ жение на скважине, ее закрыли. Давление возросло скачком и не изменялось. После это­ го были перекрыты скважины № 2 и 4. На­ блюдения за манометром на скважине № 1 велись непрерывно.

При закрытии скважин скважина № 1 все более удалялась от места выхода газа из по­ лости, а следовательно, давление вследствие сопротивления полости протеканию по ней га-

56

за должно было расти. Так и было в действительности, что видно из табл. 3.

Вто время, как перекрытие скважин № 1

и2 вызвало резкий скачок давления, перекры­ тие скважины № 4 на него не повлияло. Это могло явиться следствием лишь того, что сква­ жина № 4 не связана полостью с остальными, т. е. в этом районе полость пережата. Чтобы окончательно убедиться в изолированности скважины № 4, она была перекрыта при остальных открытых скважинах. Давление на скважине росло по кривой рис. 15.

Характер этой кривой показывает, что

скважина № 4 питается газом из изолирован­ ного резервуара, т. е. что полости между сква­ жинами № 3 и 4 не существует, хотя в районе скважины еще имеется достаточное количество газа и велика проницаемость угля, опреде­ ляемая углом наклона кривой в начальный период роста давления.

Подобные опыты были проведены на сква» жинах, пробуренных для дегазации 10-й во­ сточной лавы К2 этой же шахты.

57

10-я восточная лава пласта К2 отошла от разрезной печи на 480 м. К моменту опыта в работе находились скважины № Г, 2, 3, 4. Расстояние от скважины № 4 до забоя лавы

перераспределение давлений и количеств отсасываемого газа.

Если оставить открытой только скважину № 3, получим величины давлений, приведен­ ные в табл. 5.

Как видно из табл. 5, чем дальше от от­ крытой скважины находится точка замера, тем большее устанавливается в ней давление, при­ чем повышается оно при перекрытии соседних

58

Таблица 4

скважин скачком. Несомненно, что только при наличии свободного канала между сква­ жинами возможен такой эффект.

Из приведенных данных видно, что и над 10-й западной и над 10-й восточной лавами около спутника имеется полость, питаемая га­ зом, но на востоке она существует на протя­ жении около 300 м, а на западе — всего на 170 м. Это объясняется тем, что в западной части поля проходит ряд нарушений. Работа ведется с нарезкой новых лав западнее нару­ шения, и между лавами остаются целики.

Один такой целик находится около сква­ жин № 3 и 4. Эти скважины пробурены вблизи

59