Научная статья на тему 'Обеспечение метанобезопасности шахт на основе глубокой дегазации угольных пластов при их подготовке к интенсивной разработке'

Обеспечение метанобезопасности шахт на основе глубокой дегазации угольных пластов при их подготовке к интенсивной разработке Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
229
75
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Уголь
Scopus
ВАК
CAS
GeoRef
Ключевые слова
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПЛАСТОВАЯ ДЕГАЗАЦИЯ / ГИДРОРАЗРЫВ / ПАРАМЕТРЫ СПОСОБА / ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ / ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ / ADVANCED RESERVOIR DEGASSING / HYDRAULIC FRACTURING / PROCESS PARAMETERS / PERFORMANCE EVALUATION / PROSPECTS OF TECHNOLOGY

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Сластунов С.В., Ютяев Е.П., Мазаник Е.В., Садов А.П., Понизов А.В.

В статье изложено обоснование необходимости совершенствования технологии пластовой дегазации для обеспечения высокоэффективной разработки угольных месторождений подземным способом. Изложены подходы к обоснованному выбору технологии пластовой дегазации, механизм усовершенствованной технологии предварительной пластовой дегазации с использованием гидроразрыва угольных пластов, подготавливаемых к безопасной и интенсивной отработке. Приведены результаты апробации новой технологии. Определены рациональные параметры, область применения и достигнутая эффективность разработанных технологических решений. Показаны перспективы развития научного направления в плане разработки и внедрения технологии заблаговременной дегазационной подготовке скважинами с поверхности не разгруженных от горного давления угольных пластов к эффективной и безопасной разработке.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Сластунов С.В., Ютяев Е.П., Мазаник Е.В., Садов А.П., Понизов А.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Ensuring methane safety of mines on the basis of deep degassing of coal seams in their preparation for intensive development

The paper presents the rationale for the need to improve the technology of reservoir degassing to ensure highly efficient development of coal deposits by underground method. The approaches to the reasonable choice of technology of formation degassing, the mechanism of advanced technology of preliminary formation degassing using hydraulic fracturing of coal seams, prepared for safe and intensive development. The results of testing the new technology are presented. The rational parameters, scope and efficiency of the developed technological solutions are determined. The prospects of the development of the scientific direction in the development and implementation of technology training in advance degassing wells from the surface is not unloaded from the rock pressure of coal seams for safe and efficient development.

Текст научной работы на тему «Обеспечение метанобезопасности шахт на основе глубокой дегазации угольных пластов при их подготовке к интенсивной разработке»

УДК 622.831.325.3 © С.В. Сластунов, Е.П. Ютяев, Е.В. Мазаник, А.П. Садов, А.В. Понизов, 2019

Обеспечение метанобезопасности шахт на основе глубокой дегазации угольных пластов при их подготовке к интенсивной разработке

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-7-42-47

СЛАСТУНОВ Сергей Викторович

Доктор техн. наук, профессор, профессор кафедры «Безопасность и экология горного производства» Горного института НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, e-mail: slastunovsv@mail.ru

ЮТЯЕВ Евгений Петрович

Канд. техн. наук,

генеральный директор

АО «СУЭК-Кузбасс»,

652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия

МАЗАНИК Евгений Васильевич

Канд. техн. наук,

директор по аэрологической безопасности

подземных горных работ

АО «СУЭК-Кузбасс»,

652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия,

e-mail: mazanikev@suek.ru

САДОВ Анатолий Петрович

Канд. техн. наук, директор управления дегазации и утилизации метана АО «СУЭК-Кузбасс», 652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия, e-mail: sadovap@mail.ru

ПОНИЗОВ Александр Владимирович

Директор шахты им. С.М. Кирова АО «СУЭК-Кузбасс», 652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия, e-mail: ponizovav@suek.ru

В статье изложено обоснование необходимости совершенствования технологии пластовой дегазации для обеспечения высокоэффективной разработки угольных месторождений подземным способом. Изложены подходы к обоснованному выбору технологии пластовой дегазации, механизм усовершенствованной технологии предварительной пластовой дегазации с использованием гидроразрыва угольных пластов, подготавливаемых к безопасной и интенсивной отработке. Приведены результаты апробации новой технологии. Определены рациональные параметры, область применения и достигнутая эффективность разработанных технологических решений. Показаны перспективы развития научного направления в плане разработки и внедрения технологии заблаговременной дегазационной подготовки скважинами с поверхности не разгруженных от горного давления угольных пластов к эффективной и безопасной разработке.

Ключевые слова: предварительная пластовая дегазация, гидроразрыв, параметры способа, оценка эффективности, перспективы развития технологии.

ВВЕДЕНИЕ

Предусмотренные правилами безопасности ограничения по газовому фактору снижают в несколько раз производительность угледобывающей техники в газообильных забоях и существенно усложняют технологию добычи угля. На угольных шахтах России периодически происходят крупные аварии, что свидетельствует о серьезных проблемах в области промышленной безопасности.

Обоснованный выбор и эффективное внедрение способов дегазации при интенсивной отработке газоносных угольных пластов являются основополагающими для повышения уровня промышленной безопасности угольных шахт [1]. Основным руководящим документом по проектированию и осуществлению дегазации угольных шахт и выемочных участков является Инструкция по дегазации угольных шахт [2], которая предусматривает применение комплекса технологических решений по дегазации и подготовке угольного пласта к его безопасной и интенсивной отработке.

Несмотря на то, что во многих горно-геологических и горнотехнических условиях структура газовыделения на выемочном участке показывает относительно невысокий удельный вклад разрабатываемого пласта (до 10-15% и даже в ряде случаев менее), газовыделение из последнего достаточно часто становится лимитирующим фактором при интенсивной отработке газоносных угольных пластов.

ДЕГАЗАЦИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

ПРИ ИХ ПОДГОТОВКЕ К ИНТЕНСИВНОЙ РАЗРАБОТКЕ

Как показывает анализ горно-геологических и горнотехнических условий современных угольных шахт России, уровень запланированных нагрузок на очистные забои для каждого выемочного участка угольной шахты может достигаться при обеспечении эффективности пластовой дегазации до 40-50% и выше.

Высокую эффективность применяемых технологий пластовой дегазации, которая приведена в руководящем документе [2], в современных условиях можно обеспечить только номинально. На сегодняшний день при глубинах разработки более 400-500 м, газопроницаемости не разгруженных от горного давления угольных пластов на уровне или ниже сотых долей мил ида рси, длине лав более 250300 м приводимая эффективность требует существенной корректировки в меньшую сторону. Это объективно связано с фактическими значениями основных свойств и характеристик не разгруженных от горного давления угольных пластов (газопроницаемость, сорбционные характеристики, пластовое давление), которые должны экспериментально определяться на объектах пластовой дегазации по известным из практики [3, 4, 5, 6] и специально разработанным методикам [7, 8].

Реально эффективность способов подземной пластовой дегазации (ППД) в настоящее время в указанных выше условиях при вариантах с одиночными или пересекающимися скважинами не превышают 10% для нисходящих и 15-20% для восстающих пластовых скважин. Способы активных воздействий по повышению эффективности пластовой дегазации (подземный гидроразрыв в различных модификациях, физико-химическая обработка, торпедирование и другие) на шахтах России практически не применяются.

Более высокая эффективность пластовой дегазации может достигаться на стадии заблаговременной подготовки шахтных полей (ЗДП) с использованием скважин, пробуренных с поверхности, с гидрорасчленением угольных пластов (ГРП). В этих случаях эффективность пластовой дегазации может возрастать до 40-50%, особенно при применении технологии ЗДП [9] в комплексе с подземной пластовой дегазацией, когда скважины ППД функционируют в зонах ГРП. Однако применение ЗДП имеет свои ограничения по ряду факторов (экономических, временных, рельефа поверхности и др.). Поэтому в настоящее время в современных условиях более востребовано направление совершенствования технологи и пластовой дегазации, осуществляемой из подземных выработок на стадии ППД.

Технология ППД в настоящих горно-геологических и горнотехнических условиях должна надежно обеспечивать эффективность пластовой дегазации от 15 до 50%. Это именно тот технологически не закрытый в настоящее время диапазон требуемой эффективности подземной пластовой дегазации, где угольные компании и шахты несут огромные потери по снижению объемов угледобычи, связанные с простоями очистного оборудования по газовому фактору, составляющие до 30% и более от общего рабочего времени.

Изложенная выше задача по разработке эффективной технологии подземной пластовой дегазации, имеющей надежную эффективность в диапазоне до 40-50%, реша-

лась последние несколько лет специалистами АО «СУЭК-Кузбасс» и Горного института НИТУ «МИСиС» на шахтах АО «СУЭК-Кузбасс», в частности, на шахте им. С.М. Кирова.

На настоящий момент наиболее перспективным видится применение усовершенствованной технологии ППД с использованием предварительного гидроразрыва дегазируемых угольных пластов, некоторые аспекты и особенности которой изложены в нашей более ранней публикации [10].

Принципиально важный вопрос обеспечения эффективного извлечения метана из не разгруженного от горного давления пласта заключается в существенном увеличении его газопроницаемости. Известен ряд шахтных экспериментальных работ по осуществлению гидроразрыва угольных пластов в подземных условиях в Карагандинском угольном бассейне [11]. Работы доказали принципиальную возможность существенного углубления пластовой дегазации с использованием гидроразрыва угольных пластов, но реализованная технология имела ряд ограничений и недостатков.

Усовершенствованная нами по ряду основных параметров технология подземного гидроразрыва (здесь и далее - технология ПодзГРП) из подготовительных пластовых выработок была апробирована и испытана на шахте им. С.М. Кирова АО «СУЭК-Кузбасс» в 2015-2018 гг. в ходе поисковых экспериментальных работ, сущность которых заключалась в нагнетании рабочей жидкости в пласт под большим давлением (до 30 МПа) в установленном режиме для создания сети техногенных трещин с целью улучшения фильтрационных свойств дегазируемого неразгруженного угольного пласта.

В результате проведенных работ выявлен и обоснован механизм снижения газообильности очистной выработки вследствие осуществления комплексной пластовой дегазации, проводимой из подготовительных выработок, базирующийся на:

• снижении газоносности угольного пласта и газовыделения из последнего при его отработке вследствие предварительного извлечения метана из искусственно созданного в процессе гидроразрыва газопроницаемого техногенного коллектора, а также замещения метана водой в сорбционном объеме дегазируемого угольного пласта;

• повышении остаточной газоносности угольного пласта и, как следствие, снижении газовыделения из него при его разрушении в очистной выработке вследствие блокирования метана в мельчайших порах и трещинах угольного пласта рабочей жидкостью, проникающей туда за счет капиллярных сил, особенно в условиях применения нисходящих дегазационных скважин;

• перетока метана из угольного пласта в подготовительную выработку, из которой пробурены скважины гидроразрыва, вследствие движения метана под действием пластового давления по созданному гидродинамическим воздействием высоко проницаемому техногенному коллектору.

Выявлены и обоснованы эффективные технологические параметры подземного гидроразрыва, в частности:

• объем рабочей жидкости определяется по фактору заполнения ею фильтрующего объема угольного пласта в зоне гидроразрыва, а также учитывается дополнительный фактор блокирования части метана в мельчайших порах и трещинах дегазируемого пласта (например, для

условий пласта «Болдыревский» объем рабочей жидкости составляет не менее 50-100 куб. м);

• ожидаемое давление гидроразрыва угольного пласта рассчитывается исходя из прочностных характеристик и глубины залегания угольного пласта, а также коэффициента, учитывающего необходимое превышение забойного давления над давлением разрыва;

• глубина герметизации (например, для условий пласта «Болдыревский» - не менее 30-36 м);

• эффективная дл и на скважи н ПодзГРП соста вляет 50-60 м.

Разработанная технология ПодзГРП защищена патентом РФ [12].

Прогнозный радиус зоны гидродинамической обработки при различных режимах нагнетания в пласт рабочей жидкости и эффективность пластовой дегазации определяются на основе разработанной аналитической модели двухфазной фильтрации текучих в дегазируемых угольных пластах.

Главным преимуществом испытанного способа ПодзГРП перед аналогами являются простота и надежность технической реализации. При его применении не требуется использование сложного специального оборудования (па-керов, герметизаторов и других устройств). Закачка рабочей жидкости гидроразрыва велась с использованием маслостанции с темпом подачи рабочей жидкости до 10 л/с и сооружаемого надежного герметизатора, установленной для конкретных условий длины. Герметизация скважины проводилась двухкомпонентной смолой «Шахтиклеем» по усовершенствованной технологии. После герметизации скважины разбуривались на определенное «Программой и методикой работ...» значение от 2 до 110 м штангами диаметром 40 мм. Осуществлялся начальный замер дебита смеси из скважин, после чего производился гидроразрыв пласта в соответствии с утвержденными технологическими документами.

После завершения монтажа газопровода скважины были подключены к нему и осуществлялась оценка эффективности проведенных работ по динамике дебитов метана и суммарному съему газа за весь период предварительной пластовой дегазации как непосредственно из скважины гидроразрыва, так и из стандартных пластовых скважин ППД, пробуренных на подготавливаемом выемочном участке после гидроразрыва угольного пласта.

Экспериментальные поисковые работы по реали -зации технологии ПодзГРП проведены на выемочных участках 24-58, 24-59 и 24-60 шахты им. С.М. Кирова. На первом этапе поисковых работ был осуществлен подземный гидроразрыв пласта «Болдыревский» из 18 скважин, пробуренных из вентиляционной печи 2458 (скважины №№ 1-6), конвейерной печи 24-58 (скважины №№ 7-12), вентиляционной печи 24-59 (скважи-

ны №№ 13-18), вентиляционной печи 24-60 (скважины 1-5, 9-28) и конвейерной печи 24-60 (скважины №№ 2953). Экспериментальные работы проводились также на шахте им. С.М. Кирова по пласту «Подполеновский» (22 скважины) и на шахте «Полысаевская» по пласту «Бреевский» (29 скважин). Всего технология ПодзГРП была испытана на 145 скважинах.

Характер выхода на режим, установленный по графикам изменения давления во время закачки рабочей жидкости в пласт в ходе проведения ПодзГРП, позволил сделать предварительный вывод об имевшем место характере режима закачки рабочей жидкости в угольные пласты, который был идентифицирован нами как гидрорасчленение с поэтапными циклическими гидроразрывами, имея в виду, что раскрывались в основном имевшие место в угольном пласте естественные трещины, и только в некоторых случаях образовывались новые.

Средний дебит типовых скважин ППД на пласте «Болдыревский» находится на уровне 5-10 л/мин (при длине скважин около 150 м). Диапазон дебитов из более коротких скважин ПодзГРП изменялся на первом этапе обследования по скважинам ПодзГРП № № 1-18 от 5 до 640 л/мин. Это подтвердило достигнутый эффект по раскрытию новых трещин в угольном пласте и существенному образованию дополнительных поверхностей обнажения в нем. Рост дебита из скважин ПодзГРП и его существенные значения фиксировались в период в среднем до 50-100 сут., затем происходило его падение, что связано, с нашей точки зрения, с истощением газового коллектора в достаточно ограниченной зоне гидроразрыва (по нашим оценкам, радиус гидроразрыва был на уровне 25-30 м) и возвратом дебитов к значениям, характерным для неразгруженных зон угольного пласта.

Проведенные шахтные испытания усовершенствованной технологии гидроразрыва ПодзГРП позволили оценить влияние темпа нагнетания на средний дебит метана из скважин ППД (табл. 1).

Нетрудно видеть, что чем мощнее нагнетательная техника, тем выше эффективность работ по пластовой дегазации. С другой стороны, не менее важен вопрос о мобильности насосной техники, вопрос оперативной доставки ее к месту проведения дегазационных работ и возможности плавного повышения темпа нагнетания. В случае резкого выхода на режим велика вероятность реализации режима гидроразрыва, а не гидрорасчленения, что не всегда желательно применительно к вопросу равномерной дегазации угольного пласта.

По первичным оценкам, основной эффект по извлечению метана на выемочном участке следует ожидать не непосредственно из скважин ПодзГРП, а из стандартных пластовых скважин ППД, пробуренных и функциониру-

Таблица 1

Эффективность по дебитам метана из скважин ППД в зависимости от темпов нагнетания рабочей жидкости

Выемочный участок (шахта им. С.М. Кирова) Зона влияния скважин ПодзГРП №№ Темп нагнетания рабочей жидкости гидроразрыва, л/с Средний дебит скважин ППД в зонах гидроразрыва, м3/мин

24-58 1-6 10 0,6

24-59 13-18 5 0,2

24-59 59/7-59/10 5 0,14

24-59 59/1-59/6 2 0,06

Таблица 2

Сравнение параметров работы очистного забоя в зоне ГРП и зоне сравнения на выемочном участке 24-58

Показатели По всей лаве № 24-58 Зона сравнения (№ 1+№ 2+№ 3) Зона ГРП (№ 1+№ 2) А, %

Относительная газообильность, м3/т 1,54 1,14 0,80 30

Технологические остановки, связанные 112,61 122,39 71,45 42

с «газовым барьером» за сутки, мин/сут.

Абсолютная газообильность, м3/мин 8,3 8,29 7,29 12

Добыча суточная, т 10500 10747 13037 21

ющих в зонах гидроразрыва (гидрорасчленения) в условиях существенно повышенной проницаемости пласта. На экспериментальном участке на выемочном участке 24-58 было установлено, что дебиты метана из 30 скважин ППД в зонах гидроразрыва за 6,5 мес. эксплуатации в 3-4 раза выше, чем на таком же участке в зоне сравнения вне зон влияния скважин гидроразрыва [10]. Суммарный съем метана в сравниваемой зоне составил за этот период 27 тыс. куб. м метана, в то время как в зоне ПодзГРП - более 109 тыс. куб. м. В зонах ответственности технологии ПодзГРП каких-либо негативных моментов по устойчивости кровли в подготовительных и очистных выработках в процессе ведения горных работ отмечено не было.

Были проведены исследования по снижению газообильности лавы и сокращению простоев добычного оборудования по газовому фактору в зонах влияния скважин гидроразрыва. Основная оценка эффективности технологии ПодзГРП осуществлялась в процессе ведения очистных работ лавой 24-58.

На рисунке представлено расположение скважин ПодзГРП № № 1-12 на этом выемочном участке и выделены зоны ответственности разработанной технологии ПодзГРП (выделено на рисунке красным цветом) и зоны сравнения, где гидроразрыв перед ППД не применялся (выделено на рисунке синим цветом). Сравнение параметров работы очистного забоя в зоне ГРП и зоне сравнения приведено в табл. 2.

Можно видеть, что среднее значение относительной газообильности очистного забоя снижено на 30%, добыча в

среднем повышена на 21%, а технологические остановки, связанные с «газовым барьером», уменьшились на 42%.

Представляла безусловный интерес аналогичная оценка на выемочном участке 24-59, который также отработан. Однако на этом участке не представилось возможным методически четко выделить зоны ПодзГРП и сравниваемые зоны. Была проведена интегральная оценка дегазации всего выемочного поля 24-59, в целом охваченного трещинами ПодзГРП, конфигурацию которых на данном этапе исследований не представилось возможным выявить, в сравнении с выемочным полем 24-58.

Можем обоснованно отметить, что лава № 24-59 работала в более тяжелых условиях на большей глубине (438 м против 401 м), в области большей газоносности (20 м3/т с.б.м. против 15 м3/т с.б.м., тем не менее были достигнуты следующие положительные результаты:

• увеличилась на 5% суточная добыча, с 10,5 до 10,98 тыс. т;

• уменьшилось среднее время остановок на проветривание за сутки на 9,1%, с 112,61 до 103,2 мин;

• уменьшилась относительная газообильность на 15,8 %, с 1,54 до 1,33 м3/т.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Все вышесказанное подтверждает достаточно высокую эффективность разработанной и успешно апробированной технологии подземного гидроразрва.

Положительные результаты шахтных испытаний гидродинамической обработки газоносных угольных пластов послужили основанием для вывода этих работ на качествен-

но новый уровень и развертывания работ в направлении заблаговременной дегазации углегазоносного массива с использованием скважин, пробуренных с поверхности, с гидрорасчленением угольных пластов. Для этого компанией «СУЭК-Кузбасс» в 2018 г. приобретен весь комплекс современного технологического оборудования. Первые работы планируется осуществить в 2019 г. на выемочном участке 24-63 поля шахты им. С.М. Кирова. На настоящий момент утверждена вся необходимая техническая документация. Отличительной особенностью запланированных работ будет являться интенсивное освоение скважин путем спуска рабочей жидкости ГРП в горную выработку.

Список литературы

1. Сластунов С.В., Ермак Г.П. Обоснование выбора и эффективная реализация способов дегазации при интенсивной отработке газоносных угольных пластов - ключевой вопрос обеспечения метанобезопасности угольных шахт // Уголь. 2013. № 1. С. 21-24. URL: http://www.ugolinfo.ru/ Free/012013.pdf (дата обращения: 15.06.2019).

2. Инструкция по дегазации угольных шахт. М.: ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность», 2012.

3. Lei Yang. A mixed element method for the desorption-diffusion-seepage model of gas flow in deformable coalbed methane reservoirs // Mathematical Problems in Engineering. 2014. Vol. 2014. Рр. 1-10. URL: http://www.hindawi.com/ journals/mpe/2014/735931 (дата обращения: 15.06.2019).

4. Sorption characteristics of methane among various rank coals: impact of moisture / Nie Baisheng, Liu Xianfeng, Yuan Shaofei et al. // Adsorption. 2016. Vol. 22. N 3. Рр. 315-325.

5. Experimental study on the effect of moisture on low-rank coal adsorption characteristics / Guo Haijun, Cheng

Yuanping, Wang Liang et al. // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2015. Vol. 24. Рр. 245-251.

6. Campbell Q.P., Barnardo M.D., Bunt J.R. Moisture adsorption and desorption characteristics of some South African coals // The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2013. Vol. 113. Рр. 803-807.

7. Пащенков П.Н., Хаутиев А.М.-Б., Мазаник Е.В. Методика и результаты определения параметров сорбции угля в лабораторных условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. Специальный выпуск № 32. С. 54-60.

8. Оценка фильтрационных свойств углей в гидродинамических испытаниях дегазационных пластовых скважин / Е.П. Ютяев, А.П. Садов, А.А. Мешков, А.Б.-М. Хаутиев и др. // Уголь. 2017. № 11. С. 24-27. URL: http://www.ugolinfo.ru/ Free/112017.pdf (дата обращения: 15.06.2019).

9. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. М.: Недра, 1979. 271 с.

10. Углубление пластовой дегазации на основе усовершенствованной технологии подземного гидроразрыва / С.В. Сластунов, Е.В. Мазаник, А.П. Садов, А.В. Понизов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 9. С. 296-303.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

11. Управление газовыделением на угольных шахтах / С.Г. Калиев, Е.И. Преображенская и др. М.: Недра,1980. 196 с.

12. Патент РФ № 2 659 298. Способ подготовки газоносного угольного пласта к отработке / С.В. Сластунов, Г.Г. Кар-кашадзе, К.С. Коликов, Е.П. Ютяев, Е.В. Мазаник, А.П. Садов, А.В. Понизов, С.Г. Никитин. Заявка: 2017133145 от 22.09.2017 // Бюл. 29.06.2018. № 19 (73).

SAFETY

UDC 622.831.325.3 © S.V. Slastunov, E.P. Yutyaev, E.V. Mazanik, A.P. Sadov, A.V. Ponizov, 2019 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 7, pp. 42-47

Title

ENSURING METHANE SAFETY OF MINES ON THE BASIS OF DEEP DEGASSING OF COAL SEAMS IN THEIR PREPARATION FOR INTENSIVE DEVELOPMENT

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-7-42-47

Authors

Slastunov S.V.', Yutyaev E.P.2, Mazanik E.V.2, Sadov A.P.2, Ponizov A.V.2

1 National University of Science and Technology "MISIS" (NUST "MISIS"), Moscow, 119049, Russian Federation

2 "SUEK-Kuzbass" JSC, Leninsk-Kuznetskiy, 652507, Russian Federation

Authors' Information

Slastunov S.V., Doctor of Engineering Sciences, Professor,

Professor of Department "Safety and ecology of mining" of Mining Institute,

e-mail: slastunovsv@mail.ru

Yutyaev E.P., PhD (Engineering), General Director

Mazanik E.V., PhD (Engineering), Director for safety underground mining,

e-mail: mazanikev@suek.ru

Sadov A.P., PhD (Engineering), Director of Degassing and Methane Utilization Department, e-mail: sadovap@mail.ru

Ponizov A.V., Director of Kirov mine, e-mail: ponizovav@suek.ru Abstract

The paper presents the rationale for the need to improve the technology of reservoir degassing to ensure highly efficient development of coal deposits by underground method. The approaches to the reasonable choice of technology of formation degassing, the mechanism of advanced technology of preliminary formation degassing using hydraulic fracturing of coal seams, prepared for safe and intensive development. The results of testing the new

technology are presented. The rational parameters, scope and efficiency of the developed technological solutions are determined. The prospects of the development of the scientific direction in the development and implementation of technology training in advance degassing wells from the surface is not unloaded from the rock pressure of coal seams for safe and efficient development.

Keywords

Advanced reservoir degassing, Hydraulic fracturing, Process parameters, Performance evaluation, Prospects of technology.

References

1. Slastunov S.V. & Ermak G.P. Obosnovanie vybora i effektivnaya realizat-siya sposobov degazatsii pri intensivnoiy otrabotke gazonosnykh ugol'nykh plastov - klyuchevoiy vopros obespecheniya metanobezopasnosti ugol'nykh shakht [Rationale for choosing and effective implementation of degassing methods during intensive working out of gas-bearing coal seams is the key issue of ensuring of coal mine methane safety]. Ugol' - Russian Coal Journal,

2013, No. 1, pp. 21-24. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/012013.pdf (accessed 15.06.2019).

2. Instruktsiya po degazatsii ugol'nykh shakht [Instructions for the degassing of coal mines]. Moscow, OAO"NTTS "Promyshlennaya bezopasnost'" Publ., 2012.

3. Lei Yang. A mixed element method for the desorption-diffusion-seepage model of gas flow in deformable coalbed methane reservoirs. Mathematical Problems in Engineering, 2014, Vol. 2014, pp. 1-10. Available at: http://www. hindawi.com/journals/mpe/2014/735931 (accessed 15.06.2019).

4. Baisheng Nie, Xianfeng Liu, Shaofei Yuan, Boqing Ge, Wenjie Jia et al. Sorption characteristics of methane among various rank coals: impact of moisture. Adsorption, 2016, Vol. 22, No. 3, pp. 315-325 Haijun Guo, Yuanping Cheng, Liang Wang, Shouqing Lu & Kan Jin. Experimental study on the effect of moisture on low-rank coal adsorption characteristics. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2015, Vol. 24, pp. 245-251.

6 Campbell Q.P., Barnardo M.D. & Bunt J.R. Moisture adsorption and desorption characteristics of some South African coals. The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2013, Vol. 113, pp. 803-807. 7. Pashchenkov P.N., Khautiyev A.M.-B. & Mazanik Ye.V. Metodika i rezultaty opredeleniya parametrov sorbtsii uglya v laboratornykh usloviyakh [Methods and results of determining the parameters of coal sorption in the laboratory]. Gorny Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten (nauchno-teknicheskii zhurnal) -Mining Informational and Analytical Bulletin (scientific and technical journal), 2018, Special Issue No. 32, pp. 54-60.

8. Yutyaev E.P., Sadov A.P., Meshkov A.A., Khautiev A.M., Tailakov O.V. & Utkaev E.A. Ocenka filtracionnyh svoystv ugley v gidrodinamicheskih ispytaniyah degazacionnyh plastovyh skvazhin [Evaluation of coal filtration properties in the hydrodynamic tests of degassing formation wells]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, No. 11, pp. 24-27. Available at: http://www.ugolinfo.ru/ Free/112017.pdf (accessed 15.06.2019).

9. Nozhkin N.V. Zablagovremennaya degazaciya ugol'nyh mestorozhdeniy [Preliminary decontamination of coal fields]. Moscow, Nedra Publ., 1979, 271 p.

10. Slastunov S.V., Mazanik E.V., Sadov A.P. & Ponizov A.V. Uglubleniye plas-tovoy degazatsii na osnove usovershenstvovannoy tekhnologii podzemnogo gidrorazryva [Deepening reservoir degassing based on advanced underground fracturing technology]. Gorny Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten (nauchno-teknicheskii zhurnal) - Mining Informational and Analytical Bulletin (scientific and technical journal), 2016, No. 9, pp. 296-303.

11. Kaliev S.G., Preobrazhenskaya Ye.I. et al. Upravleniyegazovydeleniyem na ugol'nykh shakhtakh [Management of gas emission in coal mines]. Moscow, Nedra Publ., 1980, 196 p.

12. Slastunov S.V., Karkashadze G.G., Kolikov K.S., Yutyaev E.P., Mazanik E.V., Sadov A.P., Ponizov A.V. & Nikitin S.G. Sposob podgotovki gazonosnogo ugol'nogo plasta k otrabotke. Patent RF N 2 659 298 [Method of preparing a gas-bearing coal seam for mining. Patent of the Russian Federation No. 2 659 298.]. Request: 2017133145 from 22.09.2017. Bull. 29.06.2018, No. 19 (73).

АО «Новосибирский механический завод «Искра» презентовал на международной выставке технологий горных разработок «Уголь России и Майнинг - 2019» линейку средств инициирования

Завод в ы пускает более 30 наименований с редств инициирования - изделий, предназначенных для возбуждения детонации разрывных зарядов, передачи на расстояние или усиления взрывного и воспламенительного импульсов. Среди них: неэлектрические системы инициирования; детонирующие шнуры различной мощности; промежуточные малогабаритные детонаторы и электродетонаторы.

По итогам 2018 года выручка предприятия от реализации неэлектрических систем инициирования составила более 2,8 млрд руб. при рентабельности 15,8%.

В настоящее время специалисты предприятия работают над усовершенствованием технических характеристик средств инициирования - скважинного электронного детонатора с замедлением ЭДЭЗ-С и электронного инициирующего устройства с электронным замедлением ИСКРА-Т.

Цель - увеличение времени замедления:

- скважинного электронного детонатора с замедлением ЭДЭЗ-С, предназначенного для проведения взрывных работ внутри скважинных зарядов на земной поверхности, - до 50 с;

- электронного инициирующего устройства с электронным замедлением ИСКРА-Т, используемого при взрывных работах на земной поверхности, в подземных рудниках и шахтах, не опасных по пыли и газу, - до 7 с.

«При возможности увеличения времени и точности замедления систем инициирования существенно повышаются качественные и количественные показатели массовых взрывов. Перспективность использования электронных систем инициирования как раз и заключается в совершенствовании методов управления энергией взрыва, расширении возможности изменения времени действия энер-

гии взрыва на горный массив», - отмечает исполнительный директор АО «НМЗ «Искра» Сергей Кондратьев.

Основные потребители неэлектрических систем инициирования производства АО «НМЗ «Искра» - предприятия Казахстана, Монголии, Ростовской, Свердловской областей, Камчатского и Забайкальского краев.

Наша справка.

АО «Новосибирский механический завод «Искра» - российское предприятие, занимающее лидирующие позиции в сфере производства промышленных средств взрывания для горнорудной и угольной промышленности, геофизической разведки полезных ископаемых, проведения взрывных работ на строительных объектах, обработки металлов взрывом. Входит в состав Госкорпорации «Ростех».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.