Эффективность дегазации при подработке мощного угольного пласта и методология оптимизации схем дегазации высокопроизводительных выемочных участков Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

--------------------------------- © К.С. Коликов, Ю.Н. Бобнев,

2005

УДК 622.2

К. С. Коликов, Ю.Н. Бобнев

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕГАЗАЦИИ ПРИ ПОДРАБОТКЕ МОЩНОГО УГОЛЬНОГО ПЛАСТА И МЕТОДОЛОГИЯ ОПТИМИЗАЦИИ СХЕМ ДЕГАЗАЦИИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ

~П Карагандинском бассейне широко применялась техноло-М.М гия бесцеликовой отработки угля при прямоточной схеме проветривания и нисходящем порядке отработки пластов в свите. Эта схема, несмотря на увеличение газообильности очистных выработок из-за интенсивного выноса метана из выработанного пространства, обеспечивает более надежное функционирование по газовому фактору. Однако, с применением высокопроизводительной очистной техники, ростом глубины разработки, поддерживать достигнутые показатели отработки угля стало возможным только за счет роста трудоемкости и потерь угля. В этих условиях переход на восходящий порядок отработки пластов является принципиальным решением проблемы. Необходимо отметить, что при отработке лав отмечались зоны высокого газовыделения, значительно ограничивающего нагрузку на лаву и создающие опасные ситуации.

Ранее проведенные исследования и шахтные наблюдения подтвердили возможность и целесообразность подработки мощного угольного пласта К12 [1, 2]. Однако проблема управления газовыде-лением при первоочередной отработке лав по пласту К10, не была решена. С учетом того, что возможности проветривания в данных горно-геологических и горно-технических условиях практически исчерпаны, решение данной проблемы возможно только за счет совершенствования схем и способов дегазации.

Одним из первых объектов внедрения технологии подработки мощного высокогазоносного угольного пласта являлся южный блок бывшей шахты «Стахановская», ныне шахты им. Костенко.

При отработке лав 24-К10-Ю, 25-К10-Ю, 26-К10-Ю, 27-К10-Ю применялись следующие способы дегазации:

• пластовые скважины по разрабатываемому пласту К10;

• вертикальные скважины с поверхности;

• подземные скважины в купола обрушения;

• дегазация выработанного пространства через изолирующую перемычку;

• газодренажные выработки по пласту К12;

• газоотсос через изолирующую перемычку.

Эффективным способом дегазации явилось извлечение метана

через подземные скважины, пробуренные на спутник (пласт К12). Однако и этот способ не лишен недостатков, основным из которых является нестабильность их функционирования. Так, дебит кустов изменялся от 0,5 до 7 м3/мин, продолжительность работы от 1-2 мес до 8-9 мес, коэффициент дегазации от 0,2 до 0,6.

Анализ результатов эксплуатации газодренажных уклонов показал большое различие между ними по вкладу в эффективность дегазации лавы. Так, после подработки газодренажного уклона №1 дебит метана составил в среднем 10-12 м3/мин при концентрации 60-70 %, что говорит о слабой аэродинамической связи с атмосферой горных выработок на этом участке лавы. В дальнейшем дебит метана снизился до 3-4 м3/мин. Дебит пластовых скважин, пробуренных из уклона №1, изменялся от 2 до 9 м3/мин при концентрации 50-70 %. Дебит метана, извлекавшегося через остальные уклоны, в основном не превышал 2,0 м3/мин.

Дебит пластовых скважин, пробуренных с газодренажного штрека, не превышал 2,3 м /мин. Срок их эффективной работы не превышает 1,0-1,2 мес. (непосредственно перед лавой) и определяется темпами подвигания подрабатывающей лавы. Эти данные показывают, что данный способ может быть использован только в периоды начала и окончания работы лавы, когда отмечаются значительные падения нагрузки. В перспективе применение данного способа нецелесообразно т.к., дальнейший рост нагрузок приведет к соответствующему снижению эффективности.

Дебит вертикальных скважин колебался от 0,5 до 5,5 м /мин, при коэффициенте дегазации до 0,3. Это позволяет сделать вывод о том, что на глубинах более 600 м их эффективность существенно снижается.

Использование комплекса способов дегазации обеспечило концентрацию метана на исходящей лавы в основном в пределах 0,4-

0,6 %, следовательно, газовую обстановку следует считать хорошей. Однако, необходимо отметить, что при отработке всех трех лав имелись участки со сложной газовой обстановкой. Кроме того, принятые способы дегазации имеют значительные колебания эффективности, что говорит о необходимости поиска причин и совершенствования схем. Следует отметить и 2-3-кратный рост нагрузки на очистные забои, который определяет необходимость совершенствования схем дегазации.

Обобщая результаты проведенных шахтных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Применение предварительной дегазации разрабатываемого пласта без проведения мероприятий по повышению его проницаемости нецелесообразно на глубинах более 500-550м.

Так в зонах гидрорасчленения на шахте им. Костенко съем метана пластовыми скважинами изменялся от 2,2 до 3,25 м3/т на глубинах 520-610 м, в то время как на участке сравнения (лава 42-К12-З) он составил около 0,9 м3/т на глубине 520 м и практически отсутствовал на глубине 660 м (лава 24-К10-Ю ш. «Стахановская»)

2. На глубинах более 600 м сокращение срока службы и повышение аварийности вертикальных скважин делает этот способ экономически неоправданным. Перспективы данного способа связаны с использованием скважин сложного профиля, сооружение которых осуществляется с учетом зон сдвижения пород кровли.

3. Дегазация газодренажными уклонами и пробуренными из них пластовыми скважинами должна осуществляться с учетом динамики напряженно-деформированного состояния разгруженного массива, состава и структуры пород междупластья и может достигать 20-40 %.

4. Эффективным способом дегазации является извлечение метана через скважины, пробуренные с выработок разрабатываемого пласта на подрабатываемый спутник. Важным показателем является концентрация метана в начальный период работы. В том случае, если она не превышает 10-15 %, в дальнейшем практически не изменяется. Основными недостатками этого способа являются значительные колебания эффективности дегазации (от 10 до 60 %) и отставание дегазационных работ от очистных, что предопределяет необходимость совершенствования способа.

5. Срок эффективной эксплуатации пластовых скважин по подрабатываемому пласту не превышает 1-1,5 мес. и определяется темпами подвигания подрабатывающей лавы. При средней эффективности 3,7 % максимальная величина не превышала 10 %. Этот способ целесообразно использовать только в периоды начала и окончания работы лавы, когда отмечаются значительные падения нагрузки.

6. Максимальной эффективностью характеризуется извлечение метана из выработанного пространства с помощью газоотсоса, которая при средней величине около 40% изменялась от 30 до 51 %. При использовании этого способа необходимо учитывать опасность возникновения взрывоопасных концентраций. С увеличением расстояния по падению пласта от места извлечения метана до действующей лавы (при отработке столбами по простиранию) происходит снижение дебита метана с увеличением его концентрации.

Базируясь на результатах проведенных исследований, следует отметить, что оптимизация схем дегазации высокопроизводительных выемочных участков должна основываться на прогнозе зон повышенного газовыделения геологического и техногенного происхождения и применении наиболее эффективных способов дегазации с учетом глубины ведения горных работ.

Целесообразно рекомендовать следующую последовательность оптимизации схем дегазации на основе прогнозирования зон повышенного газовыделения:

• на первом - геологоразведочном, осуществляется оценка газопроницаемости угольных пластов на основе анализа каверномет-рии геологоразведочных скважин;

• на втором, анализируя гипсометрию залегания угольного пласта, выделяют складки антиклинального характера. Затем выделяют крупные разрывные нарушения и на основе анализа газовыделения при ведении горных работ на вышележащих горизонтах или пластах, с учетом напряженно-деформированного состояния определяют характер влияния нарушения на газоносность и газовыделение на прилегающих участках пласта;

• на третьем, используя графоаналитический метод и принципы прогноза зон повышенной трещиноватости, с учетом изменчивости мощности наиболее прочных пород кровли, определяющих неравномерность распределения горного давления выделяют потенциальные участки повышенного газовыделения;

• на заключительном этапе результаты предыдущих этапов совмещаются с прогнозом периодичности обрушения пород основной кровли. Дегазационные скважины закладываются на участках максимальных деформаций пород основной кровли в зонах повышенного газовыделения. При этом для повышения точности прогноза в предполагаемых зонах повышенных динамических нагрузок осуществляют контроль конвергенции пород кровли и почвы, позволяющий уточнить места заложения дегазационных скважин.

-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Баймухаметов С.К. Разработка способов управления вентиляцией и газо-

выделением в шахтах для обеспечения безопасных условий интенсивной добычи угля. Дисс..д.т.н. - М.: МГИ, 1990.

2.Герцен А.И. Разработка технологии совместной отработки пологих сближенных угольных пластов на больших глубинах. Дисс. ...к.т.н. - М.: МГИ, 1992. -115 с.

— Коротко об авторах -------------------------------------------

Коликов К.С. - доктор технических наук, доцент, Московский государственный горный университет.

Бобнев Ю.Н. - УД АО «МИТТАЛ СТИЛ ТЕМИРТАУ».