CC BY
84
© О. М. Усольцева, П. А. Цой, В. Н. Семенов, 2015
УДК 622.235
ФИЗИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГОЛЬНЫЙ МАССИВ С ЦЕЛЬЮ ЕГО ДЕГАЗАЦИИ
Михаил Николаевич Цупов
ООО «Шахта "Чертинская-Южная"», 652645, Россия, Кемеровская обл, г. Белово, 5-я рудничная, 90, горный мастер (участок аэрогазового контроля), тел. (903)942-72-57, e-mail: lion_ltd@ngs.ru
Андрей Владимирович Савченко
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела им. Н. А. Чинакала» СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории силовых электромагнитных импульсных систем, тел. (923)245-75-50, e-mail: sav@eml.ru
Приведены результаты газового контроля на шахтах Кузбасса после сейсмических событий и проведен анализ влияния физических методов воздействия на угольный массив горных пород.
Ключевые слова: сейсмические события, газовый контроль, методы увеличения дебета газа.
PHYSICAL STIMULUS METHODS FOR COAL DEGASSING
Mikhail N. Tsupov
Chertinskaya-Yuzhnaya Mine, 652645, Russia, Kemerovo Region, Belovo, 90 5-ya rudnichnaya St., Overman, Air-and-Gas Control, tel. (903)942-72-57, e-mail: lion_ltd@ngs.ru
Andrey V. Savchenko
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D. Eng, Senior Researcher, Laboratory for Power Electromagnetic Impulse-Forming Systems, tel. (923)245-75-50, e-mail: sav@eml.ru
The authors describe data of gas control in Kusbass mines after seismic events and analyze physical methods of treatment of coal.
Key words: seismic event, gas control, gas recovery enhancement techniques.
Мировая практика показывает, что современные технологии дегазации пластов недостаточны для безопасной и своевременной отработки месторождений. Это вызывает необходимость более глубокого изучения существующих способов дегазации, а также проработки новых подходов к данной проблеме.
В ноябре 2011 года метан угольных пластов был признан самостоятельным полезным ископаемым и внесен в Общероссийский классификатор полезных ископаемых и подземных вод. Скважинный способ добычи стал являться промышленным. Метан при этом рассматривается уже не как попутный продукт
при добыче угля, а как самостоятельное полезное ископаемое. Разработка мета-ноугольных месторождений с добычей метана в промышленных масштабах производится с применением специальных технологий интенсификации газоотдачи пластов. По данным ООО «Газпром добыча Кузнецк», самые распространенные варианты - гидроразрыв пласта, закачка через скважину воздуха или газово-воздушной смеси, воздействие на пласт электротоком.
Основным способом дегазации, получившим широкое распространение как в РФ так и за рубежом, является гидроразрыв - местное разрушение массива угля для образования дополнительных поверхностей, что приводит к увеличению выхода летучих. Однако данная технология недостаточно эффективна для современной промышленности, например, в Казахстане от начала дегазации пласта угля до его отработки может пройти до нескольких лет. Это связано с снижением проницаемости угля по газу, более быстрым смыканием трещин от гидроразрыва с ростом глубины отработки. Другими словами, с увеличением горного давления разрушить пласт и поддерживать трещиноватость становится значительно сложнее, что приводит к удорожанию технологии и уменьшению положительного эффекта.
Поэтапная технология дегазации свиты угольных пластов скважинами с поверхности включает три этапа (рис. 1) [1].
Рис. 1. Поэтапная технология дегазации свиты угольных пластов
скважинами с поверхности: I - ГРП и другие активные воздействия на неразгруженную свиту пластов; II - освоение скважин (извлечение воды и метана); III - дегазация подработанного массива
Имеется множество фактов, подтверждающих положительное влияние сейсмических событий на повышение дебетов скважин.
Косвенно о влиянии вибрации на угольный массив можно судить по реакции месторождения на сейсмические события, происходившие в регионе. Землетрясение, произошедшее в Кузбассе 19 июня 2013 г. в 6:02 по местному времени (3:02 по московскому времени) стало крупнейшим в регионе за последние
100 лет. По данным Геофизической службы Сибирского отделения РАН, маг-нитуда землетрясения составила 5,3-5,6. Интенсивность землетрясения в эпицентре составила 7 баллов, который зафиксирован в 3 км к западу от поселка Старобочаты и на расстоянии 21 км от г. Белово. Гипоцентр землетрясения находился на глубине 9,8 км.
По показаниям систем автоматического газового контроля (АГК) шахт ООО «Шахта Чертинская-Коксовая» и ООО «Шахта Чертинская-Южная», расположенных в городе Белово Кемеровской области, на отдельных датчиках были зарегистрированы всплески метановыделения.
Так забойный датчик западного конвейерного уклона (ЗКУ) показал многократное превышение метановыделения (рис. 2) после произошедшего землетрясения (справа от пунктирной линии) по сравнению с работой комбайна, совершающего разрушение угольного пласта (слева от пунктирной линии) объел
мом при шаге захода комбайна 0.8 м *16м .
Рис. 2. График повышенного метановыделения после землетрясения
(пояснения в тексте)
Также после сейсмического события увеличилась средняя концентрация метана в исходящей струе лавы с 0,099 до 0,249. Измерения проводились до землетрясения и после, в период, когда работы в шахте по разрушению угля не выполнялась.
И как следствие, произошло увеличение содержания метана в исходящей струе крыла шахты (рис. 3).
На вторые сутки концентрация метана вернулась к своему среднемесячному уровню. Подобных скачков содержания летучих не наблюдалось до землетрясения, так и после него. При этом в шахте отсутствовало видимое разруше-
ние угля, что свидетельствует о том, что дегазация горного массива угля может происходить и без его разрушения.
Рис. 3. Рост содержания метана в исходящей струе крыла шахты (ходок центрального бремсберга (наклонный ствол))
Практическое подтверждение эффективности виброволнового воздействия на метаноугольные пласты с целью увеличения притока газа получено на Тал-динском месторождении в Кузбассе, лицензионный участок ООО «Газпром добыча Кузнецк».
Испытания технологии объемного волнового воздействия на метаноуголь-ные пласты проведены в сентябре 2012 года. Оценка эффективности воздействия осуществлялась геофизической партией ООО «Красноярскгеофизика» посредством геофизических измерений комплексными приборами КСА-Т12. Наблюдения выполнялись до волнового воздействия (фоновые замеры) и после воздействия, т.е. по схеме «до-после». Анализ результатов показал успешность выполненной работы - увеличение дебита газа на 19,8 % [2].
В условиях Карагандинского бассейна проведены испытания на интенсификацию газоотдачи в режиме кавитации [1]. Технология основана на самоподдерживающемся разрушении угля. При обработке скважин №25 и №27 отмечен ускоренный выход метана. Максимальный дебит скважин составил до 1 м , средний 0,25-0,6м3
На шахте «Краснодонецкая» в дегазационной скважине ГГТ-4 проведены исследования и эксперимент по акустическому воздействию [1], осуществлённому при частоте 22-44кГц. Отчётливо зафиксировано увеличение выхода летучих по результатам отбора проб.
Известны опыты по воздействию на уголь ультразвуком [1], что привело к увеличению выхода летучих на 10%. Существуют такие методы как: барогра-диентный, гидроимпульсный, депрессионный, рециклинговый. Эффективность данных методов доказана лабораторными и экспериментальными исследованиями, но ни один из способов не получил широкого применения в добывающей промышленности.
Разнообразие методов дегазации и их малую эффективность можно связать с недостаточной изученностью угля из-за его сложного строения. Существует несколько теорий о структуре угля:
уголь - трехмерная совокупность соприкасающихся образований;
уголь - основная единица - молекула.
Также существует теория о геохимической концепции природы метановы-деления, которая находит всё больше сторонников. При разном строении угольной толщи необходим и разный подход к вопросам дегазации угольного массива.
Соответственно при дегазации угольного пласта, с применением гидроразрыва, получаем увеличение выхода летучих, но возникают вопросы: можно ли увеличить эффективность данного способа до полного выделения метана из угольного массива? Возможно ли воздействие на этот же участок угольного массива другим методом, например, ультразвуком, с целью увеличения выделения метана из угля. Другими словами, нам известно о положительном эффекте некоторых способов воздействия на угольный массив, но возможно для наибольшей эффективности необходимо комплексное воздействие несколькими способами одновременно или последовательно. Так же необходимо разрабатывать новые подходы к данным вопросам.
В связи с вышесказанным возникает необходимость более глубокого изучения, как каждого способа в отдельности, так и комплексного воздействия на угольный массив несколькими методами дегазации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Клишин В.И., Зворыгин Л.В., Лебедев А.В., Савченко А.В. Проблемы безопасности и новые технологии подземной разработки угольных месторождений. // - Новосибирск: Издательский дом «Новосибирский писатель». - 2011.
2. Комлева Е.В. Разработка комплексных многофакторных волновых технологий интенсификации процессов добычи нефти и газа. / Дис. на соиск. ученой ст. канд. техн. наук. -Уфа: ВолгоУралНИПИгаз. - 2014.
© М. Н. Цупов, А. В. Савченко, 2015
