CC BY
15
© М.В. Шмидт, В.И. Тонких,
А.И. Швец, 2002
УДК 622.411.33
М.В. Шмидт, В.И. Тонких, А.И. Швец
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ГАЗОВОГО БАЛАНСА ПОДГОТАВЛИВАЕМОГО И РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА
На шахте им. В.И. Ленина УДОАО "Испат-Кармет"
(Республика Казахстан) проведены исследования структуры газового баланса подготавливаемого и разрабатываемого очистного забоя. Анализ проведен по результатам подготовки и отработки лав 301-Д6-1В — 303-Дб-1В. Отработка особо выбросоопасного пласта Дб велась по падению с использованием прямоточной схемы проветривания и с поддержанием конвейерного бремсберга в выработанном пространстве. Горные работы велись на глубине 376540 м от поверхности с использованием механизированного комплекса 20КП-70К и комбайна 1КШЭ при вынимаемой мощности пласта 3,3-3,5 м.
В связи с повышенной опасностью пласта Д6 по газоди-
Таблица 1
СТРУКТУРА МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ КОМПЛЕКСНОЙ ДЕГАЗАЦИИ ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА В ЗОНАХ ГИДРОРАСЧЛЕНЕНИЯ
Показатели газовыделения Лава
301-Д6-1В 302-Д6-1В 303-Д6-1В
м3/т | % м3/т | % м3/т | %
Извлечено метана 26,84 100 27,63 100 30,80 100
из них:
Вентиляцией 9,24 34,4 8,13 29,4 11,80 38,3
Дегазацией 17,60 65,6 19,50 70,6 19,00 61,7
в т.ч.:
Скважинами ГРП 3,00 11,1 4,20 15,2 3,60 11,7
Пластовыми скв. 2,80 10,4 3,80 13,8 3,60 11,7
Вертикальными скв. 11,80 44,1 11,50 41,6 11,80 38,3
намическим явлениям на восточном крыле шахтного поля применялась комплексная схема дегазации, включающая:
- заблаговременную дегазацию скважинами гидрорасчленения;
- предварительное извлечение метана пластовыми скважинами;
- попутное извлечение метана из выработанного пространства действующего очистного забоя вертикальными скважинами с поверхности.
В 1980-е годы этот участок шахтного поля был подвергнут гидрорасчленению через 14 скважин, освоение которых продолжалось около 10 лет. За этот период из зон обработки извлечено от 1 м3 (скважина ГРП-5) до 9 м3 (скважина ГРП-6) метана на тонну обработанных запасов.
Предварительная пластовая дегазация осуществлялась 2-3 года до начала ведения очистных работ при съеме метана 3-4 м 3/т дегазированных запасов угля.
При отработке трех лав исследованы относительная газо-обильность этих очистных забоев и газовыделение в верти-
Динамика изменения суммарного газовыделения по мере подвигания очистных забоев
кальные скважины, пробуренные с поверхности в выработанное пространство. Динамика относительной газообильности представлена на рисунке. Структура газовыделения из подготавливаемого и разрабатываемого пласта Дб приведена в табл. 1 и 2. При общем газовыделении 2540 м3/т до 60-70 % газа извлекается средствами дегазации. При объеме извлечения метана комплексной дегазацией до 25 м3/т, его энергетический потенциал достигает 4-5 % от энергетического потенциала добываемого угля. С учетом перспективности работ по использованию энергетического потенциала метана, на основании проведенных исследований построены функции извлечения газа для каждого из способов дегазации, позволяющие прогнозировать и оптимизировать параметры комплексной схемы дегазации шахты. Разработана блок-схема оптимизации этих параметров, учитывающая переработку попутно добываемого метана, и отвечающая следующим требованиям:
- дегазационная подготовка пластов к безопасной и интенсивной разработке должна обеспечить предварительный съем метана до уровня безопасной газоносности угля;
- суммарный съем метана из всех дегазационных источников должен быть постоянным во времени;
- концентрация метана в смеси усредненной по всем дегазационным источникам должна быть более 25 %;
- извлечение и переработка метана должны обеспечивать максимальный экономический эффект.
В соответствии с полученными функциями извлечения метана при различных способах дегазации оценена коммерческая эффективность переработки газа энергетическим комплексом. Этот анализ показал, что в настоящее время извлечение метана из выработанного пространства действующих очистных забоев через скважины, пробуренные с поверхности, можно рассматривать как способ обеспечения безопасности горных работ, способ эффективной добычи метана и экологическое мероприятие. При затратах на сооружение одной вертикальной скважины на пласт Дб 7300 долл. США и сроке окупаемости этих затрат 5 мес с начала бурения (1 мес с начала извлечения газа) экономический эффект от извлечения метана с его последующей переработкой энергетическим комплексом может достигать 24,6
долл. США на 1000 м3 газа. Такая экономическая эффективность и обеспечение съема метана до 20 м3 на 1 т добываемого угля при концентрации метановоздушной смеси 40-60 % позволяют рекомендовать этот способ и как эффективное средство снижения себестоимости угледобычи за счет реализации энергетического потенциала перерабатываемого газа. Кроме того, широкое применение дегазации выработанного пространства действующих очистных забоев позволяет уменьшить затраты на подачу воздуха в эти горные выработки и на 40-60 % снизить эмиссию метана в атмосферу с исходящей струей шахты, что существенно влияет на экологичность угледобычи.
Гидрорасчленение угольного пласта является действенным способом предварительного снижения его газоносности и вы-бросоопасности. Однако, коммерческая эффективность среднестатистической скважины гидрорасчленения, оцененная по пе-
реработке извлеченного, газа энергетическим комплексом, находится на пределе самоокупаемости и составляет 1,8 долл. США на 1000 м3 метана. Для использования гидрорасчленения как способа добычи газа необходимо совершенствование технологии, направленное на увеличение дебита метана в 1,5-2,0 раза, особенно в первые годы освоения.
Коммерческая эффективность извлечения метана пластовой дегазацией и его переработки энергетическим комплексом составляет 13,9 долл. США на 1000 м3 газа, но следует отметить, что метановоздушная смесь, извлекаемая пластовыми скважинами имеет концентрацию метана 10-20 % и не может быть в настоящее время переработана без предварительного обогащения или без добавления высококонцентрированной метановоздушной смеси из других дегазационных источников.
Для условий шахты им. В.И. Ленина оценена коммерческая эффективность извлечения метана существующей комплексной схемой дегазации и его последующей переработки энергетическим комплексом, которая позволяет не только окупить затраты на дегазацию, но и дополнительно снизить себестоимость угледобычи на 3,5 %.
Таблица 2
СТРУКТУРА ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ КОМПЛЕКСНОЙ ДЕГАЗАЦИИ ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА ВНЕ ЗОН ГИДРОРАСЧЛЕНЕНИЯ
Показатели газовыделения Лава
301-Д6-1В 302-Д6-1В
м3/т % м3/т %
Извлечено метана 29,80 100 37,74 100
из них
Вентиляцией 11,00 36,9 13,84 36,7
Дегазацией 18,80 63,1 23,90 63,3
в т.ч.:
Пластовыми скв. 2,80 9,4 3,80 10,0
Вертикальными скв. 16,00 57,3 20,10 53,3
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------
Шмидт М.В., Тонких В.И., Швец А.И. - НТЦ «КОМИР», г. Караганда.
