CC BY
21
-------------------------------------------- © Г. С. Забурдяев, 2004
УДК 622.411.33:533.17 Г. С. Забурдяев
НОВЫЕ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ВЫЕМОЧНЫХ ПОЛЕЙ К БЕЗОПАСНОЙ ОТРАБОТКЕ ПО ФАКТОРАМ ГАЗА И ПЫЛИ
Семинар № 5
Добыча угля в мире имеет тенденцию роста. Если в 2000 г. была поставлена задача добыть 4100 млн т, то в 2025 г. - 7700 млн. т, при этом доля угля в производстве электроэнергии возрастет с 37 до 40%. Добыча угля в России за счет технического перевооружения ряда предприятий за период 2001-2002 гг. увеличилась на 12 млн т.
В 2002 г шахты Кузбасса, на долю которых приходится более половины всего добываемого в России угля, выдали на-гора 61,9 млн т угля. В Кузбассе 19 высокопроизводительных бригад, добывающих более 1 млн т в год. Общий объем добычи этих бригад составил 24,3 млн т, причем бригада В.В. Щербакова ЗАО “Шахта Распадская” выдала 3 млн. 100 тыс. т угля. В 2003 г. свое намерение работать в режиме 1 млн т угля в год и более изъявила уже 31 бригада [1]. На 2020 г. в Кузбассе прогнозируется добывать 180-200 млн т угля, при этом с углублением горных работ газоносность угольных пластов увеличивается.
Губернатор Кемеровской области А. Тулеев отметил: “Сегодня, когда скорости проходки значительно увеличились, повышается и количество выделяемого метана на каждую выработку, а существующие вентиляционные системы на это не рассчитаны. Смешиваясь с присутствующей здесь в большой концентрации угольной пылью, метан легко воспламеняется от любой искры. За последнее десятилетие в угольной отрасли в результате взрывов метана ушли из жизни 319 человек. Поэтому работы по дегазации угольных пластов сегодня чрезвычайно важны ” [2].
В течение ряда лет в угольных шахтах России, особенно в шахтах с высокой метано-обильностью 15-50 м3/т и удельным пылевыде-лением 300-1000 г/т, происходят взрывы и вспышки метана, в которых нередко принимает
участие угольная пыль [3-7]. В таблице приведены сведения о нарушениях газопылевого режима, взрывах и вспышках метана за 7 лет.
Материальный ущерб от взрывов метановоздушных и метанопылевоздушных смесей порой достигает значительных величин. Так, например, ущерб от взрывов на шахтах “Центральная” (январь 1998 г.) и “Воркутинская” (январь 2002 г.) в Печорском бассейне составил соответственно 40,2 и 308,8 млн руб.; на шахтах “Комсомолец”(март 2000 г.) и “Зырянов-ская” (август и сентябрь 2000 г.) в Кузбассе -88,08 и 298,05 млн руб.
С целью интенсификации процесса дегазации, снижения газообильности горных выработок и пылеобразования при выемке угля необходимо предварительное воздействие на горный массив. Для предварительного воздействия на дегазируемый пласт и надрабатываемую угленосную толщу разработаны “Способ дегазации надрабатываемой угленосной толщи” [8], “Способ подготовки угольных пластов к отработке” [9] и “Установка для генерации гидравлических импульсов давления” [10]. При этом подготовка выемочных полей к безопасной отработке по факторам газа и пыли не мешает очистной выемке.
Способ дегазации надрабатываемой угленосной толщи осуществляется следующим образом.
Из горной выработки до почвы угленосной толщи проводят две серии перекрестно расположенных скважин и герметизируют их с помощью обсадной трубы, цементной рубашки и нагнетания вязкой жидкости. Вязкая жидкость поступает по трубопроводу в затрубную полость между обсадной трубой и стволом и далее в полость между стволом и горной породой. Вязкая жидкость заполняет трещины в по-
* Взрыв, осложненный пожаром
Год Нарушение Взрывы метана, шт. Вспышки метана, шт. Погибшие шахтеры, чел.
Газовый режим, шт. Пылевой режим, шт.
1996 9 37
1997 1782 11137 8 5 106
1998 8 32
1999 955 7732 6 1 5
2000 974 7890 6 4 14
2001 1048 8651 4 4 10
2002 1085 8656 3 3 13
* Данные информационных бюллетеней № 12 “Аварийность и противоаварийная защита предприятий
угольной промышленности”
роде и угольном пласте, тем самым герметизируя горный массив, прилегающий к скважине.
До начала разгрузки угленосной толщи в скважины первой серии последовательно через ствол вводят энерговыделяющую систему с инициатором термораспада, нагнетают энерговыделяющую систему в трещины угленосной толщи, нагнетают воду, создают в скважинах давление не менее 12 МПа и, например, установкой для генерации гидравлических импульсов давления, инициируют энерговыделяющую систему, после чего обработанные скважины подключают к дегазационному трубопроводу. Затем в обработанную скважинами первой серии зону угленосной толщи позади очистного забоя проводят скважины второй серии, которые также подключают к дегазационному трубопроводу.
Для интенсификации процесса дегазации газоносных угольных пластов, их предварительного увлажнения и разрупрочнения предлагается еще один способ - способ подготовки угольных пластов к отработке [9].
В процессе проходки выработки, то есть в самом начале нарезки первого или очередного выемочного поля, проводят пластовые нисходящие скважины за контуры будущих откаточной и вышележащей (параллельной) выработок. Последовательно нагнетая в каждую скважину энерговыделяющую систему, создают в пласте сеть трещин и при достижении давления жидкости не менее 12 МПа инициируют систему любым известным способом, например с помощью генератора ПГД.БК, опускаемого в скважину с погружением в энерговыделяющую систему, либо с помощью установки для генерации гидравлических импульсов давления, устанавливаемой на устье скважины. Вода располагается в верхней части скважины и выполня-
ет функцию гидравлического затвора. Для сокращения времени расслоения энерговыделяющей системы и воды в нисходящие скважины после энерговыделяющей системы нагнетают воду. После инициирования энерговыделяющей системы и окончания реакции термораспада скважины подключают к дегазационному трубопроводу.
С момента подключения нисходящих скважин к трубопроводу приступают к очередным этапам обработки массива, которые заключаются в следующем.
Перед началом проходки выработок проводят горизонтальные скважины, количество которых зависит от метаноносности пласта, например, три скважины, две из которых проходят по продольной оси выработок, а третья -между ними; либо три скважины, оконтури-вающие выработки, или пять скважин, являющихся комбинацией двух предыдущих схем. Очередность бурения этих скважин - снизу вверх. В этом случае интенсифицируются процессы осушения и дегазации пласта на выемочном поле и впереди проходимых выработок за счет удаления воды по скважинам. Затем скважины подключают к дегазационному трубопроводу.
Для снижения газообильности при проходке откаточной и параллельной выработок вне зоны влияния горизонтальных скважин (по их длине) проводят передовые дегазационные скважины. Эти передовые скважины, как и горизонтальные скважины, способствуют удалению воды из дегазируемого массива и интенсификации процесса дегазации.
На шахтах с более высокой газообильно-стью, например, 50-100 м3/т и удельном пыле-выделением 600-1000 г/т и более следует осуществлять дополнительную (завершающую)
подготовку. Для завершения подготовки к безопасной отработке, например, вышележащего выемочного поля из выработки проводят восходящие дегазационные скважины параллельно линии очистного забоя. Через скважины в 100-метровом интервале от очистного забоя нагнетают воду (водные растворы) для увлажнения угля в массиве, а затем разупрочняют пласт с помощью гидравлических импульсов давления, создаваемых установкой, располагаемой на устье скважины. Для дополнительного снятия газа (если интенсивность газоотда-чи высокая) после отключения от дегазационного трубопровода скважины после увлажнения пласта вновь подключают к этому трубопроводу. По мере подвигания очистного забоя скважины поочередно (отсчет от забоя лавы) отключают от дегазационного трубопровода и используют для разупрочнения пласта гидравлическими импульсами давления.
Для разупрочнения пласта путем создания в скважинах высокого давления (не менее 12 МПа) разработана установка для генерации гидравлических импульсов [10]. Установка позволяет воздействовать на пласт с величиной импульсов давления до 100 МПа. Для разупрочнения пласта первые от забоя три -четыре скважины заполняют водой (водным раствором) под давлением не менее 0,5 МПа. Воздействие импульсами давления производят через вторую или третью от забоя скважину (в зависимости от состояния угольного массива в призабойной зоне).
Установка для генерации гидравлических импульсов давления, размещенная в горной выработке [11], способна осуществлять до 5-10
1. Итоги работы угольной отрасли Кузбасса за 2002 год и задачи на 2003 год // “Уголь”, №4. - С 36.
2. Тулеев А.Г. Шахтеров провожает на работу как на фронт! // Российская газета, 14 августа 2002 г.
3. Сергеев И.В., Забурдяев B.C., Бобров И.А. Проблемы безопасности в метанообильных шахтах // Безопасность труда в промышленности. - 1997 - №2. - С. 2-5.
4. Забурдяев B.C. Способы снижения опасности взрывов метанопылевоздушных смесей в угольных шахтах // Промышленная безопасность и эффективность новых технологий в горном деле. - М., МГГУ. - 2001. - С. 103-117.
5. Атрушкевич А.А., Субботин А.И., Сурков А.В., Мазикин В.П. Новые концепции причинных связей шахтных катастроф и способы их исключения // Безопасность труда в промышленности 2001 - №4. - С. 24-28.
циклов воздействия на каждой скважине. Установка удобна в обслуживании, оперативна в перезарядке, технологична, способствует увеличению зоны воздействия в радиусе до 10 м от скважины и повышает равномерность обработки массива.
С помощью импульсов высокого давления в пласте создаются искусственные трещины, что повышает газопроницаемость угольного массива. На первом этапе это обеспечивает интенсивную дегазацию пласта скважинами, на втором - глубокое насыщение угля жидкостью через уже имеющиеся дегазационные скважины. Такая гидравлическая обработка пласта до начала выемки угля существенно повышает эффективность дегазации, снижает пылеобра-зование в забоях, снижает фрикционное искро-образование - одно из главных источников вспышек и взрывов метана, снижает отложение пыли в выработках по пути движения исходящего вентиляционного потока. Технико-
экономические показатели метода гидроимпульсного воздействия на угольные пласты приведены в материалах конференции, организованной Федеральным центром двойных технологий «Союз» [12].
Таким образом, интенсификация процесса дегазации газоносных угольных пластов, их предварительное увлажнение и разупрочнение способствует увеличению нагрузки на забой, повышает безопасность отработки пластов по факторам газа и пыли, а также внезапных выбросов угля и газа. Кроме того, вышеописанные новые технико-технологические решения, способствуют извлечению кондиционного метана, пригодного для утилизации.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
6. Забурдяев B.C. Безопасность и эффективность работы угольных шахт с дегазацией // Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского. - 2001. - № 320. - С. 213-223.
7. Забурдяев Г.С. Взрывоопасные проявления метана и угольной пыли в шахтах // Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского. - 2001 - №320. - С. 206-212.
8. Рубан А.Д., Забурдяев B.C., Сергеев ИВ., Забурдяев Г.С., Козлов В.А. и др. Способ дегазации надра-батываемой угленосной толщи // Патент РФ на изобретение № 2152518 С1, 7E21F 7/00, бюл. № 19 2000 г.
9. Рубан А.Д., Забурдяев B.C., Сергеев И.В., Забурдяев Г.С., Брайцев А.В. Способ подготовки угольных пластов к отработке // Патент РФ № 2166637 С2, 7E21F 7/00, бюл. № 13 2001 г.
10. Рубан А.Д. Забурдяев B.C., Сергеев И.В., Забурдяев Г.С., Козлов В.А. и др. Установка для генерации гидравлических импульсов давления // Патент РФ на
изобретение № 2127364 С1, 6E21C 37/12, E21F 5/00, бюл. №7 1999 г.
11. Забурдяев B.C., Забурдяев Г.С., Рудаков Б.Е.,
Сергеев ИВ., Яковлев А.Н. Способ проведения гидравлической обработки угольного пласта // Авторское свид. СССР на изобретение №883509, E21F 5/00, E21F 7/00, бюл. №43 1981
12. Забурдяев B.C., Забурдяев Г.С., Козлов В.А., Сухорукое Г.И. Дегазация и увлажнение угольных пластов -эффективные методы повышения взрывобезопасности и экологии метанообильных шахт // Двойные технологии. -1999 - №2. - С. 36-40.
Коротко об авторах
Забурдяев Г. С. - кандидат технических наук, ИПКОН РАН.
------------------------------------------ © А.Д. Рубан, B.C. Забурдяев,
Г.С. Забурдяев, АН. Лысенко,
В.И. Шепотько, 2004
УДК 622.411.33:533.17
А. Д. Рубан, В. С. Забурдяев, Г. С. Забурдяев,
А.Н. Лысенко, В.И. Шепотько
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ГАЗОГИДРОИМПУЛЬСНОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ НА МАССИВ УГЛЯ ЧЕРЕЗ ПЛАСТОВЫЕ СКВАЖИНЫ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ГАЗООТДАЧИ
Семинар № 5
нтенсивная разработка угольных месторождений, переход горных работ на более глубокие горизонты и увеличение газоносности углей приведет к значительному росту объемов метана, выделяющегося в угольных шахтах. В связи с этим все большая роль отводится дегазации как при подготовке шахтопластов к эксплуатации, так и в процессе ведения очистных работ.
Пластовая дегазация весьма актуальна при высокопроизводительной работе очистных забоев на газоносных пластах. Поэтому необходимо в максимально возможных объемах искусственно снижать метановыделение из разрабатываемых пластов в горные выработки путем интенсивного извлечения метана из угольного массива дегазационными системами шахт.
Актуальность вопроса вызвана также тем, что эффективность традиционных способов дегазации разрабатываемых пластов подземными скважинами за последние 10-15 лет снизилась с 20-30 % до 15-20 %, причем при высоких скоростях подвигания очистных забоев увеличение сроков дегазации разрабатываемых пластов сдерживает развитие горных работ. При этом большие трудности связаны с обеспечением требуемой эффективности дегазации высокогазоносных пластов, в особенности опасных по внезапным выбросам угля и газа, где в выбросоопасных зонах требуется 60-70 %-ная эффективность дегазации. Интенсификация га-зоотдачи пластов угля в дегазационные скважины в таких условиях приобретает первостепенное значение.
