CC BY
34
A.С. Сагинов, К.Н. Адилов, В.Я. Новиков,
ИПКОН МН-АН РК ИПКОН МН-АН РК ИПКОН МН-АН РК
B.А. Садчиков,
КазНИИ БГП
О рациональном порядке отработки свиты газоугольных пластов
Выбор способа подготовки, порядка отработки свиты угольных пластов традиционно осуществляется с позиций обеспечения минимальных затрат по добыче угля. Однако в угольных пластах содержится огромной количество метана, который является прекрасным экологически чистым топливом, а также ценным химическим сырьем. Природная газоносность угольных пластов Карагандинского бассейна достигает 20-25 м3/т. Это позволяет рассматривать метан, как полезное ископаемое, которое также следует добывать наряду с добычей угля. Такие газонасыщенные пласты более правильнее следует считать газоугольными или углегазовыми пластами. Под газоугольными пластами следует понимать угольные пласты, насыщенные метаном, который экономически целесообразно извлекать наряду с добычей угля.
Формирование газовых коллекторов и интенсификация добычи метана из них при отработке свиты газоугольных пластов в значительной степени зависят от порядка их выемки в свите.
При отработке Карагандинской свиты используется за редким исключением нисходящий порядок отработки пластов, начиная с верхнего пласта к18 и заканчивая нижним пластом кь Наряду с рядом достоинств, таких, как мини-
мальные первоначальные капзат-раты на вскрытие шахтного поля и подготовку первого горизонта к эксплуатации, ведение очистных и подготовительных работ на небольшой глубине и др., недостатками нисходящего порядка является низкая эффективность дегазации из-за предварительной выемки в подработанной толще высокогазоносных сближенных пластов, а также повышенная опасность внезапных выбросов угля и газа.
На отдельных шахтах (“Стахановская”, им. Кузембаева, “Абай-ская”, “Сокурская” и др.) применялся восходящий порядок выемки сближенных пластов. Например, на шахтах “Сокурская” и “Стахановская” сначала вынимали пласт кю, а затем - пласт к12. При этом происходила разгрузка пласта к12, в результате чего выделялось большое количество газа из подработанного пласта к12 в дегазационный трубопровод или в дренажные выработки [1].
Также известен восходящий порядок отработки свиты пластов угля, начиная с нижнего пласта. При этом отработка нижележащего пласта полностью или на определенном расстоянии опережает отработку вышележащего пласта. При данном порядке отработки обеспечивается разгрузка вышележащего массива, сближенных плстов и создаются благоприят-
ные условия для добычи метана. Однако данный способ характеризуется значительными первоначальными капитальными затратами, связанными с проходкой стволов до нижней технической границы шахтного поля, значительным ростом объема подготовительных работ, затрат на транспорт и вентиляцию, отработкой пластов на глубоких горизонтах в более сложных горно-геологических условиях, что неизбежно сопровождается ростом себестоимости добычи угля и ухудшением технико-экономических показателей работы шахты. По этим причинам восходящий порядок отработки в выполненных исследованиях не рассматривался.
Для качественной и количест-военной оценки влияния порядка отрабоки свиты газоугольных пластов с позиций максимального извлечения метана было выбрано поле шахты им. 50-летия СССР Карагандинского бассейна, на котором залегают пласты Карагандинской свиты до глубины 850 м. Характеристика угольных пластов в этой свите представлена в табл.1
Были приняты к рассмотрению два варианта отработки пластов в свите:
- нисходящий, начиная с к18 и заканчивая к1;
Таблица 1
Исходные данные для расчета метанодобываемости____________
Наименование пласта Расстояние между пластами, м Общая мощность пласта, м Зольность, % Угол падения пласта, град
1 2 3 4 5
К18 0 1,98 25,0 7-30
К15 61 1,77 32,0 7-30
К14 59 2,51 29,7 7-30
К13 22 3,40 28,4 7-30
К12 142 8,06 30,0 7-30
К11 28 1,13 32,0 7-30
К10 44 4,33 28,0 7-30
К9 27 0,84 28,0 7-30
К8 29 0,17 35,0 7-30
К7 33 3,49 37,0 7-30
К4 55 1,28 34,5 7-30
Кэ 25 3,52 39,0 7-30
К2 3,79 37,8 7-30
К1 40 3,56 38,0 7-30
- комбинированный порядок, состоящий в нисходящем порядке отработки групп сближенных пластов с восходящим порядком их
динской свиты газоугольных пластов, где:
х, х0 - соответственно природная и остаточная метаноносность
Таблица 3
Метанодобываемость при восходящем порядке отработки пластов
Обозначения Вй измер Пласты
К13 К7 К1
1 2 3 4 5
х м3/т 13,78 14,87 15,8
т м 2,2 3,1 3,0
тв м 2,1 2,9 2,7
Хо м3/т 3,1 2,9 2,8
м3/т 9,72 11,13 12,61
м3/т 13,84 27,01 28,79
qпор м3/т 1,46 1,67 1,89
м3/т 25,02 39,81 43,29
^.п. м3/т 15,3 28,68 30,68
^ч м3/т 37,73 55,26 60,08
Jпл м3/т 13,49 15,45 17,50
^.п. м3/т 24,24 39,81 42,58
отработки в группах. При этом варианте пластом к13 подрабатываются пласты к14, к15 и к18; пластом к7 - пласты к8, к9, к10, к12; пластом к1 - пласты к2, к3, к4.
На базе действующих нормативных документов [2.3] были выполнены расчеты количества метана выделяемого при рассматриваемых вариантах отработки свиты пластов.
В табл. 2 и 3 приведены расчетные данные, характеризующие метанодобываемость из техногенных коллекторов соответственно при нисходящем и комбинированном порядках отработки Караган-
7 Л 1999
пласта, м3/т;
т, тв - соответственно общая и вынимаемая мощности разрабатываемого пласта, м;
qпл, qпор, ^.ш qуч - соответст-
венно относительное газовыделе-ние из разрабатываемого пласта, сближенных пластов (спутников), боковых пород, выработанного пространства и выемочного участка, м3/т;
Jуч, Jпл, Jв.п - соответственно абсолютное газовыделение на выемочном участке, из разрабатываемого пласта и из выработанного пространства, м3/мин.
Как следует из табл. 2, сум-
марное ожидаемое количество метана, которое поступит в газовые коллекторы выработанных пространств при нисходящем порядке отработки Карагандинской свиты газоугольных пластов в условиях шахтного поля им. 50-летия СССР составит 2 Jв.п = 45,21 м3/мин. В соответствии с [4] принимаем коэффициент извлечения равным
0,3. Тогда возможное количество метана, которое можно будет добыть для практического использования из техногенных коллекторов (выработанных пространств) составит 13,56 м3/мин.
При комбинированном порядке отработки свиты пластов (табл.3) значительно возрастет количество метана, поступающего в газовые коллекторы выработанных пространств и составит 106,63 м3/мин. Согласно выполненных исследований [5] коэффициент извлечения метана при подработке пластов увеличивается до 0,8. При этом возможное количество метана извлекаемого при комбинированном порядке отработки пластов из техногенного коллектора возрастет до 85,3 м3/мин, что в 6,3 раза больше в сравнении с традиционным нисходящим порядком отработки свиты пластов.
С учетом пластовой дегазации (не менее 20% от природной газоносности) суммарное количество каптируемого метана при нисходящем порядке отработки свиты пластов составит 78,75 м3/мин, а при комбинированном порядке -115,93 м3/мин, что в 1,47 раза больше, чем при нисходящем порядке отработки. Наряду с увеличением объемов извлекаемого метана при комбинированном порядке отработки также достигается значительный экономический эффект за счет снижения объемов буровых работ на подрабатываемых сближенных пластах, а также ликвидации локальных мероприятий по предотвращению внезапных выбросов угля и газа.
Таким образом, с целью максимального извлечения средствами дегазации метана свиту пластов целесообразно разделять на
67
группы сближенных пластов, подготовку и отработку этих групп производить в нисходящем порядке, тогда как выемку отдельных пластов в каждой из групп - в восходящем порядке.
Реализация данного способа разработки свиты газоугольных пластов может быть осуществлена при выполнении условия вытекающего из следующего математического выражения:
1гр < Нкол - (2 1 пл + 2 тобщХ
где 1гр - расстояние между смежными группами пластов, м; 2 1пл -суммарное расстояние между пластами внутри группы, м; 2 тобщ -суммарная общая мощность отрабатываемых пластов внутри группы, м; Нкол - высота газового коллектора, м; Нкол определяется по формуле:
н = L ■ тв,
кол л ’
где Lл - длина очистного забоя, м;
2тв - суммарная вынимаемая мощность пластов угля в рассматриваемой группе пластов, м; а -постоянный коэффициент, зависящий от физико-механических свойств пород подрабатываемого массива (для условий Карагандинского бассейна а-0,004-0,006).
При невыполнении данного условия будут утечки метана через систему трещин массива из разрабатываемого газового коллектора. При этом дебит метана и эффективность нового способа разработки свиты газоугольных пластов снизится.
Таким образом, выполненные исследования позволяют рекомендовать при отработке свиты газоугольных пластов комбинированный порядок выемки, позволяющий наряду с высокопроизводительной и безопасной добычей угля максимально извлекать из недр метан для использования в про-
мышленности и транспорте.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Совершенствование подготовки и отработки свиты мощных газоносных, склонных к самовозгоранию угольных пластов Карагандинского угольного бассейна. - М., ЦНИЭИ-уголь, 1990, 40 с.
2.Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. - Макеевка - Донбас, 1989.
3.Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. -Алматы, 1997.
4.Руководство по дегазации угольных шахт Карагандинского бассейна.
- Караганда, 1994.
5.Болгожин Ш. А., Клиновицкий Ф. И., Садчиков В. А. Разработка рекомендации по расположению газодренажных выработок для дегазации подрабатываемых пластов при различных схемах развития горных работ. Отчет ОНИР ИГД, АНРК, 1992,с. 97.
© А.С. Сагинов, К.Н. Адилов, В.Я. Новиков, В.А. Садчиков
66
3
