CC BY
30
NAІЁ^AD 5 А1ЕЁАА 1А ЙЁШ£Ё6}А "1АААЁВ АШВЁЛ - 2001” ПЙЁАА, МА6, 29 утаду - 2 оаадаёу 2001 а.
© Ю.Г. Анпилогов, 2001
ОАЁ 622.8 ' ' \
Ю.Г. Анпилогов
АН . / Л Л / АА.ЛЛЛЛ /А м Л Л 10А1ЕА УООАЕОЕАНМОЕ
АЕавТвАм*ёА1А1Еу
ШШАиАВШШАМИА! ОА1ЁША1
■ ■ ■ ■ Л м Л л А / м ■■ А Л Л ■■ м м . Л ИЛ м Л . м Л А м А 1ЁАМОА А ОМЁ1АЕУО АА1Ё1АЕ*АМЕ1А1
1АвО0А1Еу
О
дной из отличительных особенностей залегания выбросоопасных пластов является приуроченность выбросоопасных зон к местам геологических нарушений, связанных с выработанными пространствами гидравлически. Вледст-вии этого гидрорасчленение выбросоопасных пластов обычно осложняется гидросбойками с геологическими нарушениями, что приводит к падению давления закачиваемой жидкости практически до нуля и, следовательно, к сокращению объемов закачки и уменьшению равномерности обработки.
Наличие нарушений с амплитудой свыше полумощности пласта является естественным экраном распространения жидкости. При наличии протяженных мелкоамплитудных гидропроводных нарушений рабочая жидкость поступает в эти нарушения, и последние также, как правило, определяют границы обработанной зоны.
Если в случае наличия разрывных нарушений типа взбросов, надвигов и т.д. единственной возможностью качественной обработки является размещение скважин по обе стороны от нарушения на расстояние до Rэф., то в случае мелкоамплитудных нарушений их переход фронтом нагнетаемой рабочей жидкости возможен при тампонаже этих нарушений вяжущими веществами.
На поле шахты им. 9 Пятилетки б. ПО «Маке-ев-уголь» скв. №6 и №9 располагаются по обе
стороны от прогнозируемого геологического нарушения типа надвига с амплитудой 15 м (рис. 1).
В процессе гидрорасчленения особо выбросоопасного пласта Г8 через скв. №6 на этой шахте уже в начале процесса произошла гидросбойка с нарушением, о чем свидетельствовало практически нулевое значение давления при темпах нагнетания от 10 до 40 л/с.
Для тампонажа нарушения использова-лись древесные опилки, закачиваемые в виде водоопилочной смеси в пласт в микроцикличе-ском режиме при варьировании концентраций, объемов и темпов закачки в каждом отдельном микроцикле. Всего выполнено 22 микроцикла, при этом в пласт подано 1060 м3 водоопилочной смеси со средней концентрацией опилок 4,5 г/л при среднем темпе нагнетания 10-12 л/с. При этом давление на забое скважины поднялось до 20 МПа. Общий объем рабочей жидкости, закачиваемой в скважину, составил 1689 м3. Максимальный темп нагнетания достигал 29,3 л/с при давлении на забое скважины 23-27 МПа.
Выполнение первых циклов тампонажа геологического нарушения сопровождалось выходом рабочей жидкости в разгрузочную лаву пласта Ш на расстоянии 260 м и в конвейерный ходок, опережающий лаву на 100 м, на расстоянии до 160 м от скважины №6, т.е. в направлении основной системы трещин, совпадающей с направлением геологического нарушения.
Размеры зоны воздействия, определенные по фактическим параметрам процесса, составили 92 м в направлении основной системы трещин (большая полуось эллипса) и 63 м - второстепенной (малая полуось эллипса).
Наибольшие негативные последствия оказывают прорывы рабочей жидкости из скважин гидрорасчленения в горные выработки, так как при этом невозможна ликвидация утечек воды путем закачки вяжущих растворов из-за отсутствия необходимого времени на производство подготовительных циклов тампонажа, снижается равномерность обработки, но выдерживаются проектные параметры процесса, скважины имеют низкие дебиты воды и газа из-за значительного снижения пластового давления.
В процессе гидравлической обработки пласта людской ходок 3-й панельной лавы. Гидравличе-
Г8 через скважину №9 отмечен выход воды в ская сбойка произошла после того, как в уголь-
ный пласт было подано около 900 м3 воды, и сопровождалась падением давления на входе в пласт с 34 до 21 МПа при темпе нагнетания 24 10-3 м3/с.
Попытка увеличения темпа нагнетания до 28-30 л/с не привела к повышению давления на входе в пласт, т.е. рабочая жидкость по пласту распространялась практически в одном направлении, совпадающем с ориентировкой основной системы естественных трещин прогнозируемого геологического нарушения.
В тоже время отмечена гидравлическая связь со скважиной №8, расположенной в направлении второстепенной системы трещин (перпендикулярной основной системе), на расстоянии 146 м от скв. №9. Однако, гидравлической сбойки со скважиной №6 не произошло, что, по-видимому, свидетельствует о наличии прогнозируемого нарушения на данном участке пласта, ставшего «экраном» распространению рабочей жидкости.
Процесс гидрорасчсленения был продолжен через двое суток, но после закачки 500 м3 воды вновь была получена сбойка с горной выработкой.
Последующие попытки закачки рабочей жидкости также оканчивались выходом воды в выработки 3 панельной лавы. Таким образом, проектные показатели процесса гидрорачленения через скважину №9 выполнены не были. По достигнутым показателям гидрорасчленения была определена зона влияния скважины, размеры полуосей которой составили в направлении основной системы 60 м, второстепенной - 36 м.
Гидравлическая обработка пласта 1’8 через скважину №10 выполнена в полном объеме и с расчетными параметрами процесса. В процессе нагнетания рабочей жидкости в пласт через скважину №10 отмечена гидравлическая связь со скважинами №5, 7 и 8. В то же время со скважиной №9 гидравлической связи отмечено не было. Следовательно, можно предположить, что участок пласта, находящийся между этими скважинами, остался неподверженным гидрорасчленению, о чем свидетельствуют результаты шахтных наблюдений, выполненных для оценки эффективности и фактических размеров зоны воздействия.
При оценке эффективности воздействия, наряду с определением традиционных характеристик выбросоопасного пласта, таких как газоносность, влажность, начальная скорость газовыделения из шпуров, безопасная глубина выемки (глубина раз-
грузки), были применены такие показатели, как концентрация гелия (Не, %) в составе газов угольного пласта [1, 2] и АТ для выявления потенциально выбросоопасных зон и дифференциальной оценки степени их опасности [3, 4, 6].
Исследованиями МакНИИ [1, 2] установлено, что отсутствие или невысокое содержание гелия в составе газов выбросоопасных пластов может быть использовано для практических целей как показатель отсутствия или невысокой степени выбросоопасности участка, зоны или призабойной части пласта.
Пробы газа отбирались «мокрым способом» из прогнозных скважин, буримых для контроля эффективности по динамике газовыделения с интервалов максимальных значений скорости газо-выделения через 15 м подвигания забоя подготовительной выработки.
Метод определения показателя АТ основан на использовании обратного йодометрического титрования тиосульфатом натрия в присутствии индикатора крахмала раствора йода в йодите калия. Для определения содержания поглощенного углем йода используют раствор йода в йодите калия после перемешивания в нем навески угля [5].
Поглощенное углем количество йода рассчитывается по формуле:
АТ = (а - в) 0,635, мг/г,
где а - количество титрованного раствора Na2S2O3, эквивалентного количеству йода в 20 мл раствора, см3; в - количество раствора Na2S2O3, затраченное на титрование йодного раствора, см3.
При АТ > 3,5 мг/г структура угля считается нарушенной [4, 6].
Пробы угля для определения показателя АТ отбирались из прогнозных скважин в интервале с максимальными значениями скорости газовыделе-ния через 15 м подвигания забоя подготовительной выработки.
На рис. 2 представлены количественные значения контрольных параметров через каждые 15 м подвигания забоя конвейерного ходка и конвейерного штрека в районе скв. №6 и 9, а пунктирной линией показаны зоны эффективного влияния скважин построенные по фактическим параметрам процесса гидрорасчленения, а сплошной линией -по результатам шахтных наблюдений.
Анализ результатов наблюдений в конвейерном ходке в районе скважины №9 показывает, что значительное снижение газоносности пласта, увеличе-
ние зоны разгрузки призабойной части пласта и влажности угля начинается после 75-го метра длины выработки. На этом участке безопасная глубина выемки достигает 5,0 м, а влажность угля - 1,3 %, тогда как на предыдущих участках (от 0 до 60 м) выработки эти показатели составляли, соответственно, 1,5-3,0 м и 1,0-1,1 %. Небольшой рост газоносности пласта на участке 75 м длины выработки до 18,4 м3/т (на участке от 0 до 75 м газоносность составляла 16,4-17,4 м3/т) связан с границей оттеснения метана в процессе гидрорасчленения. Отсутствие гелия в составе газов пласта на этом участке может указывать на разгрузку призабойной части пласта и его дегазацию [1, 2].
Рост значений безопасной глубины выемки, влажности и снижения газоносности пласта прослеживается до 210 м подготовительной выработки. На этом участке безопасная глубина выемки составляла 5,5-7,0 м, влажность угля 1,5-1,9 %, а газоносность пласта 12,3-16,1 м3/т. Отсутствие или невысокое содержание гелия (0,006-0,008 %) на этом участке подтверждает частичную дегазацию и разгрузку пласта.
Значение показателя АТ, характеризующего степень потенциальной выбросоопасности структуры угля, на этом участке варьируются в пределах 1,963,9 мг/г. При значении показателя АГ>3,5 мг/г структура угля считается нарушенной, выбросоопасной. Однако, несмотря на то, что на участке 105-210 м длины выработки значения показателя А Т или близки к критическому значению (3,48 мг/г), или превышают его значение (3,9 мг/г), газодинамических явлений не произошло.
Очевидно, что гидрорасчленение пласта на этом участке привело к его дегазации, разгрузке, увлажнению и, как следствие, повышению пластичности угля, что приводит к снижению потенциальной упругой энергии угольного массив, а в конечном итоге к уменьшению вероятности реализации внезапного выброса угля и газа.
Фактическая зона эффективного влияния гидрорасчленения через скважину №9 прослеживается на участке 75-215 м длины конвейерного ходка, тогда как расчетное положение зоны ограничивается участком 120-218 м. Такое «перемещение» зоны гид-рорасвленения связано с произошедшей в процессе гидрорасчленения гидросбойкой с 3 панельной лавой, вследствие чего распространение рабочей жидкости происходило в основном по восстанию пласта. В результате этого «нижняя часть» пласта по длине конвейерного штрека от отметок 220-255 м
осталась вне зоны гидрорасчленения. На этом участке безопасная глубина выемки снизилась до 2,5 м, влажность угля приняла исходное значение -
0,9-1,2 %, также как и газоносность пласт -18,3-20,1 м3/т. Таким образом, этот участок пласта не был разгружен и дегазирован (о чем свидетельствует повышенное содержание гелия - 0,028-0,03 %), а структура угля характеризовалась по показателю АТ выбросоопасной (зна-чения показателя 3,94,51 мг/г) и на 218 и 245 м при сотрясательном взрывании спровоцировано два выброса угля и газа интенсивностью до 50 т.
Потенциальная выбросоопасность структуры угля (показатель АТ составляет 3,62-4,12 мг/г), отсутствие разгрузки и дегазации прослеживается и при проведении конвейерного штрека разгрузочной лавы на участке 0-105 м от конвейерного ходка в направлении скв. №6. Содержание гелия в составе газов пласта 0,025-0,028 %, величина безопасной глубины выемки 2,0-2,5 м, значение газоносности 17,0-22,3 м3/т и влажности пласта 0,8-1,2 %, характеризуют состояние нетронутого массива. На этом участке пласта при проведении конвейерного штрека было спровоцировано при сотрясательном взрывании три выброса угля и газа.
В таблице представлены дальнейшие результаты оценки эффективности гидрорасчленения пласта через скв. №6 при проведении конвейерного штрека. Анализ результатов показывает, что активная зона влияния по изменению контролируемых параметров начинается на участке 100-50 м до створа скважины и прослеживается до окончания проведения выработки (20 м после створа скважины). На этих участка средние значения газоносности пласта снижены с 20,1 до 10,3 м3/т, а максимальной начальной скорости газовыделения из шпуров - с 2,2 до 1,03 л/мин., безопасная глубина выемки составила более 7 м, влажность угля увеличена более чем в два раза. Признаков газодинамических явлений не наблюдалось.
Проведенные исследования показывают эффективность опробованной технологической схемы гидрообработки участка особовыбросоопасного пласта 1’8 через скв. №6. Однако, из-за прорыва рабочей жидкости в горную выработку при обработке пласта через скв. №9 не удалось достичь проектных показателей воздействия и, вследствие этого, получить гидравлическую связь с зоной гидрообработки скв. № 6. Тем не менее, оценка эффективности при проведении подготовитель-
Оааёёоа
і\ІВААІЕА Q^A■^A^ЁY ПЁАдА6АЁАЁ 10А1ЁЁ УббАЁ6ЁАИЙ6Ё AЁADЇDA^kЁA^A^ЁY оАТЁи1ТАТ 1ЁАЙ6А L’8 -^Ад ЙЁА. №6
Расстояние забоя конвейерного штрека до и после створа скв. № 6 Г азоносность пласта, м3/т Максимальная начальная скорость газовыде-ления, л/мин. Безопасная глубина выемки пласта, м Влажность угля, % Крепость угля, усл. ед.
200-150 21,5 1,85 2,45 1,15 1,55
150-100 20,1 2,22 4,07 1,2 1,51
100-50 13,5 1,03 7,3 2,5 1,34
50-0 10,6 1,06 7,18 3,8 1,09
0--20 10,3 1,05 7,1 2,4 1,16
ной выработки показывает, что достигнуты определенные положительные результаты и в зоне влияния скв. №9.
В связи с этим, при обработке выбросоопасных пластов через группу скважин и особенно в зонах геологических нарушений основным контрольным
условием в процессе воздействия должно являться наличие гидросбоек между соседними скважинами, при этом скважины должны закладываться на расстоянии не менее 300 м от действующих выработок в направлении основной системы трещин.
ШЁЙТЁ ЁЁ6ADA60Dй
1. Отчет по теме № 1702120000081. Разработать и освоить аппаратуру для контроля содержания гелия в составе газов выбросоопасного угольного пласта, МакНИИ, 1976.
2. Николин В.И., Васильчук М.А., Рубинский А.А. Гелий в составе га-
зов выбросоопасных пластов. -Безопасность труда в промышленности, №9, 1974.
3. Эттингер И.Л. Физическая химия газоносного угольного пласта. М.: Наука, 1981.
4. Кудрейко Ю.К. О прогнозировании выбросоопасности перед вскрытием пластов. Уголь Украины, №10, 1988.
5. Методика определения йодного показателя. Макеевка, МакНИИ, 1989.
6. Отчет по теме № 1792008000. Разработать и вне
дрить мероприятия по вскры-тию выбросоопасных пластов и ведению прогноза в конкретных горнотехнических условиях на шахтах ПО «Макеев-уголь», МакНИИ, 1988.
Л Л Л ' Л Л Л Г » ЖЖ А ЖЖ А
ЁЮ16Ё1 ІА АА6ЮА0
Анпилогов Юрий Григорьевич - кандидат технических наук, Іїйеїапеее аїпбаадпбаапйе аїдше 6^ёaaдnёдaд.
