Предпосылки промышленной апробации технологии заблаговременной дегазационной подготовки высокогазоносных угольных пластов в Кузбассе

Пучков Л.А.; Сластунов С.В.; Логинов А.К.; Ютяев Е.П.; Мазаник Е.В.

Л.А. Пучков, С.В. Сластунов, А.К. Логинов, Е.П. Ютяев, Е.В. Мазаник

ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОМЫШЛЕННОЙ АПРОБАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ЗАБЛАГОВРЕМЕННОЙ ДЕГАЗАЦИОННОЙ ПОДГОТОВКИ ВЫСОКОГАЗОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ В КУЗБАССЕ

Основной целью заблаговременной дегазационной подготовки (ЗДП) является извлечение метана для обеспечения безопасных условий ведения подготовительных и очистных горных работ. Извлечение метана из неразгруженных угольных пластов в этом случае фактически является первой стадией разработки угольных месторождений или подготовки новых выемочных участков.

Интенсивность травматизма на шахтах, отрабатывающих высокогазоносные пласты почти на 40 % выше, чем на относительно неопасных по газу. Простои участков, связанные со взрывами, вспышками, внезапными выбросами, достигают 20 %, а потери при проходке - 25 %. Значительно хуже технико-экономические показатели отработки. Производительность современного очистного оборудования позволяет обеспечивать нагрузки на очистные забои 20-25 и более тыс. т в сутки. Такой уровень нагрузок характерен для многих шахт ОАО «СУЭК - Кузбасс».

В условиях в условиях отработки высокогазоносных выемочных участков уже в ближайшей перспективе при отсутствии предварительной дегазации даже высоко эффективная текущая дегазация не обеспечивает решения проблем метанобезопасности.

В настоящее время дегазация применяется далеко не на всех шахтах ОАО»СУЭК-Кузбасс» и Ленинск-Кузнецкого филиала СУЭК. На шахтах, где применяется дегазация, наибольшее распространение получил так называемый способ дегазации - газоотсос через выработанное пространство, дегазация куполов обрушения и сближенных пластов подземными скважинами и вертикаль-

255

ными скважинами с поверхности. В ряде случаев при определенном ограниченном уровне нагрузок на очистные забои этих мероприятий оказывается достаточным. При увеличении нагрузок расстояние между вертикальными скважинами сокращается и не всегда достигается требуемая эффективность по снижению газообильности горных выработок.

На шахте им. Кирова был опыт применения пластовой дегазации из подземных выработок, однако положительных результатов по ряду причин достигнуто не было.

Так называемая комплексная дегазация, которая включает в себя дегазацию из подземных выработок (предварительная пластовая дегазация, дегазацию разгружаемых пластов-спут-ников, дегазация выработанных пространств, газоотсос из-за перемычек и др.) и дегазацию с поверхности (вертикальные скважины в купола обрушения) в ряде случаев может иметь достаточно высокую эффективность на уровне 60-70 %, что, однако, не во всех случаях обеспечивает планируемый уровень нагрузок на очистной забой. Это связано с тем фактом, что при высокой интенсивности угледобычи достаточно велико газовыделение в лаву непосредственно из самого разрабатываемого пласта, а максимальная эффективность по съему метана подземными пластовыми скважинами ограничена 2-3 м3/т (средний уровень редко достигает 1 м3/т, лучшие показатели в мировой практике не превышают 3-4 м3/т). Единственной альтернативой для усиления дегазации интенсивно разрабатываемого угольного пласта является его заблаговременная дегазация с поверхности (ЗДП). ЗДП широко применяется в высокоразвитых угольных странах и при газоносности 12-20 м3/т в комплексе с подземными пластовыми и вертикальными куполовыми скважинами обеспечивает нагрузки на очистной забой на уровне 25 тыс. т/сут. и выше. Съем метана до начала ведения горных ра-ботможет достигать 50-70 % (например, шахты «Кумберлен» и «Буханап» (США), им. Ленина (Казахстан) и многие другие.

Заблаговременная дегазационная подготовка может быть реализована двумя способами: с откачкой и без откачки воды и газа после окончания собственно гидрорасчленения пласта. Данная технология прошла широкую промышленную проверку на шахтах Карагандинского и Донецкого бассейнов. В настоящее время используется при отработке особо выбросоопасного угольного пласта ^ на шахтах Карагандинского бассейна.

256

В первом случае она осуществляется в течение 5-8 лет. Технико-экономическая эффективность заблаговременной дегазационной подготовки пласта d6 подтверждается опытом работ, проведенных в последний период на шахте имени В.И. Ленина. В этот период при освоении ранее обработанных скважин была снижена газоносность пласта d6 на 6-9 м3/т запасов (концентрация метана -95-98 %); сокращено по газовому фактору проведение около 2 км парных бремсбергов стоимостью около 2 млн. долларов; приростом добычи угля за счет дегазации в обработанной зоне.

Основой второго способа является глубокое блокирование метана водой (в переходных и микропорах угля) при их длительном (не менее месяца) взаимодействии в системе вода - уголь - газ.

Второй способ ЗДП (без откачки через скважину воды и газа из пласта):

- технологичен и прост в осуществлении;

- не требует в дальнейшем никаких дополнительных работ (глубокое внедрение воды в поры угля вплоть до микропор и надежное блокирование в них метана происходит под действием естественных капиллярных сил);

- относительно дешев (радиус зоны влияния одной скважины равен 150-200 м, а потому затраты на гидрорасчленение даже при бурении в Донбассе специальных скважин глубиной порядка 1000 м были сопоставимы с обычными затратами шахт на борьбу с газом и пылью, а на выбросоопасных пластах - в несколько раз меньше);

- обеспечивает долговременное сохранение эффекта блокирования (имеется опыт отработки пласта через 9,5 лет после ГРП);

- обеспечивает:

1) снижение всех газовых показателей, как в лаве, так и в штреке более чем на 70 %, что предотвращает взрывы газа метана в этих выработках;

2) обработку в режиме ГРП не только рабочего пласта, но и его пластов-спутников, что предотвращает взрывы газа на шахте вообще;

3) снижение запыленности воздуха в лаве даже без орошения на 90 % и более, что предотвращает взрывы пыли и существенно улучшает условия труда;

257

4) снижение прочностных характеристик пласта на 40%, что облегчает работу комбайна, уменьшает энергоемкость добычи угля, улучшает его сортность.

Важным преимуществом второго является то, что работы по подготовке запасов к эффективной и безопасной отработке проводятся за 1-1,5 года до ведения горных работ.

Кроме того скважины ЗДП закладываются с учетом возможности их использования при очистных горных работах для извлечения метана из куполов обрушения выработанного пространства лав. В настоящее время на действующих выемочных участках шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» и филиала СУЭК в г. Ленинск-Кузнецком разрабатываются пласты с природной газоносностью до 8-9 м3/т и существенно ниже. Газовая обстановка в этих условиях не является препятствием для обеспечения нагрузок на очистные забои до 20-25 тыс. т в сутки.

Однако уже к 2012 г. на ряде шахт (ш.ш. им. Кирова, «Полы-саевская», «Котинская») глубины залегания предназначенных к отработке пластов существенно увеличаться и достигнут 400-550 м, где природная газоносность будет составлять от 12 до 20 м3/т. В этих условиях планируемая нагрузка 3-5 млн т в год не сможет быть обеспечена без предварительной (заблаговременной) дегазации разрабатываемых пластов.

В апреле 2008 г. особенности технологии ЗДП и перспективы ее применения в Кузбассе были детально рассмотрены на расширенном техническом совещании при генеральном директоре ОАО «СУЭК- Кузбасс». Тогда же был организован выезд специалистов ОАО «СУЭК-Кузбасс» на функционирующие объекты ЗДП (шахты им. Ленина и «Казахстанская», управление «Спецшахтомонта-ждегазация», научно-производст-венный натурный полигон УСШМД - МГГУ в г Караганда).

Анализ горно-геологических и горнотехнических условий, программы развития горных работ и эффективности применяемых в настоящее время способов дегазации позволил выбрать первоочередные объекты проведения заблаговременной дегазационной подготовки (ЗДП) на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» и филиала ОАО СУЭК в г. Ленинск - Кузнецком (см. таблицу).

258

Выбор первоочередных объектов проведения заблаговременной дегазационной подготовки (ЗДП) на шахтах ОАО «СУЭК - Кузбасс» и филиала ОАО «СУЭК» в г. Ленинск-Кузнецкий

Шахта Пласт, Лава Плани- Срок от- Глубина Газо- Длина Длина Кол-во Приме-

мощность руемая работ- Залега- носность, столба, лавы, скважин чания

нагруз- ки, гг. ния пла- м3 /т (дан- м м ЗДП

ка, млн ста, м ные гео-

т/год лого-разв.)

Им. Кирова Болдыревс-кий, 2,2 м 2458 (блок 4) 5,0 2012 500-550 20 4000 240 20 *

Полысаевская Бреевский, 17-49 3,0 2012 350 12 2750 270 11 **

1,7 м 17-51 3,0 2012 400 15 2750 270 11

17-53 3,0 2013 470 17 2750 270 11

(блок

3)

Котинская Пласт 52 , 4,5-4,7 м 5209 5209 6,0 2012 290 16 2200 300 8 ***

ы ■м

чо

Составлен и утвержден график подготовительных работ по реализации программы «Апробация, оценка эффективности в ходе опытно-промышленных испытаний технологии заблаговременной дегазационной подготовки угольных пластов в условиях высокога-зообильных участков угольных шахт ОАО «СУЭК - Кузбасс» и филиала ОАО «СУЭК» в г. Ленинск-Кузнецкий.

Работы проводятся в соответствие с «Концепцией обеспечения метанобезопасности угольных шахт России» и «Программой работ по обеспечению метанобезопасности угольных шахт России», разработанных Росэнерго и согласованной с Ростехнадзо-ром.

Некоторым дополнительным основанием для проведения указанных выше рнабот по заблаговременному извлечению метана из неразгруженных угольных пластов и снижению их природной газоносности являются приказ от 29.06.2007 № 535 Управления Ростехнадзора по Кемеровской области (по ш. «Ульяновская», обязывающий:

П. 1.3.15. Запретить:

□ с 20.07.2007 года проектирование отработки пластов угля без предварительной дегазации с природной газоносностью более 9,0 куб. м/т;

□ с 01.11.2007 года эксплуатацию шахт без проведения дегазации с природной газоносностью более 9,0 куб. м/т;

К настоящему времени разработана основная технологическая документация на заблаговременную дегазацию пласта 52 (лавы 5208 и 5209) поля шахты «Котинская». Определена организация -исполнитель работ. Разработано технико-эко-номическое обоснование работ для представления его руководству СУЭК на предмет инвестирования работ, которые для выбранных объектов должны быть проведены не позднее 2009 г. гтттт^

— Коротко об авторах -

Пучков Л.А. - чл. корр. РАН, Президент Московского государственного

горного университета,

Сластунов С.В. - доктор технических наук, профессор, Московский государственный горный университет

Логинов А.К., Ютяев Е.П., МазаникЕ.В. - ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Н.Н. Грознов, 2008

260