CC BY
38
держание рационального гидродинамического движения влажной метановоздушной смеси в вакуумном подземном дегазационном трубопроводе, позволит обеспечить максимальную
величину концентрации метана на входе в ва-куум-насосную станцию при минимально возможном и стабильном объемном расходе смеси.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тризно С.К., Козырева Е.Н. Комплексный подход к проблеме метана угольных шахт// Безопасность труда в промышленности, №4 1999. - С. 35-37.
2. Руководство по дегазации угольных шахт - М., 1990 - 192 с.
3. Малашкина В.А. Дегазационные установки: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МГГУ, 2000 - 190 с.
4. Гейер В.Г., Дулин B.C., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод: Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1991 - 331 с.
5. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами: РД50-213-80/ Госкомстандарт СССР; 1982 - 319 с.
6. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Под общ. ред. Б.Б. Некрасова -Минск: Вышейшая школа, 1985 - 382 с.
7. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Уч-к для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. - М.: Машиностроение, 1982 - 423 с.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Малашкина В.А. - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет. Вострикова Н.А. - инженер, ОАО «Метромаш».
------------------------------- © С.К. Баймухаметов, В.И. Тонких,
А.И. Полчин, Н.Н. Грозное, 2004
УДК 622.411.33:533.17
С.К. Баймухаметов, В.И. Тонких, А.И. Полчин, Н.Н. Грозное
ПРОБЛЕМЫ ГАЗОНОСНОСТИ И ВЫБРОСООПАСНОСТИ ПЛАСТА БвВ КАРАГАНДИНСКОМ УГОЛЬНОМ БАССЕЙНЕ
Семинар № 5
¥ ¥ ачиная с 60 годов XX века при разра-_Ж .Ж ботке пласта (!6 в Карагандинском угольном бассейне начали происходить внезапные выбросы угля и газа и другие газодинамические явления с тяжелыми последствиями.
Несмотря на участие в решении проблем предотвращения внезапных выбросов угля и газа ведущих научных коллективов Минуглепрома СССР и ВУЗов (в том числе ВНИМИ, ВостНИИ,
ИГД им.Скочинского, МГИ и др.), а также производственников, проблема не решена до сих пор. Причинами такого положения мы считаем недостаточную изученность природы генезиса и закономерности газонакопления пластов Долин-ской свиты Карагандинского бассейна.
Одной из особенностей всех угольных пластов Долинской свиты является скачкообразный рост газоносности с определенной глубины залегания пласта, причем глубина этой зоны различ-
на для одного и того же пласта даже в пределах шахтного поля. Такое явление не наблюдается ни на Промышленном, ни на Шерубай-Нуринском, ни на других участках бассейна. Природа такого явления пока никем не понятна.
Другой важной особенностью, характерной в основном для пласта 1 Долинской свиты , является наличие в его нижнем слое особовыбросоопасной и препарированной пачки угля мощностью до 1.3-1.5 м, при подсечении которой происходит кратковременное обильное (до 40 м3/мин) газовыделение с последующим затуханием в течение 10-20 сек.
В прошлые годы, в целях борьбы с газодинамическими явлениями при проведении подготовительных выработок по пласту 1 были испытаны различные способы и технологии. Наиболее приемлемым оказалось бурение опережающих скважин диаметром 100-250 мм с последующим контролем их эффективности. Для бурения опережающих скважин специалистами Угольного департамента ОАО «Испат-Кармет» был налажен выпуск модернизированных буровых станков «Старт» с гидроприводом и креплением их на стрелу проходческого комбайна и совместно с КазНИИБГП разработаны паспорта выполнения противовыбросных мероприятий и контроля их эффективности. Темпы безопасного проведения подготовительных выработок при выполнении такого комплекса противовыбросных мероприятий составляют 30-35 м в месяц, при этом объем бурения различных скважин (опережающих, разведочных и скважин бортовой дегазации) составляет 45-50 м на один метр проходки.
Также на шахтах Угольного департамента для безопасного проведения выработок и увеличения темпов проходки на расстоянии 10-14 м ниже пласта проводится полевая выработка, с которой бурятся кустами скважины в контур будущей пластовой выработки с подключением их к дегазационной сети шахты, при этом съем метана составляет 11-15 м3/т. Данный способ более эффективный, но требует дополнительных затрат на проведение полевой выработки.
Вместе с тем с переходом всех шахт Угольного департамента по схеме «шахта-лава» и увеличение нагрузок на очистной забой 5000-6000 т в сутки, таких темпов явно недостаточно.
Одним из сдерживающих факторов повышения темпов проведения выработок является большой объем выполнения противовыбросных мероприятий и времени на их проведение. При самых высоких скоростях бурения, достигнутых
на имеющемся буровом оборудовании (8-10 м/час), на один метр проходки затрачивается до 5-6 часов на бурении скважин, при этом производить какие-либо другие работы в забое запрещены нормативными документами.
Необходимость бурения большого объема скважин напрямую связана с недостаточной изученностью газодинамических свойств пласта (16 и несовершенством применяемых методов прогноза выбросоопасности и контроля эффективности выполнения противовыбросных мероприятий. Препарированная пачка нижнего слоя пласта 1 представляет собой рыхлую массу угля, коэффициент крепости который по шкале Протодьяко-новаусловно принимается равным менее 0.25.
Достоверных данных о газоносности этой пачки нет, считается, что она значительно превышает газоносность пласта 1 определенную при геологоразведочных работах. Уголь этой пачки обладает свойствами текучести. Скважины, пробуренные в нижний слой пласта за короткий промежуток времени быстро затекают углями мягкой препарированной частью пласта, т.е. появляется псевдосжиженный уголь, который становится непроницаемым для метана. Аналогичная картина наблюдалась и при проведении гидрорасчленения пласта. Примером заполнения полости псевдосжиженным углем является проходка по предполагаемой полости после внезапного выброса угля и газа. В ряде случаев, после происшедших внезапных выбросов угля и газа, не удавалось обнаружить характерных полостей выброшенного угля. В какой степени большой выход штыба при бурении скважин влияет на снижение напряженного состояния массива, какой реальный радиус влияния скважин и сколько их необходимо пробурить для снижения напряженного состояния массива до безопасных пределов определить трудно.
Мягкая пачка угля, несмотря на высокую га-зонасыщенность обладает очень низкой газопроницаемостью. Это наглядно прослеживается в процессе бурения скважин, когда при бурении очередной скважины на расстоянии 1-1.5 м от предыдущей, наблюдается одинаковое по интенсивности и продолжительности газовыделение. С целью определения количественных параметров газопроницаемости был проведен ряд экспериментов, в результате которых установлено, что влажный штыб практически непроницаем для газа, а при сухом штыбе величина вакуума 300 мм рт.ст., создаваемого в забое скважины, уменьшается в глубине массива на расстоянии 1 м 1.5 мм
рт.ст. Вода под давлением 1.5 ати проникла в уголь только на глубину 550-600 мм. Пласт 1 отличается от других пластов Карагандинского бассейна и характером газовыделения в дегазационные скважины. Длительными наблюдениями установлено, что начальное выделение метана в скважины, сравнительно высокое в начальный период после окончания бурения, быстро затухает во времени и уже через 4-6 мес. после начала дегазации уменьшается почти до нуля. Самое большое количество газа выделяется в процессе бурения скважин, но оно никак не учитывается ни при оценке снижения выбросоопасности пласта, ни при оценке степени его дегазации.
Наличие мягкой пачки угля в нижнем слое пласта значительно влияет на глубину и скорость бурения скважин. Средняя глубина бурения пластовых скважин диаметром 80 мм составляет 8090 м, глубина опережающих скважин диаметром 100-250 мм в нижний слой 12-20 м. Попытки бурения на большую глубину приводят к зажиму бурового снаряда. Одной из причин такого положения является несовершенство буровой техники. Имеющийся парк станков (СБГ-1м, «Старт-1м», БЖ-45 и т.п.) обладают небольшой мощностью , скоростью вращения и слабым усилием подачи).
Несовершенство методов прогноза выбросоопасности также приводит к большому объему выполнения противовыбросных мероприятий. Они были введены в СССР в конце 70-х годов прошлого века и до настоящего времени практически не претерпели изменений. Несмотря на существенные различия свойств угольных пластов, показатели выбросоопасности для всех пластов в пределах бассейна и разных глубин одинаковы. Кроме того, разные методы прогноза в одном и том же забое дают совершенно разные значения. Например, на шахте им. Ленина в забое 2-го западного пограничного конвейерного бремсберга пл.1 были произведены сравнительные расчеты выбросоопасности применяя локальный прогноз выбросоопасности по показателю Пв и текущий прогноз по показателю Я. По показателю Я на всем протяжении проходки значения выбросоопасности были неопасными, показатель Пв при одинаковой на всем протяжении
и небольшой начальной скорости газоотдачи за-висил от возможной величины давления газа в пласте. Величина этого давления, при невозможности непосредственного измерения в забое, определяется расчетным путем. Во всех случаях при расчетном значении давления газа показатель Пв давал опасные значения. Причина такого положения в том, что существующие методы расчета давления газа в пласте учитывают только глубину его залегания от поверхности и совершенно не учитывают ни природную газоносность пласта, ни глубину зоны газового выветривания, ни какие-либо другие свойства. В течение нескольких лет мы проводили на разных шахтах измерения давления газа в пластах через породные пробки, собрано большое количество информации, но только в нескольких случаях значения давления газа примерно совпали с расчетным (да и то на глубинах до 450 м), а так разница превышала в 3-4 раза, а мы сейчас работаем на глубинах 600 и более метров. На шахтах «Казахстанская» и «Шахтинская» результаты опасного прогноза по Я практически не подтверждаются по динамике газовыделения. А что такое недостоверный прогноз выбросоопасности объяснять не нужно, с одной стороны это жизнь людей и с другой огромные затраты на выполнение противовыбросных мероприятий.
Кроме того, прогноз выбросоопасности и контроль эффективности у нас недостаточно технологичны и выполняются на небольшую глубину 5-6 м. В то время как на шахтах Германии такой же по физическому смыслу прогноз производится на глубину 40-50 м на недельное подвигание забоя и сочетается с контролем эффективности выполнения противовыбросных мероприятий, у нас прогноз необходимо выполнять через каждые 4 м проходки.
Пользуясь тем, что на данном форуме присутствуют авторитетные ученые и практики хотелось бы обратить их внимание на дальнейший поиск решения проблемы с внезапными выбросами угля и газа, совершенствование методов прогноза, техники и технологии их предупреждения с учетом многообразия свойств различных угольных пластов и опыта работы других стран.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------
Баймухаметов С.К. — доктор технических наук, профессор, технический директор, Тонких В.И. — кандидат технических наук,
Грозное Н.Н.. Полчин А.И. — горные инженеры,
Угольный департамент ОАО «Испат Кармет», г. Караганда.
