CC BY
49
Оригинальная статья
УДК 622.831.325.3 © Ю.М. Леконцев, СЮ. Ушаков, Ю.Б. Мезенцев, 2020
Пути повышения эффективности дегазации угольных пластов
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-4-26-28
ЛЕКОНЦЕВ Ю.М.
Канд. техн. наук, старший научный сотрудник ИГД СО РАН,
630091, г. Новосибирск, Россия, e-mail: lekon-yu@yandex.ru
УШАКОВ С.Ю.
Канд. техн. наук, технический директор ООО УК «ПМХ»-«ПМХ-Уголь», 650021, г. Кемерово, Россия
МЕЗЕНЦЕВ Ю.Б.
Главный горняк
ООО УК «ПМХ»-«ПМХ-Уголь»,
650021, г. Кемерово, Россия
В статье сделан краткий анализ способов дегазации угольных пластов и оборудования, необходимого для осуществления поинтервального гидроразрыва. Приведены недостатки известных конструкций уравновешенных пакеров, результаты лабораторных исследований эластомеров и приведена новая конструкция пакерного устройства. Ключевые слова: дегазация, гидроразрыв, пакер, эластомер, скважина.
Для цитирования: Леконцев Ю.М., Ушаков С.Ю., Мезенцев Ю.Б. Пути повышения эффективности дегазации угольных пластов // Уголь. 2020. № 4. С. 26-28. 001: 10.18796/0041-5790-2020-4-26-28.
ВВЕДЕНИЕ
На действующих шахтах с повышенной газообильностью пластов планово проводят комплекс мероприятий для предупреждения повышенного содержания метана в горных выработках.
Проводимые работы по дегазации пластов в основном делятся на три вида: заблаговременная дегазация; предварительная дегазация и передовая дегазация. Заблаговременная дегазация осуществляется через скважины, пробуренные с поверхности за 3-8 лет до начала горных работ по угледобыче. Предварительная дегазация снижает природную газоносность угольного пласта до начала очистных работ и наиболее эффективна в сочетании с передовой дегазацией [1, 2, 3]. Последние два вида дегазации получили в Кузбассе наиболее широкое применение.
Недостатком этих работ является необходимость бурения (по инструкции [4]) плотной сетки дегазационный скважин, достигающей более 20 скважин на 100 м. Зарубежный опыт и опыт на отдельных шахтах Кузбасса показали, что можно значительно (в 2-3 раза) сократить количество дегазационных скважин, применив поинтерваль-ный гидроразрыв.
Работа в этом направлении сдерживается по нескольким причинам. Основные из них - это создание оборудования для нарезания инициирующих щелей (ИЩ) в стенках скважин и надежная герметизация ИЩ с обеих сторон для нагнетания жидкости до номинального давления гидроразрыва угольного пласта.
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОЗДАНИЮ
УРАВНОВЕШЕННЫХ ПАКЕРНЫХ УСТРОЙСТВ
В ИГД СО РАН совместно с ПМХ-Уголь были проведены исследования по созданию уравновешенного пакерного устройства для полноценной герметизации нарезных ИЩ, выполненных в стенках дегазационных скважин (рис. 1), с последующим нагнетанием в их полость жидкости под давлением гидроразрыва угольного пласта.
Проведение поисковых экспериментальных работ и необходимость разработки новых конструкций уравновешенных герметизирующих устройств (пакеров) возникли после опытной апробации двух видов известных конструкций, хорошо зарекомендовавших себя при применении в скважинах, пройденных в породах твердостью более 4 единиц. Это пакеры надувного типа [5] и механического уравновешенного типа [6].
Конструкция на основе совмещенных надувных герметизаторов типа «Таурс» (рис. 2) не позволила перемещать их по скважине, пройденной в угольном пласте на расстоянии более 35-40 м, по причине малой осевой жестко-
Рис. 1. Уравновешенное пакерноеустройство: 1 - дегазационная скважина; 2 - инициирующая щель; 3 - корпус пакера; 4 - герметизирующие элементы пакера, 5 - подводящий жидкость трубопровод
Рис. 2. Схема уравновешенного пакера: 1 - надувной герметизатор «Таурс»; 2 - к 3 - подводящий жидкость трубопровод
Рис. 3. Мягкий эластомер: а - начало потери устойчивости; б - вид эластомера, приводящий к заклиниванию в скважине
Рис. 4. Устройство для гидроразрыва горных пород с пакерами, содержащими пружины: 1 - корпус; 2 - уплотнительные элементы; 3 - шток; 4 - цилиндр; 5 - пружина;
6 - подводящее отверстие;
7 - выходное отверстие
сти. Во время перемещения по скважине они изгибались под действием силы от осевой подачи и заклинивались.
Жесткая конструкция механического пакера [5] позволяла перемещаться по длине скважины до 100 м, но не обеспечивала необходимую герметизацию инициирующей щели (ИЩ) и в двух случаях из десяти заклинивалась вплоть до ее потери.
Для определения и устранения причин неудовлетворительной работы герметизирующих элементов механического пакера были выполнены лабораторные исследования герметизирующих элементов пакера, во время которых на стенде имитировался диаметр скважины до 76 мм. Испытания эластомеров из полиуретана и резины показали, что при осевом сжатии максимальное увеличение диаметра эластомера в среднем не превышает 8 мм, т.е. исходный кольцевой зазор между эластомером и скважиной не должен превышать 4 мм. При большем кольцевом зазоре эластомер теряет устойчивость, как представлено на рис. 3, и расклинивается, не обеспечивая герметизацию ИЩ.
Кроме того, было установлено, что мягкие (по ШОР<40) герметизаторы, «затекая» в макротрещины стенок скважины, создают высокую герметизацию, но после снятия распора не восстанавливают первоначальную форму, что приводит к их потере. Введение механической пружины в конструкцию мягкого эластомера (рис. 4) позволило исключить этот недостаток.
Разработанная конструкция герметизирующего устройства и результат его лабораторных исследований позволяют говорить о решении еще одного вопроса в направлении применения технологии гидроразрыва угольных пластов и повышения эффективности его дегазации.
ВЫВОДЫ
1. Объемы работ по бурению дегазационных скважин с целью повышения их газоотдачи возможно сократить в 2-3 раза путем применения метода поинтервального гидроразрыва.
2. «Заклинивание» эластомера в скважине происходит по причине его высокой эластичности и малой жесткости.
3. Введение механической пружины в конструкцию эластомера сохранет его эластичность, повышает суммарную жесткость (пружина + эластомер) и расширяет область его применения.
Список литература
1. Комплексная разработка метаноносных угольных месторождений / В.Е. Зайденварг, А.Т. Айруни, Ю.Э Петрова и др. М.: Издательство ЦНИЭИуголь, 1993.
2. Руководство по наилучшей практике эффективной дегазации источников метановыделения и утилизации метана на угольных шахтах / Серия публикаций ЕЭК по энергетике № 31. ООН Нью-Йорк и Женева, 2010.
3. Дегазация угольных пластов / Труды всесоюзного научно-технического совещания по дегазации угольных пластов. М.: Госгортехиздат, 1961.
4. Инструкция по дегазации угольных шахт. Утверждена приказом Ростехнадзора от 1 декабря 2011 г. № 679.
5. Ушаков С.Ю. Обоснование параметров устройства разупрочнения породных прослойков угольных пластов для разрушения резанием: дис. ... канд. техн. наук. Кемерово, 2018. 111 с.
6. Пат. РФ № 2268359 Уравновешенный герметизатор / Клишин В.И., Леконцев Ю.М., Сажин П.В.; заявл.23.06.2004; опубл. 20.01. 2006; БИ-2006-№2.
DEGASSING
Original Paper
UDC 622.831.325.3 © Yu.M. Lekontsev, S.Yu. Ushakov, Yu.B. Mezentsev, 2020
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, № 4, pp. 26-28
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-4-26-28
Title
ways to increase the efficiency of coal seam degassing
Authors
Lekontsev Yu.M.1, Ushakov S.Yu.2, Mezentsev Yu.B.2
1 Institute of mining of SB RAS, Novosibirsk, 630091, Russian Federation
2 IMH-Coal LLC, Kemerovo, 650021, Russian Federation
Authors' Information
Lekontsev Yu.M., PhD (Engineering), Senior Researcher, e-mail: lekon-yu@yandex.ru
Ushakov S.Yu., PhD (Engineering), Technical Director Mezentsev Yu.B., Main miner
Abstract
The paper provides a brief analysis of the methods for degassing coal seams and equipment necessary for the implementation of interval hydraulic fracturing. The disadvantages of the well-known designs of balanced packers, the results of laboratory studies of elastomers, and the new design of the packer device are presented.
Keywords
Degassing, Hydraulic fracturing, Packer, Elatomer, Well. References
1. Zaidenvarg V.E., Ayruni A.T., Petrova Yu.E. et al. Kompleksnaya razrabot-ka metanonosnykh ugol'nykh mestorozhdeniy [Integrated development of methane-bearing coal deposits]. Moscow, TSNIEIugol' Publ., 1993. (In Russ.).
2. Rukovodstvo po nailuchshey praktike effektivnoy degazatsii istochnikov metanovydeleniya i utilizatsii metana na ugol'nykh shakhtakh [Guidance on best practices for the effective degassing of methane sources and methane utilization in coal mines]. European Economic Commission Energy Series Publication, No. 31. UN, New York and Geneva, 2010.
3. Degazatsiya ugol'nykh plastov [Coal seam degassing]. Proceedings of the All-Union Scientific and Technical Meeting on the Degassing of Coal Seams. Moscow, Gosgortekhizdat Publ., 1961. (In Russ.).
4. Instruktsiya po degazatsii ugol'nykh shakht [Instructions for the degassing of coal mines]. It is approved by the order of Rostekhnadzor of December 1, 2011, No. 679. (In Russ.).
5. Ushakov S.Yu. Obosnovaniye parametrov ustroystva razuprochneniya po-rodnykh prosloykovugol'nykh plastovdlya razrusheniya rezaniyem: Diss. kand. tekhn. nauk [Justification of the parameters of the device for softening rock layers of coal seams for destruction by cutting: PhD (Engineering) diss.]. Kemerovo, 2018, 111 p. (In Russ.).
6. Klishin V.I., Lekontsev Yu.M. & Sazhin P.V. Uravnoveshennyy germetizator: Pat. RF №2268359 [Balanced sealant: Pat. RF N 2268359]. Declared June 23, 2004; publ. 20.01.2006; BI-2006-No. 2. (In Russ.).
For citation
Lekontsev Yu.M., Ushakov S.Yu. & Mezentsev Yu.B. Ways to increase the efficiency of coal seam degassing. Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, No. 4, pp. 26-28. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2020-4-26-28.
Paper info
Received December 4,2019 Reviewed February 12,2020 Accepted March 3,2020
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ И УТИЛИЗАЦИИ МЕТАНА
МЕТАН ПОД КОНТРОЛЕМ!
г. новокузнецк шоссе северное, 8
vwvw.zavodmdu.ru
info@zavodmdu.ru тел.: +7 (3843) 991-991
На шахте «Распадская» безопаснее и вдвое быстрее провели перемонтаж очистного оборудования
На шахте «Распадская» Распадской угольной компании (управляет угольными активами ЕВРАЗа) в феврале 2020 г. успешно завершился инвестиционный проект, направленный на сокращение сроков перемонта-жей очистного оборудования. Горняки выполнили работы на пласту 6-6а безопаснее и в два раза быстрее.
Подготовку и сам перемонтаж провели специалисты управления по монтажу, демонтажу и ремонту горношахтного оборудования и горняки «Распадской».
Инвестпроект длился в течение двух лет. Для этого Распадская угольная компания приобрела современный комплект монтажно-транспортного оборудования стоимостью около 300 млн руб. - самоходные машины Petitto Mule и пневмоколесные тягачи Sandvik. Чтобы многотонная техника могла работать в шахте, под землей построили бетонную дорогу длиной 2,4 км.
Раньше перемонтаж оборудования из одного выемочного участка в другой вели при помощи лебедок и монтажных блоков. На весь процесс уходило до 112 дней, сейчас эту работу провели за 56 дней. Новая техника позволила отказаться от применения травмоопасных лебедок, обезопасила и облегчила труд горняков и горномонтажников.
