Способ гидровоздействия на углевмещающий массив Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

--© Д.В. Торгунаков, 2013

УЛК 622.831.325.3 Д.В. Торгунаков

СПОСОБ ГИДРОВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГЛЕВМЕЩАЮЩИЙ МАССИВ

Предложен новый способ дегазации угольных пластов с применением направленного гидроразрыва угольного массива. Способ позволяет на порядок повысить интенсивность пластовой дегазации.

Ключевые слова: скважинно-шелевой способ дегазации, ориентированный флюидоразрыв.

В Институте угля СО РАН решена в научном плане важнейшая задача по проблеме борьбы с газом и газодинамическими явлениями в угольных шахтах - разработаны научные основы гидровоздействия на угольный массив с целью повышения его газопроницаемости и газоотдачи, что позволяет на порядок повысить эффективность дегазации участков угольных пластов перед их отработкой [1].

Для увеличения газоотдачи пласта в дегазационные скважины предложено применение ориентированного флюидораз-рыва пласта (ОФР) [2], при котором по определенной технологии создаются из дегазационных скважин щели с большой площадью обнажения, после чего вода из щелей выпускается, и скачкообразно увеличивается приток газа в дегазационные скважины.

На рис. 1 показан обычный способ дегазации участка выемочного блока параллельными скважинами, а на рис. 2 -скважинно-щелевой способ дегазации такого же по размеру участка.

Суммарная поверхность обнажения пласта полостями дегазации Бд для приведенных на схеме двух вариантов дегазации одного и того же участка пласта составит:

при обычной дегазации скважинами (слева на рисунке)

Бд = ^ лтс (4 - - ¡г);

г

'эф

(1)

Рис. 2. Скважинно-щелевой способ дегазации участка выемочного пласта

при скважинно-щелевом способе дегазации (справа на рисунке):

т Ьл

— , , )Г7 -т- _1_

-'з 2)

Бд = (Ь3 — 21ц2)(2жс + , (2)

Гэф

где гс - радиус скважин; гэ - эффективный радиус влияния скважин; Ь3 - длина очистного забоя; ¡ц1 - ширина барьерного

целика, исключающего подсосы воздуха; ; ¡ц2 - ширина барьерного целика для исключения прорыва воды на штреки; ¡г - глубина герметизации; тп - мощность вынимаемого пласта; Ьд -длина выемочного блока; пш - число щелей.

Выполнен расчет по сравнению величин суммарных поверхностей обнажения 5 для первого и второго вариантов дегазации. Для расчета приняты следующие исходные данные:

- ширина выемочного столба (будущая длина лавы) - 300 м (это соответствует значениям этого параметра для современных длинных механизированных лав);

- ширина оставляемого для исключения подсосов воздуха барьерного целика ¡ц1 - 10 м;

- величина радиуса эффективного влияния скважин гэф - 5 м;

- ширина барьерного целика для исключения прорыва воды на штреки ¡¡я - 20 м (двойное расстояние между щелями ОФР, т. е. 4гэф);

- длина щели ¡ш - 100 м (при такой величине данного параметра щели ОФР не отклонятся существенно от заданного направления, т. е. они будут сохранять примерно параллельные направления по отношению друг к другу);

- диаметр дегазационных скважин - 100 мм;

- расстояние между дегазационными скважинами - 10 м (2гэф);

- расстояние между щелями ¡с - 10 м;

- протяженность сравниваемых участков дегазации в направлении подвигания очистного забоя Ьд - 100 м;

- мощность пласта тп - 2,5 м.

Рассчитав суммарные поверхности обнажения пласта полостями дегазации для первого (5л1) и второго (5л2) участков, получим = 879 м2 и Бд2 = 13000 м2, т. е. на втором участке величина суммарной поверхности дегазирующих полостей превышает этот же параметр по сравнению с первым участком почти в 15 раз. При этом сокращается в 11 раз количество необходимых дегазационных скважин.

Из приведенного примера трудно переоценить повышение эффективности дегазации при переходе на скважинно-щелевой способ.

При выполнении данной работы предложены варианты схем дегазации угольных пластов с применением ОФР. Эти варианты различаются для условий вскрытия угольных пластов, проведения по ним подготовительных выработок и ведения очистных работ.

Рис. 3. Схема выполнения способа увеличения интенсивности газовыделения в дегазационные скважины при вскрьпии пластов: 1 - вскрывающая выработка; 2 - угольный пласт; 3 - дегазационная скважина, 4 - контрольные шпуры (для оценки эффективности мероприятия); 5 - границы защищаемой зоны; б - инициирующие щели; 7 - направления щелей ОФР; 13 - величина законтурной обработки

. Вскрытие угольных пластов является наилучшим условием для применения ориентированного флюидоразрыва. При любом расположении вскрывающей выработки относительно пласта возможно расположить дегазационную скважину так, чтобы из нее можно было осуществить создание более предпочтительных для флюидоразрыва радиальных инициирующих щелей (рис. 3).

В процессе внедрения скважинно-щелевого способа дегазации необходимо преодолеть определенные трудности: создать надежные технические средства - пакеры, щелеобразова-тели и др., детально освоить непростую технологию создания в угольном пласте направленных щелей, разработать методы контроля эффективности способа. Однако востребованность работ в данном направлении сомнений не вызывает.

Освоение технологии создания щелей ОФР позволит повысить оперативность выполнения дегазации, т. к. образование трещин флюидоразрыва может идти как минимум на порядок быстрее, чем бурение дегазационных скважин.

В выбранном примере рассматривалась схема создания щелей ОФР вкрест наслоения пласта. Но еще большую выгоду сулит схема с образованием щели по пласту. В этом случае выигрыш во времени будет беспрецедентным, поскольку может создаваться из скважины всего одна щель. Это технологически сложнее, т. к. потребуется решение вопроса об исключении прорыва флюида в запакерное пространство скважины и в оконтуривающие выемочный столб выработки и о закреплении щели для сохранения ее зияния после выпуска флюида.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Клишин В. И., Зыков В. С., Торгунаков Д. В. Раздел 1.9. Развитие научных основ и оценка параметров гидровоздействия на углевмещающий массив с целью повышения его газопроницаемости и газоотдачи в процессе извлечения метана из угольных пластов // Развитие ресурсосберегающих и ресурсовоспроизводящих геотехнологий комплексного освоения месторождений полезных ископаемых: Коллективная монография. - М.: ООО «Издательский дом», 2012. - С. 83-90.

2. Чернов О.И., Кю Н.Г. О флюидоразрыве породных массивов // ФТПРПИ. - 1988. - № 6. - С. 81 - 91. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Торгунаков Дмитрий Валерьевич - ведущий инженер лаборатории геодинамических явлений в шахтах ИУ СО РАН. torgunakovdv@bk.ru