CC BY
30
--------------------------------- © Ю.Г. Анпилогов, В.Н. Королева,
2005
УДК 622.2
Ю.Г. Анпилогов, В.Н. Королева
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ДЕГАЗАЦИИ УГЛЕНОСНОЙ ТОЛЩИ ЧЕРЕЗ СКВАЖИНЫ С ПОВЕРХНОСТИ НА ШАХТАХ ДОНБАССА
Я а шахтах Донбасса извлечение метана из угленосной толщи в основном было направлено на снижение газовы-деления в горные выработки выемочных участков для обеспечения эффективной добычи угля и повышения безопасности ведения горных работ.
Опытные работы по заблаговременной дегазации неразгруженных угольных пластов путем их гидрорасчленения через скважины с поверхности на полях действующих шахт Донбасса были начаты в 1961 г.
За период 1961-1973 гг. в Донецком бассейне были обработаны свиты угольных пластов на 6-и действующих шахтах через 8 скважин, охватывающих диапазон глубин от 260 до 950 м. Освоение скважин (откачка воды и газа) не проводилось или осуществлялось частично.
В течение 1973-1985 гг. на 3-х действующих шахтах (им. А.А. Скочинского, им. 9 Пятилетки и им. М.И.Калинина) проводились опытно-промышленные испытания, а в дальнейшем (1986-1991 гг.) на 6-и шахтах (им. 9 Пятилетки, им. К.И. Поченкова, № 10 бис, Коммунист, Зуевская и Красногвардейская) осуществлялась широкая промышленная проверка и внедрение способа заблаговременного снижения выбросоопасности и газоносности угольных пластов путем их гидрорасчленения через скважины с поверхности. Одним из основных требований на этом этапе работ являлось обязательное освоение скважин - откачка рабочей жидкости с последующим извлечением метана на поверхность.
В табл. 1 представлены горно-геологические характеристики угольных пластов и вмещающих пород объектов исследований.
Диапазон глубин составлял 260-1270 м, мощности угольных пластов изменялись от 0,8 до 1,9 м при газоносности 15,5-22,8 м3/т с.б.м.
В табл. 2 представлены показатели извлечения метана из неразгруженных угольных пластов после их гидродинамической обработки через скважины, пробуренные с поверхности, и последующего освоения. Гидродинамическому воздействию через одну скважину подвергали: рабочие угольные пласты (как правило, один, реже два); дополнительно 1-2 сближенных пласта, залегающих в кровле рабочих пластов; а на шахте им. А.А. Скочин-ского ввиду высокого напряженного состояния массива впервые был обработан песчаник мощностью 6 м, залегающий в основной кровле рабочего угольного пласта. На шахтах Коммунист и Зуевская обработка угольных пластов осуществлялась способом пневмогидровоздействия (закачка воды и воздуха).
Объемы закачки жидкости в рабочие угольные пласты составляли 400-9500 м3, в сближенные пласты-спутники - 100-2500 м3 при темпах нагнетания (15-65)-10-3 м3/ с.
Обработка угленосной толщи вышеназванными способами позволила повысить приемистость угольных пластов в 20-30 раз и увеличить их проницаемость на 2-3 порядка, что дало возможность извлекать шахтный метан из неразгруженного горного массива заблаговременно до его подработки (см. табл. 2). Средний объем извлечения метана из одной скважины достигал 656 тыс. м3 при сроке освоения 2-2,5 года и концентрации метана -95-99 %.
Средний дебит метана составлял 0,2-0,6 м3/мин, а максимальный достигает 2,15 м3/мин.
Средний съем метана на 1 м мощности обработанных пластов из одной скважины достигал 527-551 тыс. м3.
Средний дебит метана на 1 м мощности обработанных пластов из одной скважины составлял 0,1-0,46 м3/мин.
Как показали проведенные исследования показатели извлечения метана изменяются в широких пределах и зависят от горно-геологических условий угленосной толщи (глубины залегания и мощности пластов, коллекторских свойств массива, напряженно-деформированного состояния и т.д.), параметров гидродинамического воздействия, освоения и эксплуатации скважин.
Таблица 1
Горно-геологические характеристики угольных пластов и вмещающих пород
Шахта Характеристики разрабатываемого угольного пласта Характеристики подрабатываемых пластов и пород Глубина зоны га-
Индекс £ О р о § Угол паде-ния, град. Глубина залегания, м Марка угля Влажность, % Содержание летучих, % Природная газоносность, м3/т с.б.м. Общая мощность, м Средняя газоносность пластов, м3/т с.б.м. Средняя газоносность пород, м3/т зового вывет- ривания, м
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 її 12 13
Коммунист g2н 1,38 4 450- 500 А 3,0 3,5 20,0 38,0 18,4 2,5 120
Зуевская к5 1,05 21 400 Т 1,1 6,0 22,5 12,7 12,4 1,94 50
кз 1,4 20 385 Т 1,2 6,5 21,6 13,6 12,9 1,8 50
им. К.И. Поченкова тз 1,55 8 1000 Ж 1,2 33,7 22,8 53,1 10,5 2,0 115
№ 10 бис Ь-10’ 0,86 18 260- 350 Т 1,2 11,0 17,6 10,0 16,8 1,2 100
^0в 0,9 18 278- 368 Т 1,3 11,0 21,1 11,0 20,7 1,2 100
Красно- гвардейская Ь’ 1,25 9 970 ГЖ 2,2 32,0 19,0 17,9 17,4 0,7 110
Восточная h4 1,42 8 720 Т 2,0 11,8 22,0 46,2 19,0 0,5 110
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
им. А.Ф. Засядько тз 1,9 12 -0 91 Г, Ж 2,1 32,0 22,2 121,7 18,9 1,8 140
им. А.Г. Стаханова 1з 1,8 10 1139 Т 3,0 37,0 15,5 104,7 14,5 1,3 120
им. А.А. Ско-чинского V 1,35 12 960- ЮЗО Ж, ОС 1,0 27,1 20,0 - - - 140
им. М.И. Калинина ^0 1,3 14 620- 764 К, ОС 1,2 28,3 21,4 - - - 110
им. 9 Пятилетки 1,67 14 710- 935 ОС 1,1 18,6 19,5 - - - 105
тз 0,9 13 692- 751 ОС 1,0 19,8 22,2 - - - 105
Показатели извлечения метана из неразгруженных угольных пластов после их гидродинамической обработки через скважины, пробуренные с поверхности, и освоения
Шахта Количе- ство Средняя суммарная Средний объем из- Средняя продолжи- Дебит метана из скважин, м3/мин Содержание мета- Средний съем ме- Средний дебит ме-
скважин мощность обработа-танных пластов по скважине, м влечения метана из одной скважины, тыс. м3 тельность извлечения метана, сут. средний мак- сим. на в из-влекае-мой смеси, % тана на 1 м мощности об-рботан-ных пластов, тыс. м3 тана на 1 м мощности обработанных пластов, м3/мин
им. 9 Пятилетки 8 2,13 337,3 585 0,4 1,8 95-99 527,4 0,19
им. А.А. Ско-чинского 2 2,34 235,9 761 0,22 1,42 95-99 100,8 0,09
им. М.И. Калинина 3 1,7 436,8 1515 0,2 1,52 93-99 256,9 0,11
им. К.И. По-ченкова 1 1,55 76,0 87 0,6 1,1 95-98 49,0 0,38
№ 10 бис 3 1,19 656,3 837 0,54 2,15 93-96 551,6 0,46
Коммунист 12 1,38 108,6 145 0,52 1,26 84-95 78,7 0,38
Зуевская 7 2,45 110,2 158 0,48 1,2 86-90 44,97 0,2
Красногвар- дейская 1 1,25 69,6 125 0,39 1,1 96-98 55,7 0,31
Показатели извлечения метана из подработанного массива через дегазационные скважины, пробуренные с поверхности, с гидродинамическим воздействием на угленосную толщу
Шахта Количе- Средний объем метана, Средняя продолжитель- Дебит метана из Содержание метана в
ство извлеченного из одной ность извлечения метана скважин, м3/мин извлекаемой газовой
скважин скважины, тыс. м3 из скважины, сут. смеси, %
при само- при ва- при самоис- при ва- при са- при ва- при са- при ва-
истечении куумиро- течении куумиро- моисте- кууми- моис- кууми-
вании вании чении ровании течении ровании
Зуевская* 17 - 1642,0 - 300 - 3,8-4,7 - 42,0-88,0
Коммунист* 15 698,0 - 285 - 1,7-2,6 - 92-96 -
им. К.И.По-ченкова 1 - 865,0 - 158 - 3,8-7,0 - 86,0-95,0
№ 10 бис** 5 265,5 - 148 - 1,2-1,9 - 85-92 -
Красногвар- дейская** 1 612,0 - 396 - 1,55-2,4 - 70-85 -
им. А.Ф.За- сядько** 2 5019,0 - 601 - 5,4-11,6 - 96-98 -
Восточная** 4 - 1185,0 - 187 - 4,4-5,6 - 52,0-73,0
им. М.И.Ка- линина*** 2 400,3 - 143 - 2,25-2,99 - 88-98 -
им. А.Г.Ста-ханова**** 1 - 2900,0 - 760 - 2,6-7,0 - 58,0-63,0
им. А.Ф.За- сядько**** 2 4005,0 - 790 - 3,5-9,6 - 95-98 -
* - пневмогидровоздействие; ** - гидродинамическое воздействие; *** - гидродинамическое воздействие через переоборудованные геологоразведочные скважины; **** - вскрытие пластов, откачка воды
Показатели извлечения метана из подработанного массива через дегазационные скважины, пробуренные с поверхности, без гидродинамического воздействия на угленосную толщу
Шахта Количе- ство скважин Средний объем метана, извлеченного из одной скважины, тыс. м3 Средняя продолжительность извлечения метана из скважины, сут. Дебит метана из скважин, м3/мин Содержание метана в извлекаемой газовой смеси, %
при само-истечении при ва-куумиро-вании при самоис-течении при ва-куумиро-вании при са-моисте-чении при ва-кууми-ровании при са-моис-течении при ва-кууми-ровании
Зуевская 7 - 410,4 - 190 - 1,5-2,3 - 40,0-72,0
Коммунист 9 136,0 544,3 118 105 0,8-1,45 3,3-4,5 90-95 50,0-82,0
им. К.И. По-ченкова 3 - 230,0 - 100 - 1,6-2,9 - 80,0-90,0
№ 10 бис 4 186,6 - 216 - 0,6-1,1 - 84-93 -
им. А.Ф. Засядько 7 1086,0 - 494 - 1,53-8,2 - 95-98 -
Восточная 2 - 838,7 - 182 - 3,2-4,5 - 50,0-70,0
им. А.Г. Ста ханова 1 - 1400,0 - 442 - 2,2-4,5 - 54,0-62,0
В табл. 3 представлены показатели извлечения метана из подработанного массива через дегазационные скважины, пробуренные с поверхности, с гидродинамическим воздействием на угленосную толщу.
В данной технологической схеме дегазации предусматривалась обсадка скважины колонной труб на всю длину с последующей перфорацией и гидрообработкой в интервалах дегазируемых угольных пластов и пород. Обсадные колонны скважин перфорированы в 4-8 интервалах на расстоянии до 100-200 м от кровли разрабатываемого пласта. В режиме гидрорасчленения в скважину закачивали 60-300 м3 воды при темпе нагнетания (15-40)-10-3 м3/с. Извлечение метана до подработки скважины не проводилось.
Анализ результатов наблюдений за метановыделением в скважину после ее подработки показал, что дебиты газовой смеси в режиме самоистечения составляли 1,2-11,6 м3/мин, а съем метана составлял 266-5019 тыс. м3 за период от 148 до 790 сут. по разным скважинам. Концентрация метана в газовой смеси составляла 70-98 %. При вакуумировании средний дебит газовой смеси увеличивается, однако снижается концентрация метана (42-90 %).
В табл. 4 представлены показатели извлечения метана из подработанного массива через дегазационные скважины, пробуренные с поверхности. Технологическая схема и параметры способа разработаны на основе «Руководства по дегазации угольных шахт».
Анализ результатов наблюдений показал, что дебиты газовой смеси в режиме самоистечения составляли 0,8-8,2 м3/мин, при вакуумировании - 1,5-4,7 м3/мин, а съем метана при самоистечении составлял 136-1086 тыс. м3 за период от 118 до 494 сут. по разным скважинам. При вакуумировании - 230-1400 тыс. м3 за период от 100 до 442 сут. Концентрация метана в газовой смеси составляла 40-85 %.
Приведенные данные (см. табл. 3 и 4) показывают, что предварительное гидровоздействие на угленосную толщу через скважины с поверхности позволяет повысить дебиты и съем метана из подработанного массива.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Управление свойствами и состоянием угольных пластов с целью борьбы с основными опасностями в шахтах. В.В. Ржевский, Б.Ф. Братченко, А.С. Бурчаков, Н.В. Ножкин. - М.: Недра, 1984. - 327 с.
2. Развитие и совершенствование технологических схем заблаговременной дегазации и снижения выбросоопасности угольных пластов путем их гидрорасчленения на шахтах Донбасса. Ю.Г. Анпилогов, В.Н. Королева. - М..: Изд-во МГГУ, ГИАБ № 8, 2004. - С. 227-236.
3. Опыт извлечения метана из угленосной толщи скважинами, пробуренными с поверхности. Буханцов А.И., Галазов Р.А. - М.: Изд-во МГГУ, ГИАБ № , 200. - с. .
4. Влияние гидравлической обработки угольных пластов на их газоотдачу. А.И. Буханцов, В.А. Ольховиченко, Ю.Г. Анпилогов. - М.: Недра. Безопасность труда в промышленности. №8, 1990. - С. 26-28.
5. Провести промышленную проверку и внедрение метода заблаговременного снижения выбросоопасности и газоносности угольных пластов путем их гидрорасчленения на двух шахтах Донецкого и двух шахтах Карагандинского бассейнов с целью уточнения параметров и совершенствования технологии. Фондовые материалы МГИ. Отчет по теме ПУ-2-158, 1986. - 80 с.
6. Разработать способ заблаговременной дегазации угольных месторождений путем пневмогидровоздействия через скважины, пробуренные с поверхности. Фондовые материалы МакНИИ. Отчет 1719511000М-Ц7, 1997. - 52 с.
7. Опыт и перспективы использования угольного метана. Пучков Л.А., Кра-сюк Н.Н., Золотых С.С., Максименко Ю.М. Препринт, Изд-во МГГУ. - 49 с.
— Коротко об авторах --------------------------
Анпилогов Ю.Г. - кандидат технических наук, Королева В.Н. - доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.
