RU2062883C1

RU2062883C1 - Process of outgassing of coal seam

Info

Publication number: RU2062883C1
Application number: RU93007641A
Authority: RU
Inventors: Ф.С. Клебанов; В.Ж. Аренс; Ю.Л. Худин
Original assignee: Институт горного дела им.А.А.Скочинского
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1993-02-08
Publication date: 1996-06-27

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: invention can be used to control gas while working coal seams. Boreholes are drilled in mass of coal and are made gas-tight. Amount of gas escaping in natural way is brought to stoichiometric concentration. Formed explosive mixture is initiated by means of filament spiral. After explosion of mixture gas starts escape actively through formed system of cracks. EFFECT: increased operational efficiency of process. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с газом при разработке угольных пластов. The invention relates to the mining industry and can be used to combat gas in the development of coal seams.

Известен способ дегазации угольных пластов и выработанного пространства, заключающийся в том, что используют внутрипластовый взрыв газовых смесей, содержащих природный метан для образования трещиноватости (Научные сообщения ИГД им. Скочинского, 1981, с. 55-57). There is a method of degassing coal seams and the mined-out space, which consists in using an in-situ explosion of gas mixtures containing natural methane to form fractures (Scientific Communications of the Skochinsky Institute of Geology, 1981, pp. 55-57).

Известен также способ дегазации угольных пластов и выработанного пространства, заключающийся в том, что впереди очистного забоя бурится скважина, вокруг которой в верхней части зоны трещин создается путем взрывания относительно небольших зарядов взрывчатых веществ дополнительная сеть трещин. Скважины бурят раздельно в зону трещин и выше зоны трещин. Затем скважины герметизируют и подключают к отсасывающему трубопроводу / а.с. СССР N 1691540, кл. E 21 F 7/00, 1989/. There is also a method of degassing coal seams and mined-out space, which consists in the fact that a well is drilled ahead of the face, around which an additional network of cracks is created by blasting relatively small explosive charges in the upper part of the crack zone. Wells are drilled separately into the fracture zone and above the fracture zone. Then the wells are sealed and connected to the suction pipe / a.s. USSR N 1691540, class E 21 F 7/00, 1989 /.

В известном способе для взрывания скважин используют заряды (традиционных химических) ВВ. Применение химических ВВ в шахте связано с определенной опасностью как при хранении и транспортировке ВВ, так и в процессе взрывания. Кроме того, при использовании традиционных ВВ взрыв воздействует, в основном, на часть скважины, где размещен заряд ВВ. In the known method for blasting the holes using charges (traditional chemical) EXPLOSIVES. The use of chemical explosives in a mine is associated with a certain danger both during storage and transportation of explosives, and in the process of blasting. In addition, when using traditional explosives, the explosion mainly affects the part of the well where the explosive charge is located.

В предлагаемом способе в качестве ВВ используется не твердое вещество, а газообразная взрывчатая смесь, которая полностью занимает весь объем скважины и примыкающий к ней трещиновато-пористый массив угля, что приведет к более равномерному и эффективному воздействию взрыва на массив и, таким образом, к повышению интенсивности газоотдачи. In the proposed method, not a solid substance is used as an explosive, but a gaseous explosive mixture, which completely occupies the entire volume of the well and the adjacent fractured-porous coal mass, which will lead to a more uniform and effective effect of the explosion on the mass and, therefore, to increase gas recovery rates.

Отказ от применения традиционных ВВ позволяет упростить проведение взрывных работ и повысить безопасность. The rejection of the use of traditional explosives can simplify blasting operations and increase safety.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе, включающем бурение скважины в пласт, ее взрывание для создания в массиве угля вокруг скважин дополнительной сети трещин, герметизацию скважины и подключение ее к отсасывающему трубопроводу, скважину по окончании бурения герметизируют, доводят количество естественно выделяющегося газа в объеме скважины до стехиометрической концентрации, после чего образовавшуюся взрывчатую газовоздушную смесь взрывают. The essence of the invention lies in the fact that in the method, including drilling a well into the formation, blasting it to create an additional network of cracks in the coal mass around the wells, sealing the well and connecting it to the suction pipe, the well is sealed at the end of drilling, the amount of naturally released gas is brought into the volume of the well to a stoichiometric concentration, after which the resulting explosive gas-air mixture is blown up.

Для получения максимальной энергии взрыва концентрацию газа в объеме скважины доводят до 9,5-12,3 об. To obtain maximum explosion energy, the gas concentration in the well volume is adjusted to 9.5-12.3 vol.

Регулирование состава газовоздушной смеси в объеме скважины осуществляют путем подачи в нее сжатого воздуха через одно из отверстий, выполненных в герметизаторе, и выпуска через другое отверстие избытка газовоздушной смеси с одновременным отбором пробы для газового анализа. The composition of the gas-air mixture in the volume of the well is controlled by supplying compressed air to it through one of the holes made in the sealant, and discharging through the other hole excess gas-air mixture with simultaneous sampling for gas analysis.

Для минимизации времени между окончанием процесса образования в скважине взрывчатой газовоздушной смеси и моментом ее взрывания отверстия герметизатора перед взрыванием газовоздушной смеси перекрывают пробками. To minimize the time between the end of the process of formation of an explosive gas-air mixture in a well and the moment of its explosion, the openings of the sealant are blocked with plugs before the gas-air mixture is blown up.

Инициирование взрывчатой газовоздушной смеси осуществляют с помощью спирали накаливания. The initiation of an explosive gas mixture is carried out using an incandescent spiral.

В заявляемом способе в качестве ВВ используют взрывчатую метановоздушную смесь, образующуюся в результате естественного выделения в скважину метана из угольного пласта и регулирования состава смеси с целью доведения концентрации метана до величины 9,5-12,3 об. обеспечивающей протекание стехиометрической реакции взрыва. In the inventive method, an explosive methane-air mixture is used as a result of the natural extraction of methane from the coal seam into the well and regulation of the composition of the mixture in order to bring the methane concentration to 9.5-12.3 vol. providing the course of the stoichiometric explosion reaction.

Сущность способа поясняется чертежом. The essence of the method is illustrated in the drawing.

В пласт угля бурят скважину 1, герметизируют с помощью герметизатора 2 с двумя отверстиями. В одно из отверстий вставляют трубку 3 длиной 30-40 м, а во второе отверстие трубку 4. По трубке 3 в скважину подают воздух из баллона сжатого воздуха 5, по трубке 4 производят выпуск избытка газовоздушной смеси и отбор проб для газового анализа. После достижения в объеме скважины концентрации метана 2-3% трубки 3 и 4 извлекаются из скважины, отверстие 4 закрывается глухой пробкой, а отверстие 3 пробкой, в которую вставлен наконечник со спиралью накаливания, соединенный с источником тока (аккумуляторной батареей и т.п.). Well 1 is drilled into a coal seam, sealed with a sealant 2 with two holes. A tube 3 is inserted into one of the holes 30–40 m long, and a tube 4 is inserted into the second hole. Air is supplied from the compressed air cylinder 5 through the tube 3 to the well; excess gas mixture is discharged through the tube 4 and samples are taken for gas analysis. After reaching a methane concentration of 2-3% in the volume of the well, tubes 3 and 4 are removed from the well, hole 4 is closed with a blank plug, and hole 3 is a plug, into which a tip with an incandescent spiral is inserted, connected to a current source (battery, etc.) )

Через 3-4 мин после герметизации скважины подают ток на спираль и таким образом инициируют метановоздушную смесь, вызывая ее взрыв. 3-4 minutes after the sealing of the well, a current is supplied to the spiral and in this way the methane-air mixture is initiated, causing it to burst.

После взрыва образуется дополнительная сеть трещин вокруг скважины, через которые газ начинает интенсивно выделяться в скважину и затем отсасывается через дегазационный трубопровод. After the explosion, an additional network of cracks forms around the well, through which gas begins to be intensively released into the well and then sucked out through the degassing pipeline.

Герметизатор 1 выполнен из взрывоустойчивого материала, что позволяет использовать его в качестве запыжовки устья скважины после перекрытия в нем отверстий. Это обеспечивает необходимую минимизацию времени между окончанием процесса образования в скважине взрывчатой газовоздушной смеси и моментом ее взрывания. The sealant 1 is made of explosion-proof material, which makes it possible to use it as a bushing of the wellhead after closing the holes in it. This provides the necessary minimization of the time between the end of the formation of an explosive gas-air mixture in the well and the moment of its explosion.

Стехиометрическая реакция метановоздушной смеси может быть описана одним из следующих уравнений:
CH₄+2O₂__→ CO₂+2H₂O (1)
2CH₄+3O₂__→ 2CO+4H₂O (2)
3CH₄+5O₂___→ CO₂+2CO+6H₂O (3)
Реакции (1) соответствует стехиометрическая метановоздушная смесь состава:
CH₄ 9,5 об.The stoichiometric reaction of a methane-air mixture can be described by one of the following equations:
CH ₄ + 2O ₂ __ → CO ₂ + 2H ₂ O (1)
2CH ₄ + 3O ₂ __ → 2CO + 4H ₂ O (2)
3CH ₄ + 5O ₂ ___ → CO ₂ + 2CO + 6H ₂ O (3)
Reaction (1) corresponds to a stoichiometric methane-air mixture composition:
CH ₄ 9.5 vol.

O₂ 19,0 об.O ₂ 19.0 vol.

N₂ 71,5 об.N ₂ 71.5 vol.

Реакции (2) соответствует состав смеси:
CH₄ 12,3 об.Reaction (2) corresponds to the composition of the mixture:
CH ₄ 12.3 vol.

O₂ 18,4 об.O ₂ 18.4 vol.

N₂ 69,3 об.N ₂ 69.3 vol.

Реакции (3) соответствует состав смеси:
CH₄ 11,2 об.Reaction (3) corresponds to the composition of the mixture:
CH ₄ 11.2 vol.

O₂ 18,65 об.O ₂ 18.65 vol.

N₂ 70,15 об.N _2, 70.15 vol.

Удельная энергия взрыва метановоздушной смеси определяется по формуле:
A_уд = CγQ, ккал/м³ (4)
где C концентрация газа в смеси (объемные доли);
γ 0,665 кг/м³- удельный вес метана;
Q примерно равно 12000 ккал/кг теплота сгорания метана.The specific explosion energy of a methane-air mixture is determined by the formula:
A _beats = CγQ, kcal / m ³ (4)
where C is the concentration of gas in the mixture (volume fractions);
γ 0.665 kg / m ³ - specific gravity of methane;
Q is approximately equal to 12000 kcal / kg calorific value of methane.

Подставляя значения g и Q в формулу (4), получаем
A_уд примерно равно 8000•C, ккал/кг (5) или в кВт•ч:

В соответствии с выражением (6) удельная энергия взрыва метановоздушной смеси разного состава имеет следующие величины:
При С=9,5% А_уд=0,88 кВт•ч/м³
При С=11,2% А_уд=1,04 кВт•ч/м³
При С=12,3% А_уд=1,14 кВт•ч/м³
Этим величинам соответствуют удельные мощности взрыва:
N 9,5% примерно равно 30000 кВт/м³
N 11,2% примерно равно 35000 кВт/м³
N 12,3% примерно равно 39000 кВт/м³
В скважине диаметром 100 мм и длиной 100 мм при взрыве метановоздушной смеси будет реализована мощность 28000-30000 кВт.Substituting the values of g and Q in the formula (4), we obtain
A _{beats is} approximately equal to 8000 • C, kcal / kg (5) or in kW • h:

In accordance with expression (6), the specific explosion energy of a methane-air mixture of different composition has the following values:
When C = 9.5% A _beats = 0.88 kW • h / m ³
When C = 11.2% A _beats = 1.04 kW • h / m ³
When C = 12.3% A _beats = 1.14 kW • h / m ³
The specific power of the explosion corresponds to these values:
N 9.5% is approximately equal to 30,000 kW / m ³
N 11.2% is approximately equal to 35,000 kW / m ³
N 12.3% is approximately equal to 39000 kW / m ³
In a borehole with a diameter of 100 mm and a length of 100 mm, when the methane-air mixture explodes, a power of 28,000-30000 kW will be realized.

Следовательно, газовоздушная смесь с концентрацией 9,5-12,3% обладает наибольшей энергией взрыва. Взрывание газовоздушной смеси позволяет повысить равномерность воздействия на внутреннюю поверхность скважины. Одновременно повышается безопасность работ. Therefore, a gas-air mixture with a concentration of 9.5-12.3% has the highest explosion energy. Exploding an air-gas mixture improves the uniformity of impact on the inner surface of the well. At the same time, work safety is enhanced.

Claims

1. A method of degassing a coal seam, including drilling a well into the seam, sealing the wellhead and connecting it to the suction pipe, blasting the prepared explosive mixture in the well volume, characterized in that the well is sealed after drilling is completed, the amount of gas naturally released from coal in the volume is adjusted wells to a stoichiometric concentration, after which the resulting explosive gas-air mixture is blown up.

2. The method according to claim 1, characterized in that the maximum explosion energy is obtained by adjusting the gas concentration in the well volume to 9.5-12.3 vol.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the composition of the gas-air mixture in the well volume is regulated by supplying to the well through one of the holes made in the sealant, compressed air and discharging through the other hole an excess of the gas-air mixture when controlling the composition of the mixture and determine moment corresponding to explosive methane concentration.

4. The method according to claims 1 and 3, characterized in that before blasting the gas-air mixture, the openings of the sealant are closed with plugs.

5. The method according to p. 1, characterized in that the initiation of an explosive gas mixture is carried out using an incandescent spiral.