RU2129660C1

RU2129660C1 - Method of degassing coal seams

Info

Publication number: RU2129660C1
Application number: RU97113171A
Authority: RU
Inventors: О.В. Михеев; Ю.Н. Малышев; Л.А. Пучков; В.А. Дмитриев
Original assignee: Дмитриев Виктор Анатольевич
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 1999-04-27

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: method includes opening of degassed sections of coal seams with the help of holes, artificial fracturing by washing out of coal seam, formation of local hollows and caving of part of coal mass into worked-out space. To preserve filtering channels, partial filling of hollow with filtering material is performed. Holes are spaced to fully cover the zones of fracturing. Coal seam is washed out along its strike but with exclusion of extension of fracturing zone to overlaying rocks having collecting communication with atmosphere. EFFECT: higher efficiency of degassing of coal seams due to intensification of gas recovery from rock massif and increased volume of gas mined from coal deposits. 2 cl

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при дегазации угольных пластов месторождений, которые могут быть отработаны в дальнейшем традиционными способами; месторождений, которые залегают в сложных горно-геологических условиях и являются источником метана с целью его каптирования и дальнейшего потребления, а также месторождений непосредственно не связанных с добычей угля. The invention relates to mining and can be used for the degassing of coal seams of deposits that can be worked out in the future by traditional methods; deposits that occur in difficult mining and geological conditions and are a source of methane for the purpose of capturing and further consumption, as well as deposits not directly related to coal mining.

Известен способ дегазации угольных пластов, который включает вскрытие дегазируемых участков угольных пластов скважинами, обработку угольных пластов, формирование в районе скважин искусственной трещиноватости с повышением проницаемости пласта и дегазацию угольного пласта (Л.А.Пучков. Реальность промысловой добычи метана из неразгруженных угольных пластов, МГГА, М., 1966, стр.7-13). A known method of degassing coal seams, which includes opening the degassed sections of the coal seams with wells, treating the coal seams, forming artificial fractures in the region of the wells with increasing permeability of the seam and degassing the coal seam (L.A. Puchkov. The reality of commercial methane production from unloaded coal seams, MGGA , M., 1966, pp. 7-13).

Рассмотренный способ дегазации угольных пластов имеет широкую область применения на большинстве угольных месторождений, обладающих высокой газоносностью. Эффективность дегазации таких угольных пластов зависит в первую очередь от наличия естественной и создания искусственной трещиноватости массива. Создание искусственной трещиноватости в большинстве случаев осуществляют с применением технологии гидроразрыва пласта, в результате чего происходит раскрытие имеющейся сети трещин и образование новых трещин под воздействием избыточного давления жидкости, закачиваемой в пласт. The considered method for the degassing of coal seams has a wide scope in most coal deposits with high gas content. The degassing efficiency of such coal seams depends primarily on the presence of natural and the creation of artificial fracturing of the massif. The creation of artificial fracturing in most cases is carried out using hydraulic fracturing technology, as a result of which the existing network of cracks opens and new cracks form under the influence of excess pressure of the fluid injected into the formation.

Основным недостатком технологии гидроразрыва для оживления имеющейся сети природных трещин и создания новых является снижение газопроницаемости массива после снятия давления жидкости и смыкания трещин под воздействием сил горного давления после откачки из них жидкости гидроразрыва. Смыкание трещин приводит и к уменьшению площадей обнажения, через которые в основном и происходит газовыделение в каналы фильтрации, соединяющиеся с добычной скважиной. The main disadvantage of hydraulic fracturing technology for revitalizing the existing network of natural fractures and creating new ones is the reduction in gas permeability of the massif after relieving fluid pressure and closing the fractures under the influence of rock pressure after pumping hydraulic fracturing fluid from them. The closure of cracks leads to a decrease in the areas of exposure, through which mainly gas evolution occurs in the filtration channels that connect to the production well.

Наиболее эффективно дегазация происходит после подработки угольного пласта, в результате чего происходит нарушение сплошности угольного пласта с образованием сети искусственной трещиноватости и больших площадей обнажения газоносных пород и угля. Такой способ дегазации широко применяется в практике, однако, в ряде случаев он не применим из-за невозможности или нецелесообразности ведения подземных горных работ. The most effective degassing occurs after a coal seam underworking, as a result of which the continuity of the coal seam is violated with the formation of an artificial fracture network and large areas of exposure of gas-bearing rocks and coal. This method of degassing is widely used in practice, however, in some cases it is not applicable due to the impossibility or inappropriateness of conducting underground mining.

Цель изобретения - повышение эффективности способа дегазации угольных пластов за счет интенсификации газоотдачи горного массива и увеличения объема добываемого газа из угольных месторождений, которые в дальнейшем не будут отрабатываться с целью добычи угля, а также и месторождений, на которых предполагается ведение горных работ. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the method of degassing coal seams due to the intensification of gas recovery of the rock mass and increasing the volume of gas produced from coal deposits, which will not be further worked out for the purpose of coal mining, as well as deposits in which mining is supposed to be carried out.

Цель достигается тем, что в способе дегазации угольных пластов, включающем вскрытие дегазируемых участков угольного пласта скважинами, формирование в районе скважин искусственной трещиноватости с повышением проницаемости пласта и дегазацию угольного пласта, формирование искусственной трещиноватости осуществляют путем гидравлического размыва части угольного пласта с выдачей угольной пульпы на поверхность и образованием локальных полостей, обеспечивающих обрушение части угольного массива в выработанное пространство полостей и образование зоны трещиноватости за границей полости, в процессе формирования полостей осуществляют частичную закладку выработанного пространства фильтрующим материалом, расстояния между скважинами устанавливают из условия перекрытия границ зон трещиноватости от смежных полостей, направление размыва полостей устанавливают в направлении простирания пласта, а извлекаемый объем угольного пласта устанавливают из условия исключения выхода границы зоны трещиноватости в покрывающие породы, имеющие коллекторскую связь с воздушным бассейном. The goal is achieved by the fact that in the method of degassing coal seams, which includes opening the degassed sections of the coal seam with wells, forming artificial fractures in the region of the wells with increasing permeability of the seam and degassing the coal seam, forming artificial fractures by hydraulic erosion of a part of the coal seam with the release of the coal pulp to the surface and the formation of local cavities, ensuring the collapse of part of the coal mass into the worked-out space of cavities and the formation of the fracture zone beyond the boundary of the cavity, during the formation of the cavities, a partial laying of the worked-out space is carried out by filtering material, the distance between the wells is determined from the condition of overlapping the boundaries of the fracture zones from adjacent cavities, the direction of erosion of the cavities is set in the direction of the formation strike, and the extracted volume of the coal seam is set from the condition exceptions for the exit of the boundary of the fracture zone into the overlying rocks having collector connection with the air basin m.

Реализация предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема формирования искусственной трещиноватости углепородного массива для его дегазации через скважины с поверхности (вертикальный разрез); на фиг.2 - порядок формирования локальных полостей (разрез по А-А). The implementation of the proposed method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of the formation of artificial fracturing carbonaceous massif for its degassing through wells from the surface (vertical section); figure 2 - the order of formation of local cavities (section aa).

С поверхности месторождения бурят скважины 1 и вскрывают угольный пласт 2. При горизонтальном залегании угольного пласта 2 скважину 1 бурят до почвы пласта; в случае наклонных и крутых пластов глубина бурения устанавливается по условию подработки высокогазоносных и низкопроницаемых участков угольного пласта. В скважине 1 монтируют гидродобычной агрегат, содержащий в нижней части гидромонитор и выдачное устройство, например гидроэлеватор, и осуществляют размыв угольного пласта с выдачей угольной пульпы на поверхность. В результате размыва и выдачи угля на поверхность в массиве формируют полость 3. Горизонтальный размер R полости 3 устанавливают из условия максимальной размывающей способности струи гидромонитора. Это условие выполняется в полной мере, если направление размыва задают по простиранию пласта. Для сохранения необходимой устойчивости обнажения кровли полость формируют последовательным размывом лучевых врубов 4 с оставлением между ними временных целиков 5. В процессе размыва и формирования полости 3 осуществляют ее частичную закладку фильтрующим материалом 6, например крупнозернистым кварцевым песком. На заключительном этапе формирования полости 3 размывают временные целики 5 и производят управляемое обрушение вышележащего массива над сформированной полостью 3. В процессе обрушения массива в полость 3 происходит разуплотнение обрушенного угля и покрывающих пород 7 с образованием зоны трещиноватости 8. Боковые границы 9 зоны трещиноватости 8, распространяясь в стороны от полости 3, принимают пространственное положение в соответствии с закономерностью образования углов сдвижения α и β угольного пласта 2 и покрывающих пород 7. Местоположение горизонтальной границы 10 зоны трещиноватости 8 в покрывающих породах 7 определяется вынимаемой мощностью угля из полости 3 (см. Слесарев В. Д. Управление горным давлением при разработке угольных пластов Донецкого бассейна. Углетехиздат, 1952 г.) и может быть рассчитано по формуле

где H - мощность покрывающих пород, где произойдет подбучивание вышележащего массива, м;
h - вынимаемая часть мощности угольного пласта, м;
m - мощность угольного пласта, м;
K_р.у - коэффициент разрыхления угля, доли единиц;
K_р.п - коэффициент разрыхления покрывающих пород, доли единиц;
Образование зон трещиноватостей 8 вокруг локальных полостей 3 повышает газопроницаемость и коллекторские свойства угольного пласта 2. Для достижения цели изобретения, т.е. повышения эффективности дегазации за счет интенсификации газоотдачи и увеличения объема добываемого газа расстояние между скважинами 1 устанавливают не большим, чем двойное расстояние распространения в горизонтальном направлении границы 9 зоны трещиноватости 8 от скважины 1. В этом случае обеспечивается перекрытие зон трещиноватости 8 от смежных скважин и таким образом создается единая коллекторская система между крайними скважинами.Wells 1 are drilled from the surface of the field and a coal seam 2 is opened. With a horizontal bed of coal seam 2, well 1 is drilled to the seam soil; in the case of inclined and steep seams, the drilling depth is set by the condition of the undermining of high-gas and low-permeability sections of the coal seam. In the well 1, a hydraulic production unit is mounted containing a hydraulic monitor and a dispensing device, for example a hydraulic elevator in the lower part, and the coal seam is washed out and the coal pulp is delivered to the surface. As a result of the erosion and delivery of coal to the surface, a cavity 3 is formed in the array. The horizontal dimension R of the cavity 3 is set from the condition of maximum erosion ability of the jet of the jet monitor. This condition is fully satisfied if the erosion direction is set along the strike of the formation. To maintain the necessary stability of the outcrop of the roof, the cavity is formed by successive washing of the beam cuts 4 with the temporary pillars 5 left between them. In the process of washing and forming the cavity 3, it is partially filled with filtering material 6, for example, coarse quartz sand. At the final stage of the formation of the cavity 3, the temporary pillars 5 are eroded and a controlled collapse of the overlying massif is produced over the formed cavity 3. In the process of the massif collapse into the cavity 3, the collapsed coal and covering rocks 7 are decompressed to form a fracture zone 8. Lateral boundaries 9 of the fracture zone 8, propagating away from the cavity 3, take a spatial position in accordance with the pattern of formation of the angles of movement α and β of the coal seam 2 and the overlying rocks 7. Location the horizontal boundary 10 of the fracture zone 8 in the overburden 7 is determined by the removable thickness of the coal from the cavity 3 (see. V. Slesarev. Management of rock pressure in the development of coal seams of the Donetsk basin. Ugletekhizdat, 1952) and can be calculated by the formula

where H is the thickness of the overburden, where the overburden of the overlying mass occurs, m;
h is the removable part of the coal seam capacity, m;
m is the thickness of the coal seam, m;
K _r.u - coefficient of loosening of coal, fraction of units;
K _rp - coefficient of loosening of covering rocks, fractions of units;
The formation of fracture zones 8 around the local cavities 3 increases the gas permeability and reservoir properties of the coal seam 2. To achieve the objective of the invention, i.e. to increase the degassing efficiency due to the intensification of gas recovery and increase the volume of produced gas, the distance between the wells 1 is set no greater than the double propagation distance in the horizontal direction of the boundary 9 of the fracture zone 8 from the well 1. In this case, the overlap of the fracture zones 8 from adjacent wells is ensured and thus creating a single reservoir system between the extreme wells.

В ряде случаев покрывающие породы 7 обладают низкой проницаемостью и тем самым, являясь природным изолятором, предотвращают утечки газа из угольного пласта 2 и способствуют аккумуляции его в границах почвы и кровли. Нарушение целостности покрывающих пород 7 за счет их обрушения в свободное пространство полости 3 и образования системы трещин может привести к связи газоносного горизонта с воздушным бассейном по каналам фильтрации, образованным в результате извлечения необоснованно большой вынимаемой части мощности угольного пласта 2. Это приведет не только к потерям газа на отрабатываемых площадях за счет его естественной утечки по вновь образованным каналам в покрывающем массиве 7, но и снизит качество извлекаемого газа из-за подсоса воздуха в процессе промышленной добычи. In some cases, overburden rocks 7 have low permeability and, thus, being a natural insulator, prevent gas leakage from coal seam 2 and contribute to its accumulation within the boundaries of the soil and roof. Violation of the integrity of the overburden 7 due to their collapse into the free space of the cavity 3 and the formation of a system of cracks can lead to the connection of the gas-bearing horizon with the air basin through the filtration channels formed as a result of the extraction of an unreasonably large removable part of the thickness of the coal seam 2. This will not only lead to losses gas in the developed areas due to its natural leakage through the newly formed channels in the overburden 7, but will also reduce the quality of the extracted gas due to air leakage in percent CCE industrial production.

Для предотвращения этого вынимаемую часть мощности угольного пласта устанавливают такой, чтобы горизонтальная граница 10 зоны трещиноватости 8 не достигала границы 11 в покрывающих породах, за которой расположены покрывающие породы, имеющие коллекторскую связь с воздушным бассейном. Осуществление закладки фильтрующим материалом части выработанного пространства полостей 3 осуществляют как в процессе формирования полостей 3, так и в процессе обрушения вышележащей части угольного пласта 2 и прилегающих к кровле покрывающих пород 7. Выполнение этой операции гарантирует длительное сохранение части каналов фильтрации, которые образуются в процессе хаотического обрушения прилегающего к полости 3 горного массива 7. Заполненная фильтрующим материалом часть нарушенного горного массива предотвращает смыкание обрушенного массива и тем самым сохраняет каналы фильтрации движения газа к забойной части откачной скважины и одновременно является накопителем газа в период подготовительных работ к дегазации угольного пласта. To prevent this, the removable part of the coal seam thickness is set such that the horizontal boundary 10 of the fracture zone 8 does not reach the boundary 11 in the overburden, beyond which the overburden is located, which have a collector connection with the air basin. The implementation of laying the filter material of the part of the worked-out space of the cavities 3 is carried out both during the formation of the cavities 3 and during the collapse of the overlying part of the coal seam 2 and the overburden adjacent to the roof 7. This operation ensures the long-term preservation of some of the filtration channels that are formed during the chaotic collapse of a mountain range adjacent to cavity 3 7. A portion of the disturbed mountain mass filled with filtering material prevents the collapse of the collapsed assiva and thereby retains Channels gas filtration motion to the downhole portion of the exhaust hole and simultaneously a gas storage during the preparatory work for degassing the coal seam.

Применение данного способа для дегазации угольных пластов значительно повысит эффективность извлечения газа на газоносных месторождениях за счет увеличения проницаемости массива и длительного сохранения каналов фильтрации с одновременным повышением газоотдачи обработанного угольного массива. The use of this method for the degassing of coal seams will significantly increase the efficiency of gas extraction in gas-bearing deposits by increasing the permeability of the array and the long-term preservation of the filtration channels while increasing the gas recovery of the treated coal mass.

Claims

The method of degassing coal seams, including opening the degassed sections of the coal seam with wells, forming artificial fractures in the region of the wells with increasing permeability of the seam and degassing the coal seam, characterized in that the formation of artificial fracturing is carried out by hydraulic erosion of a part of the coal seam with the release of the coal pulp to the surface and formation local cavities, ensuring the collapse of part of the coal mass into the worked out space of the cavities and the the fracture zones beyond the boundary of the cavity, during the formation of the cavities, a partial laying of the worked-out space is carried out by filtering material, the distances between the wells are determined from the condition that the boundaries of the fracture zones from adjacent cavities overlap, the direction of erosion of the cavities is set in the direction of the formation strike, and the extracted volume of the coal seam is set from the condition exceptions for the exit of the boundary of the fracture zone to the overlying rocks having a collector connection with the air basin.