RU2392442C1

RU2392442C1 - Method for degasation of coal bed being developed

Info

Publication number: RU2392442C1
Application number: RU2008142601/03A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Яковлевич Полевщиков (RU); Геннадий Яковлевич Полевщиков; Елена Николаевна Козырева (RU); Елена Николаевна Козырева; Максим Валериевич Шинкевич (RU); Максим Валериевич Шинкевич
Original assignee: Институт угля и углехимии Сибирского отделения Российской Академии Наук (ИУУ СО РАН)
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2010-06-20
Also published as: RU2008142601A

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention relates to mining, in particular - to safety engineering during underground development of gas-bearing coal beds with stretching poles with complete roof collapse and may be used for reduction of the production face methane-bearing capacity. The invention effect consists in improved degasation efficiency due to maintenance of the degasation well cross section and throughput capacity as well as their sealing reliability increase. The proposed degasation method involves drilling wells across the roof rock parallel to the production face at a distance of 1-2 m from the coal bed, the spacing between them equal to 0.1-0.2 of the production face length. The degasation wells are sealed in rock and connected to the degasation pipeline. In case of insufficiency of the wells connection to the bed with the help of natural and technogenic cracks using, for example explosion, one additionally creates artificial fissuring. The proposed method is based on usage of the effect of periodical partial unloading of the bed and its immediate roof before the production face during its excavation with a long production face.

EFFECT: method ensures efficient degasation of the bed due to wells positioned in the roof rock and reduction of their sealing and maintenance costs.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу, а именно к технике безопасности при подземной разработке газоносных угольных пластов длинными столбами по простиранию с полным обрушением кровли, и может быть использовано для снижения метанообильности очистного забоя.The invention relates to mining, and in particular, to safety during underground mining of gas-bearing coal seams with long columns along strike along with complete collapse of the roof, and can be used to reduce methane mobility of the working face.

Известен способ дегазации отрабатываемого угольного пласта, заключающийся в том, что из подготовительных выработок по пласту угля проводят параллельные очистному забою и недобуриваемые до противоположной выработки скважины для отсоса газа, которые подключают к газопроводу (а.с. СССР №1278468, кл. E21F 7/00, заявлено 1.08.1984 г., опубликовано в 1986 г., БИ №47).There is a method of degassing a coal seam, which consists in the fact that from the preparatory workings in the coal seam are parallel to the working face and are not drilled to the opposite production wells for gas suction, which are connected to the gas pipeline (AS USSR No. 1278468, class E21F 7 / 00, claimed 1.08.1984, published in 1986, BI No. 47).

Основным недостатком известного способа дегазации является его низкая эффективность вследствие "затекания" скважин в результате деформирования их стенок и приконтурной части пласта в период вхождения в зону разгрузки пласта от горного давления впереди движущегося забоя. Кроме того, дегазационные скважины имеют низкий дебит, так как основное время они находятся за пределами этой зоны, что требует длительного времени дегазации.The main disadvantage of the known method of degassing is its low efficiency due to the "leakage" of the wells as a result of deformation of their walls and the contour of the formation during the period of entry into the unloading zone of the formation from rock pressure in front of the moving face. In addition, degassing wells have a low flow rate, since most of the time they are outside this zone, which requires a long degassing time.

Известен способ дегазации отрабатываемого угольного пласта с использованием параллельных или перекрещивающихся скважин, заключающийся в создании в дегазационных скважинах высокопористых растресканных цилиндров (а.с. СССР №1583635, кл. E21F 7/00, заявлено 24.12.1987 г., опубликовано в 1990 г., БИ №29). Состав при затвердевании растрескивается и является коллектором газа. При подходе очистного забоя к скважине высокопористый цилиндр дополнительно подвергается воздействию повышенных нагрузок и в нем активизируется рост сквозных газоотводящих трещин. Дегазационные скважины в зоне опорного давления сохраняют устойчивость, и появляется возможность создания в них требуемого разрежения. Основными недостатками известного способа дегазации являются высокая стоимость создания сети дегазационных скважин и невысокая ее эффективность в связи с заполнением скважин материалом. К тому же обеспечить надежность герметизации устья пробуренных по углю пластовых скважин крайне сложно, а применение для этих целей, как правило, металлических труб связано со значительными трудностями при выемке угля комбайном.There is a method of degassing a coal seam using parallel or intersecting wells, which consists in creating highly porous cracked cylinders in degassing wells (AS USSR No. 1583635, class E21F 7/00, announced December 24, 1987, published in 1990 , BI No. 29). The composition hardens upon solidification and is a gas reservoir. When the stope approaches the well, the highly porous cylinder is additionally exposed to increased loads and the growth of through exhaust pipes is activated in it. Degassing wells in the zone of reference pressure remain stable, and it becomes possible to create the required vacuum in them. The main disadvantages of this method of degassing are the high cost of creating a network of degassing wells and its low efficiency in connection with filling the wells with material. In addition, it is extremely difficult to ensure the reliability of sealing the mouth of coal-drilled formation wells, and the use of metal pipes for these purposes, as a rule, is associated with significant difficulties in the extraction of coal by a combine.

В качестве прототипа принят способ дегазации угольного пласта, включающий бурение скважин из подготовительной выработки параллельно линии очистного забоя на контакте угольного пласта с кровлей в зоне максимума опорного давления и заполнение их полимером с пределом прочности на сжатие, равным пределу прочности на сжатие ненарушенного угля, при этом расстояние между скважинами принимают равным шагу обрушения кровли (а.с. СССР №1163003, кл. E21F 5/00, заявлено 05.03.1984 г., опубликовано в 1985 г., БИ №23). По мнению авторов, размещение скважин по угольному пласту на контакте его с кровлей в зоне опорного давления и заполнение их полимером с заданным пределом прочности позволит уменьшить давление на нижележащую часть угольного пласта и обеспечит выделение из нее метана. К недостаткам известного способа дегазации следует отнести высокую его стоимость, связанную с подбором полимера и закачкой его в скважины, и сложность герметизации устьев скважин при создании в них необходимого вакуума в зоне контакта слоев пород, что отрицательно влияет на его эффективность. Кроме того, бурение скважины по контакту пласта с кровлей приводят к "отражению" скважины от более прочного материала (кровли) и отклонению ее в пласт.As a prototype, a method of degassing a coal seam was adopted, including drilling wells from a preparatory development parallel to the face line at the contact of the coal seam with the roof in the zone of maximum reference pressure and filling them with polymer with a compressive strength equal to the compressive strength of undisturbed coal, while the distance between the wells is taken equal to the step of the collapse of the roof (USSR AS No. 1163003, class E21F 5/00, announced March 5, 1984, published in 1985, BI No. 23). According to the authors, the placement of wells in a coal seam at its contact with the roof in the zone of reference pressure and filling them with polymer with a given tensile strength will reduce the pressure on the underlying part of the coal seam and ensure the release of methane from it. The disadvantages of the known method of degassing include its high cost associated with the selection of the polymer and pumping it into the wells, and the difficulty of sealing the wellheads when creating the necessary vacuum in the contact zone of the rock layers, which negatively affects its effectiveness. In addition, drilling a well at the contact of the formation with the roof leads to a "reflection" of the well from a more durable material (roof) and its deviation into the formation.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности дегазации за счет сохранения дегазационными скважинами сечения и пропускной способности, а также повышенная надежность их герметизации.The technical result of the invention is to increase the efficiency of degassing due to the preservation of section and throughput by degassing wells, as well as the increased reliability of their sealing.

Предложен способ дегазации отрабатываемого газоносного пласта, включающий бурение из подготовительной выработки впереди очистного забоя параллельных ему дегазационных скважин, герметизацию их и подключение к дегазационному трубопроводу.A method for the degassing of an exhausted gas-bearing formation is proposed, including drilling from a preparatory mine ahead of a face of parallel degassing wells, sealing them and connecting them to a degassing pipeline.

Отличием является то, что дегазационные скважины бурят по породам кровли на расстоянии от угольного пласта, равном 1÷2 м.The difference is that degassing wells are drilled along the roof rocks at a distance of 1 ÷ 2 m from the coal seam.

Отличием является также то, что дегазационные скважины бурят на расстоянии друг от друга, равном 0,1÷0,2 длины очистного забоя.The difference is also that degassing wells are drilled at a distance from each other, equal to 0.1 ÷ 0.2 length of the working face.

Следующим отличием является то, что дегазационные скважины соединяют с пластом системой искусственных трещин.Another difference is that degassing wells are connected to the formation by a system of artificial fractures.

Исследованиями установлено, что при отработке высокогазоносных угольных пластов длинными очистными забоями с полным обрушением кровли при подходе забоя к скважине на расстояние, близкое половине его длины, дебит метана из скважины увеличивается в 3-5 раз. На этом расстоянии, как установлено исследованиями, начинается зона переменного горного давления, что формирует техногенные трещины в кровле пласта, инициирует выделение метана из блоков угля и раскрывает межблоковые трещины. При газоносности пласта выше сорбционной способности угля возникает повышенное давление свободного газа, приводящее даже к эффекту перетока части метана из пласта в выработанное пространство через породы кровли, минуя призабойное пространство. Каптаж выделяющегося из угольного пласта метана скважинами осуществляется через природные и техногенные трещины в непосредственной кровле, развивающиеся в результате переменных напряжений в зоне разгрузки опережающей забой. Размещение дегазационных скважин в кровле на расстоянии 1÷2 м от пласта позволяет перехватить этот поток метана и отвести его в дегазационный трубопровод. Размещение скважин в породе позволяет с высокой надежностью обеспечить их герметизацию и создать необходимый вакуум. Расположение скважин над угольным пластом на высоте более 2 м снижает вероятность встречи их с техногенными трещинам, выходящими на пласт, а при высоте менее 1 м возможно "отражение" скважины в сторону пласта и снижение эффективности дегазации. При слабом развитии природной и техногенной трещиноватости пород возможно проведение через скважины гидроразрыва по известным схемам с целью создания дополнительной искусственной трещиноватости пород кровли.Studies have established that when mining high-gas-bearing coal seams with long treatment faces with a complete collapse of the roof when the bottom faces the well at a distance close to half its length, methane production from the well increases by 3-5 times. At this distance, as established by studies, a zone of variable rock pressure begins, which forms technogenic cracks in the top of the bed, initiates the release of methane from coal blocks and opens interblock cracks. When the gas content of the formation is higher than the sorption capacity of coal, an increased pressure of free gas occurs, which even leads to the effect of the flow of a part of methane from the formation into the developed space through the roof rocks, bypassing the bottomhole space. Capturing of methane released from the coal seam by wells is carried out through natural and man-made cracks in the immediate roof, which develop as a result of alternating stresses in the discharge zone of the leading face. The placement of degassing wells in the roof at a distance of 1 ÷ 2 m from the reservoir allows you to intercept this flow of methane and divert it to the degassing pipeline. The placement of wells in the rock allows with high reliability to ensure their sealing and create the necessary vacuum. The location of the wells above the coal seam at a height of more than 2 m reduces the likelihood of encountering them with man-made cracks extending to the seam, and at a height of less than 1 m, it is possible to "reflect" the well towards the seam and reduce the degassing efficiency. With a weak development of natural and man-made fracturing of rocks, hydraulic fracturing through wells can be carried out according to well-known schemes with the aim of creating additional artificial fracturing of roof rocks.

Расстояние между дегазационными скважинами принято 0,1÷0,2 длины очистного забоя и связанно с размером зоны периодической разгрузки пласта впереди движущегося забоя. При расстоянии, меньшем 0,1 длины очистного забоя, объем буровых работ не рационально завышается, при расстоянии, большем 0,2 длины очистного забоя, способ не достаточно эффективен.The distance between the degassing wells adopted 0.1 ÷ 0.2 length of the working face and is associated with the size of the zone of periodic unloading of the formation in front of the moving face. At a distance less than 0.1 of the length of the working face, the volume of drilling operations is not rationally overestimated, at a distance greater than 0.2 of the length of the working face, the method is not sufficiently effective.

Сущность изобретения поясняется примером его выполнения и чертежами, где на фиг.1 показан выемочный участок в плане, а на фиг.2 - разрез по I-I на фиг.1.The invention is illustrated by an example of its implementation and the drawings, in which Fig. 1 shows a excavation section in plan, and in Fig. 2 is a section along I-I in Fig. 1.

Для осуществления способа на расстоянии 1,0÷2,0 м от угольного пласта 1 в его кровле бурят параллельно очистному забою 2 и впереди его дегазационные скважины 3. До контура штрека 4 скважины не добуривают около 20 м, производят герметизацию их устья и подключение к дегазационному трубопроводу 5. До подхода очистного забоя 2 к скважинам каптаж метана из угольного пласта 1 происходит через природные (искусственные) трещины 6 в кровле. При подходе очистного забоя к скважинам на расстояние менее 0,5 длины лавы (L) начинается каптаж метана, интенсивно выделяющегося из пласта 1, вследствие его частичной разгрузки (эпюра 7) от горного давления (γН), и поступающего в скважины через природные (искусственные) и техногенные трещины в кровле, подверженной переменному горному давлению в этой зоне.To implement the method at a distance of 1.0 ÷ 2.0 m from the coal seam 1 in its roof, they are drilled parallel to the working face 2 and in front of it are degassing wells 3. Before the drift circuit 4, the wells are not drilled for about 20 m, their mouth is sealed and connected to degassing pipeline 5. Prior to the stope 2 approaching the wells, methane capture from coal seam 1 occurs through natural (artificial) cracks 6 in the roof. When the working face approaches the wells at a distance of less than 0.5 lava length (L), methane capture begins, which is intensively released from the formation 1, due to its partial discharge (plot 7) from the rock pressure (γH), and entering the wells through natural (artificial ) and technogenic cracks in the roof, subject to variable mountain pressure in this zone.

Предлагаемый способ дегазации позволяет повысить ее эффективность в 1,5-1,7 раза, обеспечить надежную герметизацию дегазационных скважин за счет расположения их в породах над угольным пластом и тем самым снизить метанообильность очистного забоя по фактору метановыделения из угольного пласта.The proposed method of degassing allows to increase its efficiency by 1.5-1.7 times, to ensure reliable sealing of degassing wells due to their location in the rocks above the coal seam, and thereby reduce the methane abundance of the production face due to methane release from the coal seam.

Claims

1. A method of degassing an exhausted coal seam, including drilling from the preparatory mine ahead of the face and parallel to the degassing wells, sealing them and connecting to the degassing pipeline, characterized in that the degassing wells are drilled through the roof rocks at a distance of 1-2 m from the coal seam.

2. The method according to claim 1, characterized in that the degassing wells are drilled from each other at a distance equal to 0.1 ÷ 0.2 length of the working face.

3. The method according to claim 1, characterized in that the degassing wells are connected to the formation by a system of artificial and technogenic fractures.