Интенсификация процессов газоотдачи в техногенном коллекторе при разработке свиты газоугольных пластов Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

В.Я. Новиков,

ИПКОН МН-АН РК

Ш.У. Ахметбеков,

ИПКОН МН-АН РК

Интенсификация процессов газоотдачи в техногенном коллекторе при разработке свиты газоугольных пластов

При подработке горного массива угольным пластом протекают макродеформационные процессы

- обрушение слоев, их расслоение, образование пустот, макротрещин, которые и определяют фильтрационные газопроводящие свойства породной толщи междупла-стья. Степень газоотдачи под - и надрабатываемого массива зависит от интенсивности образования системы газопроводящих трещин.

Научными исследованиями [1.2 и др.] и большим опытом подработки и надработки сближенных пластов (спутников) доказано, что их повышенная газоотдача имеет место в области активного сдвижения пород подработанного массива, ограниченной углами его полного сдвижения и зоной разгрузки вмещающих пород. После подработки скважины газовыделение из нее резко возрастает, достигая за лавой на определенном расстоянии хтах максимального значения. Затем дебит газа из скважины начинает снижаться, достигая минимального значения, в зоне уплотнения обрушенных пород кровли, где снижается фильтрационная способность и газоотдача сближенных пластов в выработанном пространстве. Интенсивность газовыделе-ния зависит от ряда горногеологических и горнотехнических факторов, в том числе от газоносности разрабатываемого и сближенных пластов, их мощности, от интенсивности образования системы газопроводящих трещин, их размеров, протяженности и местоположения. Аналитически объем газовыделения ^„т из сближенного пласта в активной зоне выражается функцией [2].

V = е • т „ • I „ • а • х

акт сбл сбл ітах т

1 - е

L„

- +1

х„

(1)

где qmax - максимальная интенсивность выделения метана, м3 ' мин; хтах - расстояние от лавы до зоны с максимальным газовыделением, м; тсбл - мощность сближенного пласта, м; е - основание натурального логарифма; 1сбл - ширина разгруженной зоны сближенного пласта, параллельная очистному забою, м. Для легко-обрушающихся пород основной кровли 1сбл равна:

(^1 + ^2)

(2)

К = I

сбл л

м„

• ^2

Для труднообрушаемых пород кровли:

1сбл = 1л - Мм

(&^1 + *89 2) - 2Ясбл • 1обр 8^1 • *8^2 Нпл

(3)

где 1л - длина лавы разрабатываемого пласта, м; Ммп -мощность междупластья разрабатываемого и сближенного пластов,м; ф1, ф2 - углы сдвижения подрабатываемого массива, град; Нсбл - средняя глубина до сближенного пласта, м; Нпл - средняя глубина разрабатываемого пласта, м; 1обр - шаг обрушения пород основной кровли, м; Lак - протяженность разгруженной от горного давления зоны, м.

Расстояние от движущегося забоя лавы до места максимального газовыделения из сближенного пласта (спутника) можно определить по эмпирическим формулам, учитывающим расстояние между отрабатываемым и сближенным пластами, прочность пород междупластья, а также скорость подвигания очистного забоя. Шахтные исследования и расчеты показывают, что Хтах для различных пластов Карагандинского бассейна и составляет от 25 до 60 м.

Величину Хтах для условий Карагандинского бассейна можно определять по формуле:

= к • к

е

(4)

где а - коэффициент, определяемый в зависимости от толщины междупластья; при Ммп < 50 м, а » 0,54; при Ммп - 51 - 100 м, а = 0,44; при Ммп = 100 м, а = 0,36;

К

- коэффициент, учитывающий долевое

участие в породах междупластья песчаников. При долевом участии песчаников менее 30% К = 1,0; при долевом участии от 30 до 50 % К= 1,1 и при долевом участии более 50% К = 1,2; Ку - коэффициент, учитывающий влияние скорости подвигания очистного забоя. При скорости подвигания до 3,0 м/сут Ку = 1,0. При скорости подвигания от 3,0 м/сут до 5,0 м/сут Ку = 1,1. При скорости подвигания более 5,0 м/сут Ку = 1,2;

Величина qmax - максимального дебита метана определяется на основе опытных данных или аналитически.

Исследованы зависимости суммарного газовыде-ления из сближенного пласта в активной зоне от его мощности, обнаженной ширины разгруженной зоны сближенного пласта (параллельной линии очистного забоя), от длины активной зоны максимального газо-выделения.

На рис. 1 представлена зависимость суммарного газовыделения от величин активной зоны при мощности сближенного пласта тсбл = 1,0; 2,0; 4,0 м (кривые

1, 2, 3) при его обнаженной ширине 1сбл = 125 м, максимальном газовыделением qmax = 40 м3/мин и рас-

стоянии от очистного забоя до зоны максимального газовыделения хтах = 40 м. Из рис. 1 видно, что газо-выделение из сближенного пласта интенсивно растет при тсбл = 1,0 м до 110 м, при тсбл = 2,0 м до 160 м, при тсбл = 4,0 м до 200 м. Далее с увеличением протяженности активной зоны общее газовыделение в этой зоне снижается и при расстоянии свыше 250 м практически стабилизируется.

Выполненные аналитические исследования показывают, что наибольшее влияние на процесс интенсификации добычи метана и сближенного пласта оказывает природная газоносность, и мощность сближенного пласта, а также длина очистного забоя. При тсбл =4,0 м объем добычи газа в активной зоне может достигать ^„т = 2,0, млн м3, а при тсбл =8,0 м - ^„т = 4,0, млн м3. Подработка пласта такой мощности при высокой их газообильности возможна при восходящем порядке отработки пластов. Например, подработка пластом к10 “Феликс” пласта к12 “Верхняя Марианна” мощностью 7,0 м сопровождается интенсивным газо-выделением до 40-60 м3/мин.

В Карагандинском бассейне группа шахтопластов, имеющих сложное строение и общую мощность свыше 4,5-5,0 м, отрабатываются как пласты средней мощности. При этом вынимаемая мощность пластов составляет, как правило, до 3,5 м. Обрушенные в выработанном пространстве угольные пачки разбиваются на мелкие куски и, интенсивно выделяя свободный

метан, являются дополнительным крупным источником газовыделения. Например, на шахте “Абайская” в Шурубай-Нуринском районе пласт к^^ сложного строения имеет общую мощность 7,3 м, а вынимаемая мощность составляет 3,5 м. Оставленные пачки угля в кровли и почве пласта способствуют интенсификации добычи метана из выработанного пространства.

Угольные пачки, оставляемые в почве также в результате их разгрузки поднимаются и растрескиваются. Чем больше величина угольных пачек, оставляемых в выработанном пространстве, тем больше газо-выделение из них. На рис. 2 представлена зависимость газообильности, оставленных в выработанном пространстве угольных пачек от их толщины для условий выемки пласта д6 (общая мощность пласта т=5,0 м, природная метаноносность 20 м3/т) на шахте “Шах-тинская” (кривая 1) и выемки пласта к10 (общая мощность пласта т=6,1 м, природная метаноносность - 18 м3/т) на шахте “Абайская” (кривая 2). Из рис.2 видно, что со снижением вынимаемой мощности пласта д6 с 5,0 до 2,5 м газообильность отставленных угольных пачек растет с 0 до 10 м3/т. На шахте “Абайская” по пласту к10 с уменьшением вынимаемой мощности с 5,0 до 2,5 м газовыделение из оставленных пачек возрастает с 2,6 до 9,0 м3/т добычи угля.

© В.Я. Новиков, Ш.У.

Ахметбеков

Таким образом, основным источником интенсификации процессов газоотдачи в техногенном коллекторе при разработке свиты газоугольных пластов является зона влияния очистных работ (активная зона) разрабатываемого пласта. Этому способствуют оставляемые в кровле и почве угольные пачки. Крупным источником интенсификации газоотдачи также является подработка высокогазоносных сближенных пластов при их выемке в восходящем порядке.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Морев А. М., Евсеев И. И. Дегазация сближенных пластов. - М., Недра, 1975

2. Айруни А. Т. Теория и практика борьбы с рудничными газами на больших глубинах. - М., Недра, 1981, 334 с.

Рис. 1. Зависимость газовыделения из активной зоны газового коллектора от ее протяженности

ГИАБ

Рис.2. Зависимость газовыделения из составленных пачек угля от их толщины