CC BY
20
Обеспечение газобезопасного освоения рудоугольных месторождений является своеобразной и достаточно сложной задачей в связи с локальностью во времени и пространстве и большим диапазоном по интенсивности газовыделений. В результате многолетних исследований и опыта в России принят принцип определения рациональных методов борьбы с газами в каждом конкретном руднике в зависимости от вида источника, состава, характе-ра, гео- и техногенной приуроченности и интенсивности газопроявлений, применяемой технологии горных работ и экономических затрат без присвоения какой либо категории по газу [5]. На основе знаний о геологических условиях газоносности и параметров прогнозных или фактических) газопроявлений разрабатывается комплекс мероприятий, совокупность которых называется “газовым режимом”. Газовый режим в зависимости от конкретных условий может быть распространен на отдельные рабочие зоны (участки, блоки, панели, пласты, горизонты) или на рудник в целом. Газовый режим каждого месторождения или рудника регламентируется мероприятиями, разработанными специализированными организациями (институтами) и утвержденными Госгортехнадзором России. Таким путем регламентируется газобезопас-ность работ во всех отечественных газовых рудниках. Основными мероприятиями являются, как и в угольных шахтах, вентиляция, контроль за составом атмосферы, применение машин и оборудования во взрывобезопасном исполнении, предохранительных взрывчатых веществ. Допускается в
1. Матвиенко Н.Г. Выделение природных газов при освоении рудных месторождений. -М.; Наука, 1988. -230с.
2. Лидин Г.Д., Айруни А.Т., Матвиенко Н.Г. Дегазация полиметаллического рудника. /Рудничная аэрогазодинамика и безопасность горных работ. -М.; Наука, 1964. -С.79-88.
3. Спесивцева Т.А. Изучение газопроявлений на глубоких рудниках Норильского района. Автореферат. дисс. канд. техн.наук. М; 1980. -19с.
определенных условиях и при выполнении дополнительных мероприятий применение оборудования в рудничном нормальном исполнении и непредохранительных ВВ. В особо сложных условиях и интенсивных газопроявлениях, наряду с другими мероприятиями, применялись дегазация угольных пластов (рудник “Заполярный”) и отвод газов из загазованных выработок. Так, на золотоурановом руднике “Виргиния” (ЮАР) на глубине около 1 км была изолирована перемычками группа выработок, в которые поступал по трещинам тектонической зоны метан из вышележащих угольных пластов. В течение нескольких лет из этого участка отводился метан в количестве до 10 тыс. тонн (примерно 20 млн м3) в год и использовался на поверхности в котельной уранового завода [4].
Применение специальных мероприятий газового режима в рудниках позволяет обеспечить дифференцированный подход к выбору рациональных методов борьбы с выделениями природных газов с использованием богатого опыта угольной промышленности, а также калийной, газовой и нефтяной отраслей. Для квалифицирован-ного и своевременного решения проблемы угольного метана на рудных месторожде-ниях следует проводить изучение газонос-ности и газопроявлений на всех этапах их разведки и освоения, результаты которого позволят установить эффективные и доста-точные мероприятия газового режима на стадии проектирования горных работ и вносить в них коррективы по мере уточне-ния газовой обстановки.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Eschenburg H.M.W. Sources and control of methane in gold mines // J.Mine Vent. Soc.S.Afr. 1980, vol. 33, №8 - P.125-135.
5. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. - М.: Государственное унитарное предприятие “Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России”, 2003. - 200 с.
Коротко об авторах
Матвиенко Н.Г. - ИПКОН РАН
© С.В. Сластунов, Г.Г. Каркашадзе, К. С. Коликов, 2004
УДК 532.595.2:622.273.217
С.В. Сластунов, Г.Г. Каркашадзе, К.С. Коликов
ПАРАМЕТРЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРО УДАРНОЙ ОБРАБОТКИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА В УСЛОВИЯХ ОАО "ИСПАТ-КАРМЕТ"
Семинар № 5
Ж~т азовая технология заблаговременной
ЖЗ гидравлической обработки угольных пластов предусматривает бурение скважины с земной поверхности, обсадку и цементирование ствола скважины и нагнетание в пласт воды под давлением до 15 МПа [1]. Эта технология достаточно хорошо отработана и применяется в мировой практике с целью повышения безопасности отработки выбросоопасных угольных пластов (Карагандинский, Донецкий угольный бассейны) и добычи метана (бассейн Сан-Хуан, США). Однако, несмотря на большой практический опыт, возможности совершенствования базовой технологии далеко не исчерпаны. В литературе описано множество технических решений, направленных на повышение эффективности дегазации угольных пластов, в том числе за счет применения колебательных воздействий, обработки поверхностно активными жидкостями, использования теплового воздействия, оптимизации режимов гидродинамического воздействия и др.
МГГУ является разработчиком новой технологической схемы обработки угольного пласта с использованием эффекта гидравлического удара на стадии свободного истечения воды из скважины после завершения стадии нагнетания воды в пласт (патент России №2188322, 07.09.2001 г.). В данной технологии используется значительный энергетический резерв воды, находящейся в пласте под большим давлением.
Известно, что явление гидравлического удара возникает при резкой остановке потока жидкости перед препятствием. Именно этот физический процесс используется в разработанной технологии, что достигается за счет резкого открытия и закрытия гидравлической заслонки. Длительность открытия и закрытия заслонки выбирают из условия, что бы ударная волна сжатия-растяжения совершила не менее одного колебательного движения от заслонки до границы зоны гидрообработки угольного
пласта. В МГГУ разработана конструкция гидроударного устройства, представляющее собой вращающийся шаровой затвор, одно из положений которого обеспечивает свободное истечение воды из скважины, а другое - резкую остановку потока воды. Устройство включает двигатель переменного тока и редуктор, обеспечивающий необходимую скорость вращения шарового затвора. Устройство обеспечивает требуемую частоту гидравлических ударов в пределах 0,2-1,0 Гц.
Как показали расчеты, при гидравлическом ударе возможно превышение амплитуды давления воды в 1,5-2 раза по отношению с давлением на стадии нагнетания. Принимая во внимание силовой механизм раскрытия микро- и макротрещин в твердых телах под действием расклинивающего давления воды, следует ожидать как повышение радиуса зоны гидрообработки, так и проницаемости угольного пласта. Возникший при гидроударе колебательный процесс носит затухающий характер и поэтому рекомендуемое количество циклов колебаний одном гидроударе составляет до 10. Величина максимального превышения давления ДР над статическим (Р^—Ю МПа) вычисляется по формуле Н.Е.Жуковского [2]
ДР = рус, (1)
где р - плотность воды, кг/м3; у - скорость истекающего потока, м/с; с - скорость распространения давления воды с учетом деформации стенок скважины, с —1300 м/с.
Так, например, при скорости истечения воды из скважины 6 м/с превышение давления по формуле (1) составляет 7,8 МПа, а абсолютная величина давления, передаваемая в пласт, составит 10 + 7,8 = 17,8 МПа.
Данная технология прошла производственную проверку в ноябре 2003 г. на поле шахты "Казахстанская" (Казахстан), пласт Д6, скважина №34. Фактический объем закачанной воды в угольный пласт в соответствии с проектным заданием составил 4570 м3, средний темп на-
гнетания воды - 75 л/с, рабочее давление 14-16 МПа.
После завершения первой стадии нагнетания воды осуществлены 6 циклов ее сброса из скважины с реализацией эффекта гидроударов. Длительность каждого цикла сброса воды составила около минуты, реализованная частота гидроударов около 0,2 Гц. В испытаниях установлено, что амплитуда первого гидроудара превышает давление в магистрали, в начале каждого цикла сброса воды, почти в два раза. Этот результат
находится в удовлетворительном соответствии с теоретическими прогнозами. Максимальное значение давления воды в гидравлическом ударе составило 22 МПа, что существенно превышает максимальное давление, возникающее
1. Сластунов С.В. Заблаговременная дегазация и добыча метана из угольных месторождений. М.: Изд-во МГГУ. 1995. 441 с.
на первой стадии гидрообработки, т.е. при нагнетании воды.
В ходе производственных испытаний выявлены пути совершенствования техники и технологии гидроударной обработки пласта на стадии свободного истечения воды из скважины с возможностью использования разработанной конструкции не только на стадии истечения воды, но и на стадии ее нагнетания в пласт. Испытанная конструкция гидроударного устройства не исключает и такой режим работы.
Полученные результаты косвенно отражают повышение эффективности гидрообработки. Однако важнейший количественный показатель эффективности - дебит метана из скважины - будет получен после ее вовлечения в режим дегазации, в 2004 г.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Киселев П.Г. Гидравлика; Основы механики жидкости. Учеб. пособие для вузов. - М.; Энергия, 1980. -360 с.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------------
Сластунов Сергей Викторович - профессор, доктор технических наук, проректор по научной работе, Карка-шадзе Гиоргий Григолович — зам. проректора по научной работе,
Коликов Константин Сергеевич — доктор технических наук, доцент,
Московский государственный горный университет.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕДУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
УРАЛЬСКАЯ ГО СУДАРСТВЕННАЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
МАМЕДОВ Адиль Шихамир-оглы Разработка и обоснование мероприятий по повышению энергоэффективности комплексов шахтного водоотлива (на примере шахт ОАО «Севуралбок-ситруда») 05.05.06 К.Т.Н.
ЧЕРНЫШОВ Александр Алексеевич Исследование структуры и тепловых процессов электромагнитного молота 05.05.06 К.Т.Н.
