CC BY
29
© C.B. Сластунов, Ю.М. Стефлюк, А.И. Полчин, 2015
УДК 622:063.543:622.411.33
С.В. Сластунов, Ю.М. Стефлюк, А.И. Полчин
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОТРАБОТКИ ОСОБО ВЫБРОСООПАСНОГО ПЛАСТА Д6 НА ПОЛЕ ШАХТЫ «КАЗАХСТАНСКАЯ» В ЗОНЕ ПОЭТАПНОЙ КОМПЛЕКСНОЙ ДЕГАЗАЦИИ
Для угольных шахт, разрабатывающей угольные пласты при постоянном углублении горных работ и повышении их природной газоносности, крайне актуальным является устранение отрицательного влияния «газового фактора» на базе обоснованного выбора и эффективной реализации способов дегазации угольных пластов при их интенсивной отработке. Особенно это важно при отработке выбросоопасных угольных пластов. В статье дан предварительный анализ отработки особо выбросоопасного пласта Д6 на поле шахты «Казахстанская» в зоне поэтапной комплексной дегазации.
Ключевые слова: метан угольных пластов; интенсивная угледобыча; предельно допустимые нагрузки на очистной забой по газовому фактору; прогноз на основе фактической оценки свойств и состояния углегазоносного массива; пластовая дегазация, состояние и перспективы ее применения.
Научная группа Горного института НИТУ «МИСиС» совместно со специалистами Угольного департамента АО «АрселорМиттал Темиртау» ведет авторский надзор за проведением работ по заблаговременной дегазационной подготовке (ЗДП) угольных пластов на шахтах Карагандинского бассейна.
Экспериментальные работы по сбору фактических данных для указанной оценке непосредственно на шахте «Казахстанская» ведутся силами Управления «Спецшахтомонтаждегазация» (УСШМД) АО «АрселорМиттал Темиртау».
Согласно разработанной методики проведения работ по оценке эффективности ЗДП угольных пластов на шахтах Карагандинского бассейна, в частности, на западном крыле шахты «Казахстанская», в настоящий период оценка ведется в увязке с основными горными работами на выемочном участке 312-Д6-1-З (отработка — 2013-2014 гг.). Расположение скважин ГРП и расчетные зоны их влияния на этом участке условно представлено на рис. 1.
Рис. 1. Расположение скважин ГРП и расчетные зоны дегазации на выемочном участке 312-Д6-1-3
Комплексная пластовая дегазация предусматривала ЗДП скважинами с поверхности с гидрорасчленением пласта Дб (ГРП) в различных технологических вариантах [1-3]. Это первая стадия работ по пластовой дегазации, которая была осуществлена более, чем через 40 скважин ГРП в 2000-2012 гг. [4,5]
Для повышения эффективности проведения подготовительных пластовых выработок на второй стадии проводится газодренаж (ГД) — дегазация приконтурного для будущей пластовой подготовительной выработки углегазоносного массива с использованием газодренажных скважин, пробуренных из специально проводимых полевых газодренажных выработок. Газодренажные штреки проводится на 10-12 м ниже пласта Дб. На третьей стадии ведется подземная пластовая дегазация (ППД) пласта Дб с использованием подземных пластовых скважин, пробуренных из вентиляционного и конвейерного штреков на выемочном участке 312-Дб-1-З. Расстояние между скважинами - 4 м [б].
Для оценки эффективности работ нами предусматривалась поэтапная оценка результатов комплексной пластовой дегазации особо выбросоопасного пласта Дб.
На первом этапе оценка эффективности велась по суммарному съему метана из скважин ГРП за весь период освое-
ния и эксплуатации скважин. На этом этапе определялась прогнозная величина снижения природной газоносности на стадии ЗДП. Эта величина для указанных выше скважин ГРП №№№ 23,24,37,31,25, 29 и 28 оценивалась экспериментальным участком УСШМД.
Установлено, что в зонах обработки скважин ГРП природная газоносность пласта Д6 снизилась неравномерно и величина снижения составила 4 ^ 7 м3/т.
На второй стадии дегазационных работ по газодренажу средняя эффективность по съему метана определяется величиной 1,5 м /т, если условно считать, что съем газа ведется со всей площади выемочного поля. Основанием для такого утверждения может служить соображение, что газодренажные скважины могут пересекать магистральные трещины ГРП и опосредовано извлекать газ со всей зоны влияния скважин гидрорасчленения.
Был выполнен конкретный расчет снижения газоносности пласта на третьей стадии работ, а именно, стадии ППД. Эффективность данной стадии работ также происходит неравномерно по выемочному участку. Показано, в частности, что в блоке №1 ППД (зона 1, влияния скважин ГРП №№ 31,37 и 24) достигнуто фактическое снижение газоносности пласта 3,3 м3/т.
Для этой зоны установленное достоверное фактическое общее снижение газоносности пласта Д6 на всех трех стадиях составило 10,8 м3/т [7, 8]. Аналогичный порядок величины эффективности комплексной пластовой дегазации имел место и для других зон ЗДП.
Баланс достижения этого эффекта следующий: 6,0 м3/т (ЗДП) + 1,5 м3/т (газодренаж) + 3,3 м3/т (ППД)= = 10,8 м3/т.
Известно, что эффективность газодренажа и подземной пластовой дегазации (ППД) в зонах ГРП увеличивается в 2 и более раза, что нашло свое подтверждение и в ходе настоящих проведенных исследований на выемочном поле 312-Д6-1-З. Это позволило обоснованно утверждать, что без стадии ЗДП (на базе ГРП) снижение газоносности составило бы не более, чем 2,4 м3/т (0,75 м3/т (газодренаж) + 1,65 м3/т (ППД) = 2,4 м3/т) со всеми из этого вытекающими последствиями для интенсивности и безопасности ведения горных работ.
На рис. 1 показано расположение экспериментальных зон 1-6 исследований эффективности поэтапной комплексной пластовой дегазации пласта Д6 (зона 4 - зона сравнения, где ГРП не проводилось) на выемочном участке 312-Д6-1з.
Зоны ЗДП (обозначены эллипсами на рис.1) на покрывают все выемочное поле и не всю площадь экспериментальных условных зон 1-6. Поэтому средняя эффективность пластовой дегазации по съему метана в целом по зонам 1-6 была ниже указанных выше величин по блоку 1, расположенному в зоне 1.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что в зонах 1-3,5 и 6, хотя бы частично затронутых ЗДП, средний съем метана при трехстадийной пластовой дегазации составил 6,6 м3/т, в зоне сравнения 4 (незатронутой ЗДП) — 1,25 м3/т.
Необходимо отметить, что целевой задачей комплексной пластовой дегазации является не только уменьшение природной газоносности пласта (что само по себе важно, особенно в плане снижения выбросоопасности пласта за счет минимизации потенциальной газовой энергии углегазоносного массива), но и снижение газообильности лавы с сопутствующим повышением уровня предельно допустимых нагрузок на очистной забой, снижения концентрации метана на исходящей струе лавы и, в целом, повышения безопасности ведения горных работ.
В ходе экспериментальных исследований была проведена оценка эффективности комплексной пластовой дегазации на выемочном участке 312-Д6-1з шахты «Казахстанская» по снижению абсолютной газообильности лавы.
На рис. 2 приведены средневзвешенные значения газообильности лавы 312-Д6-1з по мере ее подвигания в зонах экспериментальных исследований 1-5 (в зоне 6 работы продолжались на момент оценки).
На рис. 3 приведены фактически установленные значения средневзвешенного газовыделения из отбитого угля в тех же зонах 1-5. Эти значения устанавливаются из показаний системы Davis Derby в добычную и ремонтную (при неработающем комбайне) смены. Нетрудно видеть существенное снижение газовыделения в лаве из отбитого угля в зонах 1-3, 5 по сравнении с зоной 4 (зона сравнения), что связано с извлечением метана и соответствующим снижением газоносности угля на стадии
35
5 25
со
£ 20
¡9 15
Ю
8 10
г!
5 0
6,64
зона ГРП-37,24,31
зона ГРП-24
зона ГРП-23
вне зоны ГРП
зона ГРП-28
410
Подвигание лавы,м
Рис. 2. Абсолютная газообильность лавы 312-^^-1-3
10 9 8
3 7 о 2
8,80
вне зоны ГРП
5,59
зона ГРП-23
4,34 зона ГРП-24
2,6 3,05
зона ГРП- 24 37 31 зона ГРП-28
6
ш
5 5
Е? 4 .а
ш «
о 3
те
2 1 0
410
Подвигание лавы, м
Рис. 3. Газовыделение из отбитого угля
31,9
30
28,05
27,18
12,14
127
240
798
127
240
798
комплексной пластовой дегазации, а также частичным блокированием метана в мельчайших порах и трещинах пласта при его масштабной гидрообработке [1,9]. На стадии ЗДП в скважины ГРП закачивалось не менее 4000 м3 воды, кроме этого, скважины через некоторое время после активной эксплуатации переводились на режим гидратации (заводнения), что также способствовало отмеченному выше процессу.
Имеется возможность оценить фактор снижения газовыделения из отбитого угля по решению основных чисто газовых проблем отработки выемочного участка в плане снятия огра-
ничений на нагрузки на очистной забой по газовому фактору, снижению потенциальной абсолютной газообильности и концентрации на исходящей из лавы.
Данные для оценки сведем в таблицу.
Таблица
Данные для оценки эффективности пластовых дегазационных работ
№ зоны Фактическая Газовыделение Коэф. эффек-
(0 абс. гаообильность из отбитого угля, тивности
лавы, м3/мин (0^ м3/мин (0!ОУ) пластовой дегазации (Кпл.дег.)
1 6,64 2,6 0,48
2 27,18 4,34 0,14
3 31,9 5,59 0,09
4 28,05 8,80
5 12,14 3,05 0,32
6 9,8 2,59 0,39
Среднее 0,28
значение
Для 1-ой зоны снижение газовыделения из отбитого угля (ЛР°У) может быть определено как разница между газовыделением из отбитого угля в зоне сравнения 4 и газовыделением из отбитого угля в 1-ой зоне:
лд°У = р4оУ - р1оУ
Вероятное (предполагаемое) газовыделение в 1-ой зоне должно было бы составить:
р1вер. = + Лр1ОУ = + р4ОУ - р1ОУ
Коэффициент пластовой дегазации по определению равен:
Кпл.дег = ЛР°У / Р1вер. = Р4ОУ - р1ОУ / Р1Ф + р4ОУ - Р10У
Результаты расчета коэффициент пластовой дегазации по этой формуле представлены в столбце 4 вышеприведенной таблицы.
Средний относительный коэффициент эффективности пластовой дегазации оценочно составил: (0,48 + 0,14 + 0,09 + 0,32 + 0,39): 5 = 0,28
Необходимо отметить, что Кпл.дег в данной постановке носит сравнительный характер и показывает эффективность де-
газации в зоне комплексной трехстадийной дегазации по сравнению с зоной сравнения 4, где, тем не менее, были проведены газодренаж и ППД, эффективность которых по представительному опыту работ в Карагандинском бассейне, в том числе по пласту Д6, составляет не менее 0,15 - 0,20.
Суммарный коэффициент пластовой дегазации должен учитывать долевое участие всех трех стадий комплексной дегазации и ориентировочно может быть оценен как суммарный эффект:
Кпл.дег.(сумм) = Кпл.деГ. + (0,15+0,20)
В нашем конкретном случае для блока 1 ППД, как было показано выше:
Кпл.дег.(сумм) = 0,28 + (0,15+0,20) = 0,43+0,48
Резюмируя изложенное, можно констатировать, что эффективность комплексной пластовой дегазации на выемочном участке 312-Д6-1з в зонах комплексной трехстадийной дегазации находилась на уровне 40 + 50 %.
Это означает, что на 40+50 % в зонах комплексной дегазации увеличивается предельно допустимая нагрузка на очистной забой по газовому фактору, или соответственно может быть снижена абсолютная газообильность и процентное содержание метана на исходящей лавы, что существенно повышает метано-безопасность горных работ.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пучков Л.А., Сластунов C.B., Коликов К. С. Извлечение метана из угольных пластов. М., изд-во МГГУ, 2002. — 383 с.
2. Пучков П.А., Сластунов C.B., Фейт Г.Н., Презент Г.М. Геомеханическое обоснование и разработка технологии извлечения метана из угольных пластов в режиме кавитации с использованием геоэнергии массива. Научные школы Московского государственного горного университета: В 2 т. — М.:Изд-во Московского горного университета, 2008. — Т.1, 0,4 п.л.
3. Сластунов C.B., Коликов К.С., Кашапов К.С., Грознов Н.Н., Шмидт M.B. Опыт и перспективы заблаговременной дегазации в Карагандинском угольном бассейне. ГИАБ, отдельный выпуск 11, «Метан», 2009,с.17—26.
4. Сластунов С.В., Коликов К.С., Стефлюк Ю.М., Полчин А.И. Снижение выбросоопасности угольных пластов на основе заблаговременной дегазационной подготовки// ГИАБ,2012.. ОВ №1. С. 119-126.
5. Сластунов С.В., Ермак Г.П. Обоснование выбора и эффективная реализация способов дегазации при интенсивной отработке газоносных угольных пластов — ключевой вопрос обеспечения метанобезопасности угольных шахт. Журнал «Уголь», № 1, 2013,с.21-24.
6. Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт (РД-15-09-2006).М., ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность», 2007.
7. Сластунов С.В., Стефлюк Ю.М., Полчин А.И. Оценка эффективной комплексной трехстадийной пластовой дегазационной подготовки особо-выбросоопасного пласта Д6 на поле шахты «Казахстанская». Сборник научных трудов «Современные проблемы шахтного метана» (к 85-летию проф. Н.В.Ножкина). — М.: ИД ООО Роликс, 2014 г., с.55-64.
8. Сластунов С.В., Стефлюк Ю.М., Полчин А.И. Оценка фактической эффективности комплексной многостадийной пластовой дегазационной подготовки особовыбросоопасного пласта Д6 на поле шахты Казахстанская». Материали за 9-я международна научна практична конференция «Бъдещето выпроси от света на науката» -2013. Том 37. Технологии. Химия и химически технологии. София. «Бял ГРАД - БГ» ООД, с. 20-23.
9. Сластунов С.В., Каркашадзе Г.Г., Коликов К.С, Ермак Г.П. Аналитическая методика расчета допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору.Журнал ФТПРПИ, № б, 2013,с. 53-59. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Сластунов Сергей Викторович — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Горного института НИТУ «МИСиС», Стефлюк Юрий Михайлович — кандидат технических наук, технический директор,
Полчин Александр Иванович — заместитель технического директора, Угольный департамент АО «АрселорМиттал Темиртау».
UDC 622:063.543:622.411.33
PRELIMINARY ANALYSIS TESTING ESPECIALLY OUTBURST LAYER D6 ON THE FIELD OF MINE «KAZAKHSTAN» IN THE AREA OF PHASED INTEGRATED DEGASSING
Slastunov S., professor, doctor of technical sciences, Mining Institute, National University of Science and Technology "MISIS", Moscow, Russia.
Stiflyuk Y., doctor of sciences, Technical Director of the Coal Department of JSC «Arcelor-Mittal Temirtau»,
Polchin A., Deputy technical Director of the Coal Department of JSC «ArcelorMittal Temir-tau».
For the Russian coal industry, which is developing coal seams at continuous deepening of mining operations and increase their natural gas-bearing highly relevant is the removal of the negative influence of the «gas factor» based on proved choice and effective realization methods of degassing of coal seams in their intensive mining. This is especially important when developing outburst coal seams. The article offers a preliminary analysis of mining especially outburst layer D6 on the field of mine «Kazakhstan» in the area of phased integrated degassing.
Key words: coal seam methane; intensive coal mining; maximum possible productivity of coal to gas factor, forecast based on actual estimation of properties and the state of coalgas rocks, reservoir degassing, degassing prospects
REFERENCES
1. Puchkov L.A., Slastunov S.V., Kolikov K.S. Izvlechenie metana iz ugol'nyh plastov (Extraction of methane from coal seams). Moscow, izd-vo MGGU, 2002, 383 p.
2. Puchkov L.A., Slastunov S.V., Fejt G.N., Prezent G.M. Geomehanicheskoe obosno-vanie i razrabotka tehnologii izvlechenija metana iz ugol'nyh plastov v rezhi-me kavitacii s is-pol'zovaniem geojenergii massiva (Geomechanical substantiation and development of technology to extract methane from coal seams in the cavitation mode using GEOENERGY array). Nauchnye shkoly Moskovskogo gosudarstvennogo gornogo universiteta: V 2 t, Moscow, Izd-vo Moskovskogo gornogo universiteta, 2008, V.1.
3. Slastunov S.V., Kolikov K.S., Kashapov K.S., Groznov N.N., Shmidt M.V. Opyt i perspektivy zablagovremennoj degazacii v Karagandinskom ugol'nom bassejne (Experience and prospects early degassing in the Karaganda coal basin). GIAB, otdel'nyj vypusk 11, «Metan», 2009, pp.17—26.
4. Slastunov S.V., Kolikov K.S., Stefljuk Ju.M., Polchin A.I. Snizhenie vybrosoopas-nosti ugol'nyh plastov na osnove zablagovremennoj degazacionnoj podgotovki (The decline of the outburst coal seam based on the preliminary degassing training)// GIAB, 2012, OV No1, pp. 119-126.
5. Slastunov S.V., Ermak G.P. Obosnovanie vybora i jeffektivnaja realizacija spo-sobov degazacii pri intensivnoj otrabotke gazonosnyh ugol'nyh plastov — kljuchevoj vopros obespechenija metanobezopasnosti ugol'nyh shaht (The rationale for the selection and effective implementation of decontamination methods for intensive testing of gas-bearing coal seams is the key issue of providing coal-pit methane safety). Ugol', No 1, 2013, pp.21-24.
6. Metodicheskie rekomendacii o porjadke degazacii ugol'nyh shaht (RD-15-09-2006).M., OAO «NTC «Promyshlennaja bezopasnost'», 2007.
7. Slastunov S.V., Stefljuk Ju.M., Polchin A.I. Ocenka jeffektivnoj kompleksnoj trehstadijnoj plastovoj degazacionnoj podgotovki osobovybrosoopasnogo plasta D6 na pole shahty «Kazahstanskaja» (Evaluation of effective integrated three-stage degassing reservoir preparation samovylovlennogo layer D6 on the field of mine "Kazakhstan"). Sbornik nauch-nyh trudov «Sovremennye problemy shahtnogo metana» (k 85-letiju prof. N.V.Nozhkina). Moscow, ID OOO Roliks, 2014, pp.55-64.
8. Slastunov S.V., Stefljuk Ju.M., Polchin A.I. Ocenka fakticheskoj jeffek-tivnosti kompleksnoj mnogostadijnoj plastovoj degazacionnoj podgotovki osobo-vybrosoopasnogo plasta D6 na pole shahty Kazahstanskaja» (Assessment of the actual effectiveness of complex multi-stage degassing reservoir preparation samovylovlennogo layer D6 the field of mine, Kazakhstan"). Materiali za 9-ja mezhdu-narodna nauchna praktichna konferencija «B#deshheto vyprosi ot sveta na naukata» 2013. Tom 37. Tehnologii. Himija i himicheski tehnologii. Sofija. «Bjal GRAD - BG» OOD, pp. 20-23.
9. Slastunov S.V., Karkashadze G.G., Kolikov K.S, Ermak G.P. Analiticheskaja me-todika rascheta dopustimoj nagruzki na ochistnoj zaboj po gazovomu faktoru (Analytical method of calculating the allowable load on the longwall face on the gas factor). FTPRPI, No 6, 2013, pp. 53-59.
