CC BY
22
© Ю.В. Шувалов; В.Н. Бобровников; А.Н. Графкин, 2003
УЛК 622.817.9:661.184.35
Ю.В. Шувалов; В.Н. Бобровников; А.Н. Графкин
ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕГАЗАЦИИ ОТ ВОЛОПРИТОКОВ В НИСХОЛЯШИЕ ЛЕГАЗАЦИОННЫЕ СКВАЖИНЫ
Формирование притоков воды в выработанное пространство выемочных полей угольных шахт, а также в надработанный массив происходит в основном при вскрытии водоносных горизонтов водопроводящими трещинами, развивающимися в подрабатываемых породах при управлении кровлей полным обрушением, и в меньшей степени - за счет утечек технологической воды, используемой в процессе добычи угля. По данным геологической службы ОАО «Воркутауголь» водоносные горизонты были вскрыты в начальной стадии отработки Воркутского месторождения, а на существующих глубинах отработки около 800-1000 м водоносные горизонты отсутствуют или зона подработки не оказывает влияния на их вскрытие. Почти весь водоприток, имеющийся на выемочных участках, формируется за счет перелива воды с ранее отработанных полей и горизонтов. В процессе ведения очистных работ было замечено, что при отработке первого выемочного столба в панели (горизонте) приток воды минимальный и гидрогеологические условия благоприятные. По мере дальнейшей отработки нижележащих столбов эти условия ухудшаются и отрицательно влияют на процессы добычи угля, его качество, а также на эффективность дегазации надрабаты-ваемого массива, так как имеет место приток воды в нисходящие дегазационные скважины и попадание ее (воды) в дегазационный трубопровод.
Для определения влияния притоков воды в нисходящие дегазационные скважины на эффективность дегазации надраба-тываемого массива СПГГИ (ТУ), институтом ПечорНИИпроект и
ОАО «Воркутауголь» были выполнены научно-
исследовательские работы, которые дали, в частности, следующие результаты.
1. Вода, имеющаяся в разгруженном надрабатываемом массиве, поступила из ранее отработанных полей и горизонтов, что подтверждают анализы проб воды.
2. Самоизлив воды из нисходящих дегазационных скважин характеризуется дебитом до 25 л/мин и происходит на расстоянии до 100-120 м за линией очистного забоя (лавой), со стороны выработанного пространства.
3. В надработанном массиве существует «зеркало» воды, которое движется вслед за линией очистного забоя и фиксируется в виде самоизлива воды. По мере отхода очистного забоя на расстояние 150-170 м от устья дегазационных скважин уровень воды в скважинах постепенно понижается до отметки 10-15 м от почвы выработки (конвейерного штрека), при этом дебит поступающей к скважине воды составляет 0,45-0,61 л/мин, что соответствует скорости фильтрации воды в надрабатываемом массиве.
В ходе исследований определялась эффективность дегазации при работе нисходящих скважин в обводненном и «сухом» надра-батываемом массиве. Было установлено, что эффективность дегазации надрабатываемого массива может быть более 30%. На выемочных участках пласта Четвертого шахты «Воркутинская» за время их работы, с разной нагрузкой на очистной забой, эффективность дегазации надраба-тываемого массива колебалась от 30% до 61%, а в среднем составила 50%. При этом средний дебит метана из одной нисходящей скважины с углами заложе-
ния (наклона скважины к горизонту) 55-80° в обводненном надрабатываемом массиве составил 1,8-2 м3/мин.
На выемочном участке пласта Четвертого шахты «Воркутин-ская» были выполнены экспериментальные работы с целью определения эффективности дегазации «сухого» надрабатываемо-го массива. Для этого были произведены буровые и подготовительные работы по недопущению воды в надрабатываемый массив, данные мероприятия осуществлялись в начальной стадии отработки выемочного столба пласта Четвертого, до посадки основной кровли. Схема проветривания выемочного участка - прямоточная с подсвежением и выдачей исходящей вентиляционной струи из лавы на выработанное пространство; система разработки -столбовая, с отработкой выемочного столба по простиранию угольного пласта. На выемочном участке применялся изолированный отвод метановоздушной смеси из выработанного пространства с помощью газоотсасывающего вентилятора типа ВМЦГ.
Первую нисходящую скважину □ 218 пробурили из сохраняемого за лавой конвейерного штрека, в 100 м от монтажной камеры и 112 м от линии очистного забоя (за лавой, со стороны выработанного пространства). При определении наличия обводненности скважины воды обнаружено не было. В момент подключения скважины к дегазационному трубопроводу дебит метана составил 1,0 м3/мин, концентрация метана в метановоздушной смеси 52%. Но при очередном замере, через несколько часов, дебит метана возрос до 3,2 м3/мин, а его концентрация в смеси - до 100%. В дальнейшем с некоторыми колебаниями скважина № 218 продолжала дегазировать надраба-тываемый угленосный массив на расстоянии до 210 м за линией очистного забоя (лавой).
Следующие две нисходящие скважины № 222 и № 223 также были пробурены в «сухую» зону. Первой была пробурена скважина № 222, герметизация этой скважины оказалась некачественной, так как при бурении из
затрубного пространства под давлением выходила промывочная вода со штыбом. При подключении скважины № 222 к дегазационному трубопроводу при большом дебите метана (5,4 м3/мин) концентрация его в метановоздушной смеси оказалась малой - 59%. Учитывая значительную величину дебита метана и газовыделения из скважины № 222, было принято решение пробурить рядом скважину № 223 с другими параметрами заложения. При подключении скважины № 223 к дегазационному трубопроводу дебит метана составил 3,9 м3/мин с концентрацией его в смеси 100%, в то же время снизился дебит и концентрация метана в скважине № 222, соответственно, до 2,6 м3/мин и 40%. Скважины № 222 и № 223 были пробурены, соответственно, в 81 и 84 метрах за лавой, со стороны выработанного пространства. Суммарный дебит метана из нисходящих скважин № 222 и № 223 достигал в начальный период 7-9 м3/мин, а в среднем составил 3,7 м3/мин.
Скважина № 222 была отключена от дегазационного трубопровода, когда она находилась на расстоянии 200 м за лавой, по причине низкой концентрации метана в метановоздушной смеси из скважины - 27%, но с дебитом метана 1,6 м3/мин. Скважина № 223 была отключена на расстоянии 280 м за лавой из-за падения дебита метана ниже экспериментально установленной нормы -0,5 м3/мин.
Сравнивая дебит метана из обводненных нисходящих скважин, который за период отработки выемочного столба составил в среднем 2,0 м3/мин, и средний дебит «сухих» нисходящих скважин №№ 218, 222, 223 (он составил 3,1 м3/мин), можно отметить, что производительность осушенных скважин существенно выше (по крайней мере в 1,5 раза) производительности обводненных нисходящих дегазационных скважин. Полученные данные свидетельствуют о важности проведения мероприятий по осушению надрабатываемого угленосного, метаносодержаще-
го, массива для увеличения эффективности дегазации этого источника газовыделения. При осушении надрабатываемого массива эффективность дегазации его (массива) можно поднять до 50-60% и более, поэтому вопросом осушения нисходящих скважин следует заниматься самым серьезным образом с разработкой систем откачки воды из нисходящих скважин.
Из опыта работы, например, выемочных участков пласта Четвертого шахт ОАО «Воркута -уголь» («Воркутинской», «Северной», «Комсомольской» и «Заполярной») известно, что при отсутствии или низкой эффективности дегазации надрабатывае-мого массива до 70-75% подаваемого на участок воздуха расходуется на разбавление до безопасной концентрации метана, поступающего в выработки участка именно из надрабаты-ваемых угольных пластов-
спутников (массива).
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------
Шувалов Ю.В. - профессор, доктор технических наук, СПГГИ (ТУ).
Бобровников В.Н. - доктор технических наук, филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт». Графкин А.Н. - горный инженер, ОАО «Воркутауголь».
© В.И. Экгарлт, В.Н. Бобровников, Э.М. Шейман, П.В. Черников, 2003
УЛ 622.8
В.И. Экгарлт, В.Н. Бобровников, Э.М. Шейман,
П.В. Черников
О МЕРАХ БЕЗОПАСНОСТИ В СЛУЧАЕ ЗАСЫПКИ СТВОЛОВ ПРИ ЗАКРЫТИИ ГАЗОВЫХ ШАХТ
ЕзмЪжность наличия метановоздушной среды взрывной концентрации в засыпаемых стволах при ЧИкрытии газовых шахт ставит вопрос о разработке дополнительных мероприятий по безопасному ведению работ по ликвидации таких стволов. Поступление метановоздушной смеси из выработок шахты,
через изоляционные перемычки на горизонтах, в ликвидируемые стволы связано с колебаниями атмосферного давления и носит, как правило, хаотичный характер.
Значительная глубина шахтных стволов (следовательно, и большой объем метановоздушной смеси, заполняющей ствол), незначительная и изменяющаяся по направлению скорость движения метановоздушной смеси по стволу, гравитационные силы и другие факторы не позволяют с большой степенью достоверности прогнозировать газовую обстановку по всей глубине данной выработки без проведения поинтервальных замеров концентрации метана на всем ее протяжении.
