Введение к работе
Актуальность работы. В странах СНГ из общих запасов минерального топлива большая часть приходится на уголь, причем его запасы, составляющие около 6800 млрд.т, расположены в самых различных горно-геологических условиях. Сравнительная доступность месторождений и техническая простота их эксплуатации обеспечивают углю важнейшую роль в топливном балансе государств. Однако доля шахт, имеющих метанообилькость свыше 15 м3/т и отрабатывающих пласты, опасные по внезапным выбросам угля и газа,весьма велика и составляет около 707.. Перед угольной промышленностью встает своеобразный "газовый барьер". Повышение производительности шахт и забоев, интенсификация процессов добычи угля, применение высокопроизводительных машин и увеличение метаноносности угольных пластов с углублением горных работ привели к такому росту метанообильности выработок, что обеспечение безопасных условий труда стало одним из самых "узких" мест при проектировании шахт.
Учитывая тот факт, что на шахтах III 'категории и сверхка-тегорных по газу возможности вентиляции как средства борьбы о газом практически исчерпаны уже на современных глубинах, особую актуальность приобрела проблема разработки эффективных способов дегазации угленосной толщи. Локальные методы дегазации, применяемые в настоящее время на шахтах Карагандинского бассейна по ряду технологических и временному факторам, не в состоянии кардинально решить эту проблему. Одним из перспективных региональных методов является подготовка шахтных полей с использованием гидрорасчленения угольных пластов. Этот метод позволяет снижать в различных горно-геологических условиях газообильность горных выработок на 40-85Х, извлекать из одной скважины при сроке эксплуатации 2-6 лет от 0,5 до 2,5 млн.м8 метана, который может быть полезно использован в энергетических и многих других целях. Однако в некоторых горно-геологических и горнотехнических условиях способу гидрорасчленения при его традиционном применении присущ ряд недостатков, кого-
рые будут проанализированы ниже. Настоящая диссертационная работа посвящена актуальной проблеме выявления закономерностей снижения эффективности заблаговременной дегазации шахтных полей и метанодобываемости скважин из неразгруженных низкопроницаемых угольных пластов, залегающих на больших глубинах,и разработке технологии, обеспечивающей существенное снижение газо-выдедения в горные выработки и добычу кондиционного метана для его промышленного использования.
Дель работы - установление зависимости темпа нагнетания рабочей жидкости в процессе пробных закачек от давления нагнетания в начальной стадии гидродинамического воздействия на неразгруженный угольный пласт, для разработки технологии циклического пневмогидродинамического воздействия, позволяющей повысить эффективность дегазации обрабатываемого пласта.
Идея работы состоит в том, что повышение эффективности дегазации может достигаться путем повышения знергоемкооти собственно процесса его гидрообработки, учета основного целевого назначения последней (добыча метана, глубокая дегазация) и соответствующей корректировке основных параметров пневмогидродинамического воздействия на дегазируемые угольные пласты.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
гидродинамическое ооотояние неразгруженного угольного пласта может быть определено на оонове анализа пробных закачек, отличающегося выявлением фактического режима последних в сравнении с известными индикаторными кривыми;
на больших глубинах залегания дегазируемых угольных пластов традиционная технология заблаговременной дегазации шахтных полей с использованием гидрораочденения угольных, пластов не обеспечивает требуемой эффективности по извлечению газа и дегазации массива без ее совершенствования, основные направления которого отличаются учетом энергоемкости раскрытия трещин, необходимостью обязательного достижения режима расчленения угольного пласта за счет существенного увеличения темпа нагнетания воды и снижения гидравлических потерь переходного участка "скважина-пласт" на основе применения круговой щелевой пер-
форации, а также возможности замены части жидкого рабочего агента на газообразный;
при применении пневмогидродинамического воздействия на угольные пласты в условиях газодобывающих комплексов (основное целевое назначение - добыча метана) большая часть жидкого рабочего агента должна быть заменена на газообразный, расчет основных параметров нагнетания последнего отличается учетом фактора заполнения всего фильтрационного объема дегазируемого пласта;
методика расчета основных технологических параметров пневмогидродинамического воздействия на низкопроницаемые угольные пласты, отличающаяся учетом фильтрующей пористости пласта по газу, фактического давления и температуры нагнетания рабочего агента, суммарного коэффициента потерь при определении параметров вторичного, пневмовоэдеиствия на угольные пласты.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
. - аналитическими исследованиями режимов гидродинамических воздействий и процессов пневмогидромаосопереноса в угольных пластах;
положительными результатами исоледоваяий динамики газовыделения из скважин в зонах пневмогидродинамического воздействия и пневмогидродкнамических испытаний зкспериментальных скважин;
результатами подземных наблюдений по оценке эффективности разработанной технологии при проведении подготовительных горных работ в зонах обработки;
удовлетворительной сходимостью результатов аналитических исследований по определению параметров вторичного пневмовоэдеиствия на угольные пласты с результатами фактических наблюдений на соседних скважинах (расхождение не Солее 20).
Научное значение работы заключается в установлении методического подхода к анализу гидродинамического состояния неразгруженного угольного пласта на основе исследования режимов пробных закачек и- разработке методики расчета основных параметров пневмогидродинамического воздействия на ниэкопроницае-мые угольные пласты.
Практическое значение работы состоит в разработке технологической схемы пневмогидродинамического воздействия на низкопроницаемые угольные пласты и определении основных технологических параметров в заданных горно-геологических условиях шахтных экспериментальных работ.
Реализация выводов и рекомендаций. Рекомендации по технологии пневмогидродинамического воздействия на низкопроницаемые угольные пласты и расчету основных технологических параметров были использованы:
в разработанных, согласованных, утвержденных в установленном порядке и реализованных на шахтных полях им. Ленина и "Сокурская" ПО "Каратандауголь" проектах на заблаговременную дегазацию свит высокогазоносных угольных пластов;
в "Методике экспериментальных работ на шахтах по совершенствованию метода гидрорасчленения угольных пластов путем пневмотеплового воздействия", утвержденной секцией Центральной комиссии по борьбе с выбросами угля, породы и газа (М., 1988);
в "Программе и методике шахтных испытаний технологии заблаговременной дегазации угленосной толщи путем пневмагидро-воздействия через скважины с поверхности", утвержденной Минуг-лепромом СССР (Москва-Макеевка-Караганда, 1991);
во "Временном руководстве по заблаговременной подготовке шахтных полей к эффективной-разработке скважинами с поверхности с пневмогидровоздействием на свиту угольных пластов", утвержденном Минуглепромом СССР (М., 1991).
Апробация работы. Основные положения диссертационнойработы были доложены и обсуждены на Всесоюзной конференции "Теория и практика гидроразрыва пластов" (Ленинград, 1987), на Всесоюзной научно-технической конференции "Интенсивные и безотходные технологии разработки, месторождений угольной и сланцевой промышленности" (Караганда, 1989), VIII Всесоюзном совещании по управлению вентиляцией и газодинамическими явлениями в шахтах (Академгородок СО АН СССР, 1991), научной конференции "Неделя горняка" (Москва, 1994), а также на заседаниях ученых советов МакНИИ, КНИУИ, МГИ, технического совета производственного объединения "Карагандауголь", на научных семинарах и со-
вещаниях в Главном управлении техники безопасности, горноспасательных частей и охраны труда Минуглепрома СССР, в отделе дегазации МакНИИ и в Раменском отделении ВНИПИВэрывгеофизики.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 статей.
Объем работы. Диссертационная работа оостоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 52 наименований, содержит 207 страницы машинописного текста,в том числе 59 рисунков и 2Л таблиц.
Автор выражает благодарность коллегам и участникам выполненной работы: руководителю научного направления - проф., докт. техн.наук Ножкину Н.В., научному руководителю работы-проф. кафедры АОТ, докт. техн. наук Слаотунову СВ., научным сотрудникам Соколову А.Б., Ворошилову 0.0. и Карпову В.М. (МГГУ), начальнику управления, канд.техн.наук Швецу И.А., инженерам Боярчуку Н.К., Дутову В.А., Аргееву С.А., Романькову Н.В. (УСІІВД ПО "Карагандауголь"),кандидатам техн.наук Шарипову Н.Х., Ахметбекову Ш.У., Ли К.Д., Усенбекову М.С. и Атыгаеву Р.К. (КНИУИ) за помощь и активное участие в выполнении сложных экспериментальных работ, результаты которых использованы автором в настоящей работе.
