Дегазация угольного пласта применяется для предотвращения внезапных выбросов угля и газа в очистных и подготовительных забоях.

Контроль эффективности региональных способов предотвращения

Внезапных выбросов угля и газа.

     При применении в качестве способа предотвращения внезапных выбросов опережающей разработки защитных пластов контроля эффективности в защищенных зонах не требуется.

    Эффективность региональных способов предотвращения внезапных выбросов проверяется результатами прогноза в обработанных зонах. Исключение составляет контроль эффективности увлажнения в очистных забоях. Он осуществляется по значениям влажности угля, которые определяются в лаборатории по отобранным из потенциально выбросоопасных пачек угля пробам. Пробы отбираются через каждые 10 м по длине забоя в пределах наличия выбросоопасной структуры, при этом крайние пробы отбираются на границах ее распространения. Первый отбор производится после первого цикла выемки угля и повторяется не реже чем через расстояние между скважинами для увлажнения. На обработку проб и доведение результатов до главного инженера должно затрачиваться не более 1 сут. Мероприятие считается эффективным, если по всем отобранным в цикле пробам угля влажность составляет не менее 6 %. Если в какой-либо группе точек отбора проб или в одной точке получена величина влажности менее 6 %, то зона в пределах этих точек по длине лавы с запасом по 5 м в обе стороны (на глубину, равную расстоянию между скважинами для увлажнения) считается неэффективно обработанной. В этом случае главный инженер останавливает забой, и с помощью локального способа, основанного на увлажнении пласта, зона приводится в невыбросоопасное состояние.

 

Контроль эффективности способов предотвращения

Внезапных выбросов угля и газа при вскрытии пластов.

     Контроль эффективности способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа при вскрытии угольных пластов осуществляется по величине давления газа в контрольных скважинах, пробуренных для прогноза опасности.

    Критерием приведения вскрываемой зоны пласта в невыбросоопасное состояние является снижение скорости газовыделения в контрольный шпур до величины менее 2 л/мин.

 

 

Дегазация угольного пласта применяется для предотвращения внезапных выбросов угля и газа в очистных и подготовительных забоях.

Для дегазации угольного массива впереди очистных забоев (и забоев промежуточных штреков) скважины или вееры скважин бурятся из подготовительных выработок параллельно линии очистного забоя (рис. 2).

 При применении схемы 3.3, а конвейерный или откаточный штрек проводится с бурением барьерных разведочно-дегазационных скважин из боковых ниш (длиной 3 м и шириной 2 м), неснижаемое опережение забоя которыми должно быть не менее 10 м с каждого борта выработки.

По мере проходки конвейерного штрека бурятся восстающие дегазационные скважины, которые не добуриваются на 10 м до вентиляционного штрека. Если проектом предусмотрен промежуточный штрек, то он проводится с пересечением дегазационных скважин после завершения процессов дегазации и увлажнения пласта.

Рис. 2. Схемы дегазации угольного пласта:

1, 2, 3,4 - соответственно вентиляционный, конвейерный (откаточный), промежуточный и полевой штреки;

5, 6 - соответственно дегазационные и барьерные (разведочно-дегазационные) скважины.

 

 В соответствии со схемой 2, б скважины бурятся вниз вначале из вентиляционного, а затем из промежуточного штрека с перебуриванием проектных контуров соответственно промежуточного и конвейерного штреков на 5 м.

При применении схемы 2, б промежуточный штрек проводится с опережением конвейерного или откаточного штрека с бурением барьерных скважин. Из него бурятся дегазационные скважины вверх по наслоению с недобуриванием на 10 м до вентиляционного штрека и вниз по наслоению с перебуриванием на 5 м контуров будущего конвейерного или вентиляционного штрека.

Для предотвращения внезапных выбросов в забоях подготовительных выработок применяются следующие варианты дегазации.

Ограждающая дегазация (рис. 2, а). Из ниш, расположенных в шахматном порядке по бокам выработки, бурятся одна или более дегазационных скважин длиной, обеспечивающей неснижаемое опережение забоя с каждой стороны на 10 м.

Дегазация из ранее пройденных выработок (рис. 2, б; 2, в). Схема бурения дегазационных скважин выбирается в зависимости от схемы развития горных работ. При наличии близко расположенной (до 40 м), пройденной или опережающей параллельной выработки, в том числе и полевой, бурятся скважины или вееры скважин под прямым углом к проектируемой выработке в пределах ее предполагаемого сечения. При отсутствии такой выработки скважины бурят из ниш, сопрягающихся с проектируемой выработкой.

 На рис. 2 и 3 приведены отдельные типовые схемы предварительной дегазации.

На практике могут применяться сочетания различных вариантов дегазации.

Дегазационные скважины, как правило, должны подключаться к дегазационному трубопроводу.

Технология, параметры и оборудование для выполнения предварительной дегазации регламентируются Руководством по дегазации угольных шахт.

     Для интенсификации процесса дегазации может применяться гидроразрыв пласта, который осуществляется в соответствии с Руководством по дегазации угольных шахт.

Рис. 3. Основные варианты предварительной дегазации в целях предотвращения загазирований при локальной противовыбросной обработке и проведении выработки:

1, 2 - соответственно пройденные и проектируемые подготовительные выработки;

3, 4 - соответственно пробуренные и проектируемые скважины;

5 - дегазационный газопровод.

 

На дегазированных участках при проведении подготовительных выработок эффективность дегазации контролируется способом текущего прогноза выбросоопасности.

 

2. Локальные:

а)Гидрорыхление угольного пласта.

    Гидрорыхление основано на высоконапорном нагнетании воды в угольные пласты через скважины, пробуренные из забоев горных выработок. Сущность способа заключается в разрушении угля внутри массива водой под давлением, сопровождающимся разгрузкой и дегазацией призабойной части пласта.

    Область применения гидрорыхления ограничивается угольными пластами, на которых обеспечиваются бурение и герметизация скважин на заданную глубину, поступление воды в угольный пласт или отдельные его пачки.

Параметры гидрорыхления.

    К параметрам способа относятся: диаметр, длина и глубина герметизации скважин, расстояние между скважинами, величина неснижаемого опережения, количество воды, давление и темп нагнетания.

    Диаметр скважин 43-45 мм, длина скважин 6-9 м, глубина герметизации l _г = 4-7 м. Величина неснижаемого опережения принимается равной длине фильтрующей части скважин и составляет l _но = 2,0м. Рис.4.

       Эффективный радиус нагнетания воды в пласт составляет R _эф ≤ 0,8 l _г, а расстояние между скважинами не должно превышать 2 R _эф.

    Выемку угля после гидрорыхления допускается производить не более чем на глубину l _г.

    Темп нагнетания должен составлять ≥ 3 л/мин.

    Число скважин в подготовительной выработке должно быть не менее двух. Скважины бурятся на расстоянии 1 м от кутков с наклоном 5-7° в сторону массива.

    В очистных выработках с прямолинейной формой забоя скважины каждого последующего цикла гидрорыхления необходимо бурить между скважинами предыдущего цикла. В лаве скважины бурятся перпендикулярно забою.

    В комбайновых нишах на пологих пластах скважины необходимо бурить на расстоянии 1 м от кутков с наклоном 5-7° в сторону массива. Если при этом расстояние между устьями скважин превышает 2 R _эф, посредине ниши необходимо бурить третью скважину.

Технология гидрорыхления.

       Скважины для нагнетания воды бурятся на паспортную длину ручным сверлом, витой штангой под углом наклона, равным углу падения пласта. По окончанию бурения скважину очищают от штыба, вводят гидрозатвор шлангового типа с использованием удлинителя на расчётную глубину. Гидрозатвор с помощью высоконапорного шланга подсоединяют к высоконапорному насосу.

    Для нагнетания воды в угольный пласт используются высоконапорные установки УНГ, обеспечивающие необходимое давление и производительность. Нагнетание воды производится через одну или две скважины одной насосной установкой, расположенной на расстоянии не ближе 30 м от нагнетательной скважины. Перед началом нагнетания производится проверка высоконапорного водопровода на герметичность.

    На высоконапорном трубопроводе насосной установки, а также не ближе 15м от гидрозатвора установлены разгрузочные вентили-тройники.Регулированием первого вентиля-тройника обеспечивается плавное повышение или сброс давления при нагнетании; второй служит для сброса давления в магистрали при отключенной насосной установке.

    При открытом вентиле-тройнике насосная установка включается в работу, плавно закрывается вентиль-тройник и вода под давлением поступает в фильтрующую часть скважины.

    Нагнетание воды в пласт необходимо начинать плавным, в течение 3-5 мин, повышением давления до его максимального значения.

    Количество воды, закачиваемое в скважину, контролируется водомером, а давление манометром.      

Гидрорыхление считается законченным, если в скважину подано расчетное количество воды, а давление в высоконапорном трубопроводе снизилось не менее чем на 30% от максимального,достигнутого в процессе нагнетания.

       В случае прорыва воды из нагнетаемой скважины или на забой по трещинам, необходимо провести повторное нагнетание через скважину, пробуренную на расстоянии 2м от первой, при этом соседняя скважина должна быть затампонирована глиной. 

    На пластах, представленных несколькими пачками угля, скважины следует бурить по наиболее крепкой пачке. При наличии прослоев породы, разделяющих пласт на две угольные пачки, скважины следует бурить по наиболее мощной или по обеим пачкам, а количество воды необходимо определять из расчета на суммарную мощность угольных пачек.

    Для герметизации скважин необходимо применять рукавные гидрозатворы длиной не менее 2,5 м с использованием удлинителей, позволяющих устанавливать гидрозатворы на требуемой глубине. В случае если гидрозатвор длиной 2,5 м не обеспечивает надежную герметизацию скважин, применяются гидрозатворы большей длины. При использовании гидрозатворов длиной 2,5 м глубина скважин для гидрорыхления должна быть не более 7 м.

    Если на отдельных участках пласта не удается бурение и герметизация скважин на указанную глубину, или не удается выдержать предусмотренные проектом параметры нагнетания воды, то для перехода таких участков главный инженер шахты  может разрешить временное ведение работ при длине скважин 4-6 м и глубине герметизации 3-4 м.

Меры безопасности при гидрорыхлении.

       Оборудование и приборы, а также режимы и нормы их эксплуатации должны отвечать требованиям заводских инструкций. Состояние и работоспособность оборудования для нагнетания воды в пласт должны проверяться перед каждым циклом нагнетания лицом технического надзора, ответственным за нагнетание, и ежемесячно механиком участка. Результаты проверки отмечаются в “Журнале контроля и учета работ по нагнетанию воды в пласт”.

    Для предотвращения самопроизвольного выбрасывания гидрозатвора из скважины перед нагнетанием воды он прикрепляется гибкой связью (цепью, тросом) к элементу крепи.

    Люди, занятые нагнетанием воды, должны находиться на расстоянии не менее 30 м от нагнетательной скважины со стороны свежей струи.

    В очистных забоях на пологих пластах при выполнении гидрорыхления между местом нахождения людей, занятых нагнетанием, и местом установки насоса должна быть налажена переговорная связь.

    Запрещается:

    - соединять, разъединять и ремонтировать высоконапорную арматуру, если высоконапорный трубопровод находится под давлением;

    - эксплуатировать высоконапорный трубопровод при нарушении его герметичности;

    - оставлять без присмотра работающую насосную установку во время нагнетания воды.

б)Низконапорное увлажнение угольного пласта.

    Способ применяется при проведении подготовительных выработок для разупрочнения и увлажнения горного массива через передовую скважину, пробуренную по оси выработки. Технической задачей способа является повышение эффективности процесса обработки за счет поэтапного и равномерного воздействия на горный массив и увеличения радиуса обработки с учетом фильтрационно-коллекторских свойств массива.

    Способ нагнетания жидкости включает бурение скважин, герметизацию и нагнетание в них жидкости многоплунжерной насосной установкой. Вначале обрабатывают скважины жидкостью при давлении естественного впитывания до его стабилизации. После этого в скважины нагнетают жидкость в импульсном режиме до момента гидравлического разрыва пласта. Импульсы в каждую скважину подают со сдвигом по фазе.     Устройство для нагнетания жидкости в горный массив включает многоплунжерную насосную установку, имеющую нагнетательные и всасывающие клапаны, бак с жидкостью, магистраль подачи жидкости, контрольно-измерительную аппаратуру.

    Низконапорный насос включен в магистраль для подачи жидкости. Переключение с одного режима на другой происходит с помощью распределителей, каждый из которых своим первым входом соединен с выходом низконапорного насоса, другим входом - с нагнетательным клапаном соответствующего плунжера, а выход распределителя соединен с входом одного или нескольких герметизаторов скважин.

    К параметрам способа относятся: длина l _скв (не ограничивается) и диаметр d _скв= 60 мм, глубина герметизации скважин l _г≥5м, величина неснижаемого опережения l _но≥5м, норма подачи воды на 1 т угля q, давление Р _н и продолжительность нагнетания, количество воды Q, которое необходимо закачать в скважину

    Продолжительность нагнетания определяется временем закачки необходимого количества воды, определяемого счетчиком-расходомером.

Технология низконапорного увлажнения.

    Низконапорное увлажнение угольного пласта производится с применением схем, приведенных на рис. 5.

Рис. 5. Схемы низконапорного увлажнения пласта:

а - через передовую одиночную скважину 1;

б - через парные передовые скважины 2, 3;

в -через парные барьерные скважины 4, 5;

г - через парные барьерные скважины 6, 7 и 8, 9;

10 - граница увлажнения;

11 - водонепроницаемый породный прослоек;

1’- 9’ - скважины предыдущего цикла увлажнения.

 

       При увлажнении пласта через барьерные скважины нагнетание воды может производиться через обе скважины одновременно. Для повышения качества увлажнения нагнетание воды необходимо производить с перерывами на 1-2 ч в смену. Давление нагнетания и количество закачанной в скважину воды фиксируются каждый час.

в) Гидроотжим угольного пласта.

    Гидроотжим применяется при проведении подготовительных выработок на крутых и крутонаклонных пластах. Аппаратура для нагнетания оборудована дистанционным управлением.

    К параметрам гидроотжима относятся: длина шпура l_шп.= l _{г +} 0,3м, глубина герметизации шпура l _г= 2,0/5,5м, расстояние между шпурами     а=1,8 l _г,неснижаемое опережение l _но(для очистных–0,7/1,5м; для подготовительных–1,0/2,0м), максимальное Р _max и конечное Р _к давление нагнетаемой воды, темп нагнетания и продолжительность нагнетания.

    При мощности пласта до 1 м гидроотжим может осуществляться через один шпур, гидроотжим через два шпура может осуществляться в любых условиях (расположение шпуров в плане показано на рис. 6).

Рис. 6. Технологические схемы регулируемогогидроотжима:

а - при мощности пачки прочного угля не менее 1 м;

б -при любых условиях.

 

 

     Глубина герметизации шпуров гидроотжима l _г устанавливается в зависимости от обнажаемой забоем мощности пласта т _пл и мощности пачки (или пачек) нарушенного угля т _н в сечении выработки согласно табл. 6.1.

m пл, м	l г, м, при m н, м
	0,2	0,2-1	1-2	2-3	3-4
Менее 1	3,0	3,5	—	—	—
1-1	4,0	4,5	5,0	—	—
2-3	4,5	5,0	5,5	6,0	—
3-4	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5

 

    Длина шпура l принимается на 0,3 м больше глубины герметизации.

    Темп нагнетания V определяется в зависимости от мощности пласта т _пл по табл. 6.2.

т пл, м	V, л/мин
Менее 1	25
1-2	35
2-3	50
3-4	75

    Насосная установка выбирается в зависимости от необходимого темпа нагнетания.

Технология гидроотжима.

    Пульт управления гидроотжимом располагается у насосной установки и комплектуется водомером, манометром высокого давления и сливным вентилем на высоконапорном водопроводе.

    Насосные установки, предназначенные для гидроотжима, должны иметь производительность не менее 30 л/мин и располагаться на свежей струе воздуха на расстоянии не менее 120 м от забоя выработки.

    Шпуры для гидроотжима должны быть пробурены в пачке пласта, в которой достигается их качественная герметизация. Для обеспечения качественной герметизации шпуры могут быть пробурены через породную пробку. Шпуры должны располагаться в направлении движения забоя.

    При выполнении гидроотжима концы шпуров должны выходить на 0,5 м за контур выработки.

    Пункты замера выдвигания пласта располагаются на расстоянии 0,5 м от левой и правой сторон забоя и в середине между шпурами.

    Замер величины выдвигания пласта производится по смещению забивных реперов или реперов в шпурах длиной 0,3-0,7 м.

    Для герметизации шпуров используются рукавные гидрозатворы, рассчитанные на давление 200-400 кгс/см². Длина уплотнительного участка гидрозатвора должна быть не менее 1,25 м.

    При использовании для гидроотжима двух шпуров более эффективным является нагнетание воды одновременно через оба шпура.

    Перед началом нагнетания воды в пласт производится опробование высоконапорного водопровода на герметичность.

    При снижении давления нагнетания до Р _к насосная установка выключается, перекрывается низконапорный водопровод и открывается на слив высоконапорный. Затем замеряется величина выдвигания пачки нарушенного угля по контрольным реперам.

    Для предотвращения загазированийв процессе нагнетания воды в 15-20 м от забоя устанавливается дополнительный датчик контроля концентрации метана, отключающий электродвигатель насосной установки при достижении заданного порога срабатывания, равного 1 %.

    Если этого мероприятия недостаточно для предотвращения загазирований, то применяется предварительное увлажнение массива перед выполнением гидроотжима.

Меры безопасности при гидроотжиме.

    В период нагнетания воды в пласт в выработках, расположенных на исходящей струе воздуха, запрещается ведение взрывных работ.

    Во время нагнетания воды запрещается нахождение людей между насосной установкой и забоем выработки.

    Места нахождения людей должны быть оборудованы отводами сжатого воздуха или средствами жизнеобеспечения.

    Осмотр забоя допускается после отключения насоса при содержании метана в выработке менее 1 %.

    Работы по выемке угля в обработанной части пласта допускаются не раньше чем через 30 мин после завершения гидроотжима.

    Перед началом гидроотжима отставание постоянной крепи от забоя не должно превышать 0,4 м. Рамы крепи должны быть прочно расклинены в массиве и между собой. Перетяжка бортов и кровли выработки должна быть сплошной, а забой выработки должен быть затянут или огражден прочным предохранительным щитом вплотную к забою. Рама крепи, удерживающая щит, должна быть закреплена не менее чем четырьмя анкерами в борта выработки.