автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Совершенствование параметров технологии гидродинамического воздействия для управления эффективностью и равномерностью обработки угольных пластов

Государственный комитет СССР по народному образованию

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи

РУДЕНКО Андрей Михайлович

УДК 622.817.47 + 622.324.5 (043.3)

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ И РАВНОМЕРНОСТЬЮ ОБРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 05.15.02 — «Подземн?^ разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. ГУРЕВИЧ 10. С.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. АЙРУНИ А. Т., ■канд. техн. наук, в. н. с. БУХНЫ Д. И.

Ведущее предприятие — 'производственное объединение по добыче угля «Ленинскуголь».

В .... па^. иа пни СОВСТЗ

К-053.12.02 в Московском горном институте (117935, Москва, Ленинский проспект, 6). ' .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

1991 г.

п

Автореферат разослан

1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, доц. ГУРЕВИЧ 10. С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие подземной разработки угольных месторождении неразрывно связано с повышением концентрации и интенсификацией ведения горных работ. В условиях Карагандинского бассейна, где размеры шахтных полей невелики, несмотря на пологое залегание пластов, углубление горных работ происходит с высокими темпами. Переход на большие глубины сопровождается ухудшением условий ведения горных работ: усиливаются проявления горного давления, увеличивается газообильность горных выработок за счет роста газоносности пластов. В настоящее время только на трех шахтах бассейна из 26 относительная газообильность составляет менее 10 м3/т суточной добычи. Многие шахты при глубинах разработки свыше 400—500 м отнесены к опасным по выбросам угля и газа.

Это выдвигает необходимость проведения мероприятий, позволяющих эффективно подготавливать угольный пласт к эксплуатации. Из перспективных мероприятий наиболее действенными являются способы воздействия, повышающие проницаемость угольного пласта. В качестве одного из них применяется способ гидродинамического воздействия через скважины с поверхности, предложенный и разработанный в МГИ Ножкиным Н. В. В то же время применение данного способа во многих случаях, особенно с ростом глубины, не позволяет равномерно обработать участки пласта на периферии зоны воздействия и между скважинами. Кроме того, эффективность обработки уменьшается с глубиной из-за снижения устойчивости, а следовательно, и проницаемости систем трещин. Актуальность решения проблемы равномерной обработки пласта и улучшения технико-экономических показателей ведения горных работ на больших глубинах в Карагандинском бассейне связана с тем, что основные запасы углей находятся на глубинах 400—500 и свыше 600 м, а средняя глубина шахт в настоящее время составляет 450 м.

Проведенные в последние годы экспериментальные работы показали, что повышение равномерности и эффективности обработки пластов возможно за счет управления процессами

взаимодействия встречных потоков жидкости от одновременно работающих в режиме фильтрации подземных скважин н повышения устойчивости и проницаемости раскрытых в про цессе гидродинамического воздействия через скважины с поверхности систем трещин.

Однако закономерности развития трещин в угольном пласте при взаимодействии одновременно работающих скважин с поверхности и проблемы устойчивости трещин при длительной эксплуатации практически не изучены.

В связи с вышеизложенным, повышение эффективности и равномерности обработки газоносности угольных пластов на глубоких горизонтах путем совершенствования параметров гидродинамического воздействия через скважины, пробуренные с поверхности, является актуальной для угольной промышленности научной задачей.

Цель работы — установление закономерностей развития, взаимодействия и реологического поведения трещин для совершенствования параметров технологии гидродинамического воздействия на угольные пласты, обеспечивающих равномерную и эффективную их обработку по площади.

Идея работы заключается во взаимодействии встречных потоков жидкости в системе раскрывающихся трещин и повышении их долговременной устойчивости, позволяющих повысить равномерность и эффективность обработки угольных пластов.

Научные положения, разработанные лично соискателем, их новизна:

взаимодействие встречных потоков жидкости от одновременно работающих скважин обеспечивает повышение давления в единой гидравлической системе раскрывающихся трещин и уменьшение расстояния между соседними магистральными трещинами.до размера мощности пласта;

за счет скачкообразного роста в зонах гидродинамического воздействия скорости установившейся ползучести угля пласта К\2, залегающего на глубинах свыше 500—550 м в Карагандинском бассейне происходит смыкание раскрытых трещин, что определяет область применения закрепляющего материала для повышения их устойчивости;

управление процессом гидродинамического воздействия через скважины с поверхности, повышение равномерности и эффективности обработки угольного пласта по площади достигается за счет регулирования параметрами воздействия через нагнетательные и подпорные скважины, заложенные с учетом горно-геологических и горнотехнических факторов на данном участке шахтного поля.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована:

удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных зависимостей зияния трещин и дебита скважин от глубины залегания угольного пласта (расхождение в пределах 10—25%);

представительным объемом (три шахты, 19 скважин) статистических исследований неравномерности обработки для различных глубин и динамики газовыделения.

Научное значение работы состоит в выявлении закономерностей развития, взаимодействия и реологического поведения трещин для обоснования принципов управления гидродинамическим воздействием на угольные пласты в условиях глубоких горизонтов шахт.

Практическое значение работы заключается в разработке технологических схем и параметров гидродинамического воздействия на угольные пласты в каскадном режиме, обеспечивающих равномерную и эффективную их обработку по площади с учетом нарушенное™ и стадии разработки шахтного поля.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Технологические схемы гидродинамического воздействия на угольные пласты в каскадном режиме и их параметры использованы при разработке проектов заблаговременной подготовки VI горизонта ш. «Сокурская» и горизонта ±0 резервного участка ш. «Чурубай-Нуршюкая» ПО «Карагандауголь».

Расчетный экономический эффект от реализации проектных решений по ш. «Чурубай-Нуринская» составит 72,4 тыс. руб.

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и одобрены на Всесоюзной научно-техннческой конференции «Интенсивная и безотходная технология разработки угольных и сланцевых месторождений» (Москва, 1989 г.); заседании лаборатории «Управление состоянием угольных пластов и вмещающих пород» КНИУИ (Караганда, 1990 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научные работы.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 202 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 12 таблиц, список литературы из 128 наименований и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Углубление <н концентрация горных работ, ухудшение горно-геологических условий выдвигают необходимость проведения мероприятий по равномерной и эффективной подготовке

по «газовому фактору» угольных пластов к эксплуатации. В качестве та^их мероприятий служат активные способы воздействия, начало которым положено в 1956 г. акад. А. А. Ско-чинским. Большой вклад в создание и совершенствование различных способов воздействия ©несли такие видные ученые, как А. Т. Айруни, А. С. Бурчаков, 10. Ф. Васючков, А. И. Ксенофонтова, Э. М. Москаленко, Н. В. Ножкин, И. В. Сергеев, О. И. Чернов, С. А. Ярунин н др. Анализ показывает, что наиболее действенными являются способы, повышающие проницаемость угольного пласта.

Достаточное распространение на шахтах Карагандинского и Донецкого бассейнов нашел способ гидродинамического воздействия, предложенный и разработанный Н. В. Ножкиным. В то же время применение данного способа во многих случаях, особенно с ростом глубины, не позволяет равномерно обработать участки пласта на периферии зоны воздействия скважин. Исследования Д. И. Бухны, Ю. Ф. Васючкова, Г. Л. Когана, А. С. Цырюльникова, С. А. Ярунина, основанные на представлении угольного пласта как блочно-трещино-ватой среды и развитые применительно к гидродинамическому воздействию Ю. С. Гуревичем, показывают, что неравномерность обусловлена большими размерами блоков угля в периферийных зонах и зависит от скорости газоотдачи из этих участков. Выполненный нами анализ показывает, что с увеличением глубины залегания разрабатываемых пластов, изменением их природных фильтрационных свойств происходит повышение неравномерности обработки периферийных зон и уменьшение радиуса влияния скважин. На основе анализа также было получено, что с углублением горных работ эффективность дегазации пласта с использованием гидродинамического способа снижается, а дебиты из обработанных скважин не достигают расчетных значений. Поскольку на этих глубинах величина горного давления приближается к пределу прочности углей на сжатие, имеются веские основания предположить снижение в этих условиях устойчивости трещин в поле действия естественных сжимающих напряжений. Такие предположения подтверждаются результатами са-моизлива жидкости после проведения гидродинамического воздействия и непродолжительной (в течение 2—3 мес) стабильностью дебита скважины после воздействия на угольный пласт газообразным агентом.

Проведенные в последнее время экспериментальные работы показали, что повышение равномерности и эффективности обработки пластов возможно за" счет управления процессами взаимодействия встречных потоков жидкости от одновременно работающих в .режиме фильтрации! подземных скважин и повышения устойчивости и проницаемости раскрытых в процессе гидродинамического воздействия через скважины с по-

верхности систем трещин на весь срок работы скважин. Однако закономерности развития трещин в угольном пласте при взаимодействии одновременно работающих скважин и проблемы 'ИХ устойчивости при длительной эксплуатации практически не изучены, что затрудняет практическую реализацию каскадного воздействия.

В связи с этим в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

установить закономерности развития и взаимодействия трещин внутреннего давления в угольном пласте при распространении встречных потоков жидкости;

уточнить закономерности реологического поведения раскрытых в процессе гидродинамического воздействия систем трещин;

определить рациональные параметры технологических схем каскадного воздействия на угольные пласты через скважины с поверхности, обеспечивающие управление равномерностью и эффективностью обработки;

разработать технологические схемы каскадного гидродинамического воздействия в условиях заблаговременной подготовки участка пласта, наличия горных работ и геологических нарушений;

провести технико-экономическую оценку способа и разработать рекомендации по области эффективного использования.

В результате проведенного теоретического анализа развития под воздействием нагнетаемой жидкости систем трещин в угольном пласте в качестве критерия развития трещин принимается достижение концентрации напряжений критического значения с при оценочной величине удельной поверхностной энергии 10 Н/м.

Геометрия раскрываемой системы трещин определяется прежде всего свойствами среды и взаимодействием прорастающих трещин. На основе анализа последних работ, выполненных в ИППММ АН УССР, выявлены закономерности взаимодействия трещин при их встречном движении в угольном пласте, проявляющиеся при расстоянии между ними менее двух мощностей пласта.

В результате перекрытия развивающихся трещин образуется единая гидравлическая система, в которой жидкость находится под давлением, приближенным к давлению на скважине. Повышение давления жидкости в единой системе способствует росту и ветвлению второстепенных трещин на периферийных участках.

Проведенные нами аналитические исследования по оценке расстояний между растущими трещинами позволили определить минимальный размер блока, оконтуриваемого системой трещин в процессе гидродинамического воздействия. Получе-

но, что характеристический размер блока в зоне скважины непосредственно связан с мощностью пласта. Для достижения того же размера блока на большей глубине необходимо пропорциональное повышение давления в системе трещин.

Выполненная с учетом характеристического размера блока оценка дебита скважин существенно выше достигнутых фактических результатов, что может объясняться увеличением размеров блоков на периферии обработки, снижением проницаемости трещин и неравномерностью обработки по площади. Для снижения такой неравномерности может служить регулирование параметрами нагнетания на соседних скважинах.

Важным фактором снижения газоносности угля в процессе подготовки пласта к эксплуатации является устойчивость раскрытых при гидродинамическом воздействии трещин. С целью выявления области устойчивости трещин с глубиной нами были проведены лабораторные исследования на угольных образцах, отобранных в Карагандинском бассейне, по методике, разработанной совместно с ИГД им. А. А. Скочин-■ского. В ходе проведенных исследований установлено, что для угольного пласта Км на Промышленном и Саранском участках Карагандинского бассейна в поле действия естественных сжимающих напряжений при глубинах свыше 500— 550 м происходит полная потеря устойчивости трещин. В качестве средства для повышения их устойчивости может служить закрепление песком или другим закрепляющим материалом, доставляемым в угольный пласт жидкостью-песконоси-телем.

Анализ показывает, что в основе теорий, описывающих движение жидкости-пеоконооителя по трещине, используется допущение о снижении турбулентности погока с удалением от скважины. Заполнение трещины осевшими частицами способствует повышению равномерности гидродинамического воздействия. Проницаемость заполненных трещин при. освоении ■скважин определяется сечением открытого канала над осевшим леском и .проницаемостью самого закрепляющего материала в поле сжимающих напряжений. Использование песка крупной и средней фракции (диаметром не менее 0,63 мм) по данным ВНИИнефть позволяет обеспечить достаточную проницаемость трещин (свыше (3-=-5) • 103 .мД) и ¡пласта.

Анализ геологических и горнотехнических данных Карагандинского бассейна позволяет выявить объекты для проведения испытаний технологии каскадной 'обработки угольных пластов. В .качестве объектов в условиях действующих горизонтов шахт ¡выбраны угольные -пласты К\2, К\о и Кт, залегающие на глубинах 530—750 м на поле ш. «Сокурская». Высокая природная газоносность пластов (от 14,6 до 15,8 м3/т) сдерживает нагрузку на очистные и подготовительные забои.

В условиях нетронутого 'массива выбран угольный пласт /Сю, залегающий «а глубине 515—525 м на резервном участке поля ш. «Чурубай-Нуринокая». Природная газоносность пласта составляет 19,1 м3/т. Заложение скважин с поверхности осуществлялось с учетом теоретических предпосылок о взаимодействии встречных потоков жидкости и направлений естественной трещиноватости угольных пластов.

Воздействие на пласт /Сг «а поле ш. «Сокурская» проводилось через скважины 20 и 21. Скважины 18 и 19 поначалу оставались открытыми и на них .проводились замеры уровня жидкости. После нзлива жидкости скважины закрыли, а для замеров устьевого давления были использованы манометры. При обработке пласта /Сю скважины 20 и 21 использовались как нагнетательные, а скважины 18 и 19 — как подпорные. Назначение подпорных скважин состоит в создании противодействия лотоку жидкости от нагнетательных скважин. Основные -показатели каскадного и сравниваемого одиночного воздействия ¡представлены в табл.

В результате -проведенных экспериментов без закрепления трещин песком была доказана техническая осуществимость технологии .каскадного воздействия. Установлено, что за счет взаимодействия встречных потоков в единой гидравлической системе трещин давление на скважинах каскадного воздействия на 1—4 МПа превышает давление на одиночных -скважинах. Использование апробированной методики гидродинамических испытаний скважин позволило выявить техническую эффективность каскадного воздействия по снижению' фильтрационных сопротивлений пласта. За сч-ет равномерной обработки угольного пласта достигается более высокий (на 30—70%) уровень газовыделен-ия по сравнению со скважинами одиночного воздействия.

Для повышения устойчивости трещин за счет заполнения их закрепляющем -материалом на поле ш. «Сокурская» через скважину 17 была реализована технология каскадного воздействия -на -пласт Кп водопесчаной смесью, основные -показатели которого представлены в табл. Для более эффективной обработки пласта воздействие проводилось с использованием подпорных скважин (»рис. 1). Управление равномерностью воздействия по -площади осуществлялось следующими способами:

-использованием пяти соседних подпорных скважин, создавая в пласте противодействие потоку водопесчаной смеси. Поочередное открытие подпорных скважин за счет уменьшения давления в зоне открытой скважины способствовало направленному распространению жидкости от соседних работающих окваЖин;

поэтапным нагнетанием песка, создавая условия для оседания песка в основание трещины и способствуя раскрытию других систем трещин на очередном этапе нагнетания;

Основные показатели гидродинамического воздействия на угольные пласты

Таблица

Шадта

№ •айв.

Индекс /пласта, м

¿Мощность пласта, м

Глубина залегания пласта, м

Объем закачки

общий, м3

количе- 'количе-

ство ство

ХАВ, т ПАВ, кг

количе-атво, ^песка, т

Темп закачки XI О-3, и3/с

максимальный

средний

Давление на забое скважины, Л1Па

максимальное

«Сокурская»

«Чурубай-Нуринская»

Одиночное воздействие

12 Кг 4,2 060,0 5800 64 490 _ 52,2 48,0 23,6

13 К7 4,0 602,6 4950 00 490 — 04,2 52,9 21,6

14 к7 4,8 657,2 5120 00 490 — 59,0 50,7 19,0

15 К7 5,0 654,0 5190 00 490 — 60,9 59,2 21,0

18 К 7 4,4 703,2 5120 00 490 — 51,2 49,9 21,5

19 Кт 4,0 695,4 4920 00 490 — 52,6 51,0 23,0

22 К? 4,4 745,6 5330 60 490 — 110,0 104,5 23,1

14 К.,0 5,0 591,6 4265 48 360 — 49,2 47,0 19,1

15 *10 6,4 589,0 4108 50 400 — 49,2 48,1 19,1

18 К ю 5,0 034,4 4105 - 50 400 — 49,2 48,1 18,3

19 К\о 5,0 029,8 4170 00 400 — 58,0 49,7 21,9

23 К\о 5,0 664,0 4170 90 340 — 58,0 54,0 ¡9,1

Каскадное воздействие

20 Кг 4,0 715,0 5095 00 490 _ 65,4 55,0 24,6 22,9

21 К, 5,2 721,2 . 4925 00 490 — 57,6 52,5 25,0 24,0

20 /Сю 4,8 053,3 4195 50 400 — 58,0 50,0 19,5 19,1

21 Кщ 5.2 655,2 4095 50 400 —. 00,8 58,5 19,8 18,4

17 К\2 6,0 571,2 3500 — — 93 52,0 33,5 53,5 25,7

4 К10 5,2 523,8 2705 — 300 117 02,0 33,5 — —

изменением в процессе нагнетания концентрации водопес-чаной смеои, способствуя равномерному заполнению трещин и раскрытию других систем трещин;

повышением ¡крупности закачиваемого песка, обеспечивая условия для равномерного съема газа из -пласта в процессе последующего освоения.

В ходе обработки пласта на основе замеров давления па скважине 17 получено, что при невысоких темпах нагнетания происходило заполнение трещин песком и раскрывались другие системы трещин. Для более эффективной обработки пласта закачку смеси в случае отсутствия загустителя необходимо проводить при повышенных темпах нагнетания (не ниже 60-10-3 м3/с), а с использованием маловязкой жидкости — с темпом не ниже 45-10-3 м3/с. Концентрация песка в смеси яри этом может быть увеличена до 100 кт/м3. При этом изолируются все не участвующие в обработке пласты.

Для проведения технологии каскадного воздействия в условиях заблаговременной подготовки угольного пласта намечена обработка пласта /Сю на резервном участке поля ш. «Чурубай-Нуринская». Нами совместно с КНИУИ выполнено проектирование гидродинамического воздействия на выбранном экспериментальном участке. Поэтапное нагнетание намечено проводить через группу из четырех скважин с закреплением раскрываемых трещин песком. Основные проектируемые показатели процесса для одной из скважин представлены в табл. Для оценки технической эффективности предусмотрено использование гидродинамических исследо-ван/ий.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, существующих и апробированных в шахтных условиях технологий и параметров одиночного и каскадного воздействия сформулированы требования и принципы конструирования технологических схем каскадного воздействия, последние заключаются в следующем:

1) обеспечение высокой пропускной способности и расхода рабочей жидкости и закрепляющего материала вдоль всей транспортной системы (водосборник —сеть трубопроводов — скважины, пробуренные с поверхности);

2) соблюдение последовательного восходящего порядка обработки свиты пластов;

3) управление равномерностью обработки пласта за счет:

конкретного размещения сетки скважин вдоль направлений наиболее выраженной естественной трещиноватости угольных пластов;

регулирования режима нагнетания на участвующих в обработке скважинах, взаимного сочетания нагнетательных п подпорных скважин;

использования природной анизотропии участков пласта с геологической нарушенностью, создание искусственных слабопроницаемых участков;

изменения в процессе воздействия параметров .нагнетания на отдельно взятой скважине, включая параметры 'нагнетания маловязкой жидкости и жндкости-песконосителя, скорость изменения темпа нагнетания л др.;

4) использование оптимальных значений основных параметров воздействия после анализа результатов решения на ЭВМ модели развития ¡процесса и сравнения с результатами подземных горных работ.

В соответствии с полученными принципами были разработаны технологические схемы каскадного воздействия, отличающиеся между собой не только количеством вовлеченных скважин, «о и размерами области воздействия, возможностью регулирования равномерностью обработки пластов, количеством одновременно работающего оборудования (рис. 2). Разработка схем, включающих схемы размещения скважин и параметры воздействия, проводилась по трем основным на-лравлениям: в условиях заблаговременной ¡подготовки шахтного ¡поля, действующих горизонтов шахт и при наличии гео-лоп I ч ее к,и х нарушений.

При обработке угольных пластов, у которых при величинах горного давления, близких ¡к ^пределу прочности угля на сжатие, скачкообразно увеличивается скорость установившихся пластических деформаций, ¡необходимо ¡проведение комплексного каскадного воздействия. Такое воздействие включает равномерное раскрытие систем трещин, увеличение проницаемости ¡пласта и ввод закрепляющего материала с .постепенным повышением его крупности.

Область применения технологическихсхем каскадного воздействия с последующим извлечением метана включает в себя:

мощные и средней 'мощности угольные .пласты с высокой газоносностью' (более 15 м3/т), залетающие на больших глубинах;

пласты, обладающие высокими пластическими свойствами (скорость установившейся ползучести увлажненных углей .превышает 1 -10-3 сут -1);

низкопроницаемые угольные 'пласты с высокой степенью фильтрационной анизотропии;

участки пласта с пликативной и незначительной .-дизъюнктивной нарушенностью.

Анализ «Генеральных схем раскройки шахтных полей Карагандинского бассейна в XII .пятилетке и последующий период до 2000 г.» позволил выявить .перспективные объекты применения технологических схем.

Ю

Чугрп-{3 лГРПНЧ

ГР1Ы5

ГРП

■ъ

ГРГН8,

^ -

ГРП-20 ГРП-21

О О

подпорная скванина нагнетательная скважина направление трещиноватости

ГРГЫ6

ГРП-23

ГРП-24 О

ГРП-25

О

ГРП-26

- ГРР-22

[у* I- ранее зафиксированная гидросбойка

Рис.1 Технологическая схема водопесчаной обработки пласта К^ через

скважину 17 на поде- шахты "Сокурскан"

я о

го св

а §

о 3

го

о X

сэ

я ш о к ш

о п о

в о

ЕЯ

о

н

(Я

ьз а

л>

«Р О

I о г, Г

а р>

та»

о

3 5Г1 си Й

о 5 5

ь. »а

л ¡о

с

Д: О

О

о. К : о » : о> I си

ГО сп.

а «£

ск> С

Э

о г о

«а

С

"54 Я о* О ш а. а ш 1°» ■ К ГО с X с у> <л г« к го с т» о '3 го •Й с ¿5, - § * № О •"> Е н С 1Ъ .2. * г

\ - \° хч о о ^ о о о о О 0 о © о о 0 С О О о о о о о о о о О О о г» 5,3 о с К о • § X го X с <0

0 1 СА ьп 01 По са 0 1 35 о 1 о» о> да Й Го ¡5 ■ гч> со Ль 9|1 ^ р с <П Ь» х; Л» О- о " о З^з О £ <го е о н

0, - (0,25*1,00)4 0К = {о,25+т).-$ "1 1 А Л о о 5 => Р о Й "О е О е О» 3 о; т» л £ С. га 3 г» и

% = 5*10 * ^ 5 1 5» ¿1 1 V*« .

Рк -((0-',2)Р Р*-(1,0+1,3)Р г г з .¡5 3 I •§ о

Разработанная в диссертационной работе технологическая схема каскадного воздействия использована в проектных решениях по обработке угольного пласта К\о на поле шахты «Чурубай-Нуринская» 'производственного объединения «Карагандауголь». Применение схемы позволит снизить газообнльность выработок и обеспечить эффективное п безопасное ведение горных работ. Годовой ожидаемый экономический эффект от применения каскадного гидродинамического способа воздействия на угольный пласт составит 72,4 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной для угольной промышленности научной задачи повышения эффективности и равномерности обработки газоносных угольных пластов на глубоких горизонтах шахт с использованием гидродинамического воздействия через скважины, пробуренные с поверхности, в каскадном режиме.

Основные научные выводы и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. С увеличением глубины залегания пластов при проведении подготовительных и очистных работ на обработанном через скважины с поверхности участке пласта наблюдается закономерное ухудшение качества гидравлической обработки периферийных зон, проявляющееся в уменьшении радиуса' воздействия и росте неравномерности газовыделения.

2. Взаимодействие развивающихся трещин проявляется при расстоянии между ними менее двух мощностей пласта и определяется их взаимной ориентацией. Прорастание новых трещин в поле напряжений уже существующих возможно на расстоянии не менее мощности пласта. Вследствие этого характеристический размер блока, на который угольный ¡пласт разделяется системой магистральных трещин, непосредственно связан с мощностью пласта. Для достижения того же размера блока на большей глубине необходимо пропорциональное повышение давления в системе трещин.

3. Перекрытие систем трещин при движении встречных потоков жидкости от одновременно работающих скважин, пробуренных с поверхности, приводит к повышению' давления в единой гидравлической системе н способствует раскрытию второстепенных трещин и уменьшению размера блока в 'межокважинной зоне, т. е. на периферии зоны воздействия.

4. При величинах горного давления, близких к пределу прочности угля на сжатие, скачкообразно увеличивается скорость установившихся пластических деформаций углей (для

И

неувлажненных в 5 раз, для увлажненных в 2,5-103 раз). Это привадит при величине поперечной деформации свыше 3,2% « уменьшению зияния трещин и .полной потере их устойчивости.

5. Установлено, что для пласта К\2 на Промышленном и Саранском участках Карагандинского бассейна применение закрепляющего материала для повышения устойчивости трещин целесообразно, начиная с глубин 500—550 м.

6. Заполнение трещины осевшими частицами способствует повышению равномерности гидродинамического воздействия. Проницаемость заполненных трещин определяется сечением открытого канала над осевшим леском и .проницаемостью самого закрепляющего материала в поле сжимающих напряжений. Использование песка крупной и средней~фракции (диаметром не менее 0,63 мм) позволяет обеспечить достаточную проницаемость трещин (свыше (3-f-5)-103 мД) и пласта.

7. В ходе натурного опробования гидродинамического воздействия в каскадном режиме на поле ш. «Сокурская» с закреплением и без закрепления трещин песком реализована технология управления равномерностью обработки угольных пластов по площади путем использования нагнетательных и подпорных скважин и регулирования параметрами нагнетания через соседние скважины. Доказана техническая осуществимость технологии .каскадного воздействия за счет взаимодействия встречных потоков в единой гидравлической системе трещин. Установлено, что давление на скважинах каскадного воздействия на 1—4 МПа .превышает давление на одиночных скважинах. Каскадное воздействие более эффективно по сравнению с одиночным по уменьшению фильтрационного сопротивления пласта. За счет равномерной обработки угольного пласта при каскадном нагнетании превышение газовы-делення по сравнению с однночны'ми скважинам« составляет 30—70%. Заполнению трещин песком и равномерному раскрытию' систем трещин способствовало поэтапное нагнетание водопесча.ной смеси в каскадном режиме.

8. Разработана технология обработки угольных пластов при заблаговременной подготовке, включающая гидродинамическое воздействие в каскадном режиме и закрепление трещин .песком, которая вошла составной частью в проект подготовки горизонта ±0 и резервного участка поля ш. «Чуру-бай-'Нуринская» ПО «Карагандауголь».

9. В соответствии со сформулированными основными принципами конструирования разработаны технологические схемы и обоснованы параметры гидродинамического воздействия в каскадном режиме в условиях как заблаговременной подго-

товкп шахтного поля, так и действующих горизонтов шахт, а также'.при наличии геологических нарушений. Реализация проектных решений позволит получить экономический эффект 72,4 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Руденко А. М. Совершенствование технологии каскадного воздействия на угольные пласты для добычи метана.— В сб.: Комплексное освоение угольных месторождений.— М. МГИ, 1989,— С. 85—87.

2. Егоров А. Г., Руденко А. М. Закономерности ¡возникновения системы трещин в угольном пласте при гидрорасчлене-нии.//Интенсивная и безотходная технология разработ'--' угольных и сланцевых месторождений. Материалы Ьоес. науч.-техн. конф,— М.: МГИ, 1989,—с. 34—35.

3. Гуревич Ю. С., Руденко А. М. Закономерности движения водопесчаной смеси по трещинам гидрорасчленепия.— М.: МГИ, 1990,—12 е.: ил,—Деп. в ЦНИЭИуголь.

4. Руденко А. М. Изменение показателей зффективност" гидродинамического воздействия на угольные пласты с г. .;-биной.— В сб.: Перспективы развития технологии разработки угольных месторождений.— М: МГИ, 1990.— С. 77—79.

Подписано п печать 23.01.1991 г.

Объем 1 печ. л.+ 2 вкл. Тираж 100 экз.

Формат 60x90/16 Зак. № 57

Типография Московского горного института. Ленинский пр., 6