автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии заблаговременной дегазации угольных пластов для их экономичной и безопасной разработки

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский государственный горный университет

На правах рукописи

ГОРБУНОВ Сергей Михайлович

УДК 622.831.325.3(574.31)

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАБЛАГОВРЕМЕННОЙ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ДЛЯ ИХ ЭКОНОМИЧНОЙ И БЕЗОПАСНОЙ РАЗРАБОТКИ

Специальность 05.26.01 —«Охрана труда и пожарная безопасность»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Московском государственном горном университете и Управлении «Спецшахтомонтаждегазацня» производственного объединения «Каратандауголь».

Научный руководитель докт. техн. наук СЛАСТУНОВ С. В.

Официальные оппоненты: проф., докт. техн. наук МЕДВЕДЕВ И. И., канд. техн. наук СТАВРОВОКИЙ В. А.

Ведущее предприятие — КНИУИ.

Защита диссертации состоится » 1994 г.

в /Д. час. на заседании специализированного совета К.-053.12.02 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский пр., 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «

» . . 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, вед. научн. сотр. КОРОЛЕВА В. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время дегазация угольных пластов и вмещающих пород является неотъемлемой частью технологии угледобычи для большинства угольных шахт страны. Удельный вес газовых шахт в настоящее время составляет более 80%. Углубление и интенсификация горных работ сопровождается ростом газообилыюсти шахт, что приводит к повышению затрат, снижению производительности труда, недоиспользованию основных производственных фондов. Неблагоприятный характер носит динамика травматизма от взрывов газа и пыли, при удушьях и отравлениях. Периодически имеют место крупные взрывы метана, влекущие за собой тяжелейшие социальные и экономические последствия. В этих условиях особую значимость приобретают способы аффективной дегазации угленосной толщи на планируемых к разработке шахтных палях, горизонтах как средства повышения производительности труда и безопасности работ в угольных шахтах. Важное значение вопросы дегазации имеют для Карагандинского угольного бассейна, одного из ведущих в СНГ по концентрации горных работ и уровню механизации процессов, большинство шахт которого отнесены к сверхкатегорным.

Применяемый на ряде шахт бассейна способ заблаговременной дегазации шахтных полей, имеющий несомненные принципиальные потенциальные преимущества и осуществляемый о помощью скважин с поверхности для повышения проницаемости угольных пластов путем их гидрорасчленения, с углублением и интенсификацией горных работ не всегда обеспечивает необходимую глубину дегазации угленосной толщи в приемлемые для горного производства сроки. В связи с изложенным разработка усовершенствованной технологии заблаговременной дегазации угольных пластов, обеспечивающей экономическую состоятельность работ за счет быстрого ввода скважин в эксплуатацию и существенное снижение газовыделения в горные вырайотки, является актуальной для угольной промышленности задачей.

Цель работы состоит в установлении механизма и эакономер-

костей движения двухфазных газожидкостных потоков в угольном пласте для совершенствования технологии его заблаговременной дегазации через скважины с поверхности, позволяющей интенсифицировать извлечение газа, повысить глубину дегазации, экономичность и безопасность горных работ.

Идея работы заключается в использовании энергии нерастворимого в воде газообразного рабочего агента (азота) для интенсификации выноса воды в процессе освоения скважин после гидрорасчленения угольного пласта.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

- активное воздействие на высокогазоносный угольный пласт рабочими жидкостями путем применения циклического гидрорасчленения, отличающееся чередованием закачек порций жидкости и нерастворимого в ней газа и позволяющее в определенных горно-геологических и горнотехнических условиях достичь углубления дегазации и интенсифицировать извлечение метана на поверхность;

- метод расчета энергетического состояния комплексного рабочего агента "жидкость-газ" в соответствующих газодинамических условиях дегазируемого пласта и методика расчета основных параметров циклического гидрорасчленения, отличающаяся учетом степени аэрации рабочего агента, эмпирической величины давления гидрорасчленения в конкретных условиях и базирующаяся ка Определении необходимой величины работы, совершаемой нерастворимым в воде газом по выносу последней на поверхность;

- общий объем жидкости и газообразных рабочих агентов, нагнетаемых в пласт, определяется йэ условий заполнения его фильтрующего объема, при этом соотношение фаз определяется с учетом первоочередной цели воздействия (интенсивное извлечение метана на поверхность, .существенное снижение газовыделения в горные выработки), а выбор газообразного рабочего агента отличается учетом его термодинамической стабильности.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- аналитическими исследованиями движения двухфазных газо-лидкйстных потоков в угольном пласте и механизма циклического

пневмогидродинамического воздействия на пласт;

- положительными результатами пневмо- и гидродинамических испытаний экспериментальных скважин, увеличением дебитов метана из последних после осуществления циклического гидрорасчленения ;

- представительностью объектов шахтных экспериментов (2 шахтных поля, 7 скважин, обработанных по защищаемой технологии) и достаточным объемом наблюдений;

- удовлетворительной сходимостью результатов аналитических исследований с фактическими параметрами процессов извлечения рабочих агентов через нагнетательные скважины на поверхность (расхождение не более 10-15Х).

Научное значение работы заключается в наследовании и теоретическом обосновании механизма, разработке методики расчета основных параметров циклического гидрорасчленения с использованием газообразного азота для интенсификации процесса извлечения рабочей жидкости и метана из обработанных зон пласта в процессе освоения скважин.

Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по выбору технологической схемы и расчету основных параметров способа циклического гидрорасчленения о использованием газообразного азота.

Реализация выводов и рекомендаций. Рекомендации по технологии циклического гидрорасчленения угольного пласта о использованием газообразного азота и. расчету основных .параметров воздействия были использованы:

- в разработанных, согласованных, утвержденных в установленном порядке и реализованных на шахтных полях им. Костенко и "Сокурская" производственного объединения "Кзрагандауголь" проектах на заблаговременную дегазацию свиты высокогазоносных угольных пластов; ■

- в "Программе и методике шахтных' испытаний технологии заблаговременной дегазации угленосной толщи путем пневмогидро-воздействия через скважины с поверхности", утвержденной Минуг-лепромом СССР (Москва-Макеевка-Караганда, 1991);

* в "Методике экспериментальных работ на шахтах по савер-

шенсгвованкю метода гадрорасчленения угольных пластов путем расчленения^с использованием азота", утвержденной секцией Центральной комиссии по борьбе о выбросами угля, породы и газа (М., 1988);

- во "Временном руководстве по заблаговременной подготовке шакткых палей к аффективной разработке скважинами с поверхности с пневмогидровоэдействием на свиту угольных пластов", утвержденном Минуглепромом СССР (М., 1991).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены 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), международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства (С.-Петербург, 1992), научной конференции "Неделя горняка" (МГГУ, 1994), а также на заседаниях технических советов ПО "Карагандауголь", на научных семинарах МГГУ и НПО "Криогенмаа".

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано Б отатей.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 r.rib, заключения, списка литературы из 67 наименований, содержит 1?5 страниц машинописного текста, в том числе 32 рисунка и 16 таблиц.

Автор выражает благодарность коллегам и участникам выполненной работы: руководителю научного направления' - проф., докт.техн. наук Ножкину Н.В., научному руководителю работы -проф. каф. АОТ, докт. техн. наук Сластунову C.B., канд. техн. наук Полякову К.С., научному сотруднику Ворошилову 0.0. (МГГУ), начальнику управления, канд. техн. наук Швецу И.А., инженерам Боярчуку Н.К. и Муллагалиеву CD.А. (УС11ВД ГО "Карагандауголь"), кандидатам техн. наук Шарипозу Н.Х., Ахметбекову 1Л.У., Ли К.Д. и Усенбекову М.С. (КНИУИ) за помощь и активное участие в выполнении сложных экспериментальных работ, результаты которых использованы автором в настоящей работе.

ОСНОЕШЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обобщение исследований эффективности и области применения существующих способов дегазации угленосной толщи (Артемов A.B. , АйруниА.Т., Сергеев И.В., Чернов О.И., Pavlich I.P., Burhaw I.K. и др.) позволяет сделать вывод о том, что для сверхкатегорийных шахт проблема дегазации в настоящее время не решена. Установлено, что одной из главных причин, сдерживаящих дальнейший рост технико-экономических показателей работы горнодобывающих предприятий Карагандинского бассейна,является газовый фактор. Применяемые на шахтах в настоящее гремя технологические схемы дегазации (в большинстве своем из подземных выработок) имеют ограниченную область применения и эффективность не более 30-407., что является во многих случаях недостаточным. Способы с более высокой эффективностью, например вертикальными скважинами в купола обрупения и др., имеют ограниченную область применения. Все сказанное предопределяет необходимость поиска новых направлений и разработки эффективных средств борьбы с газом во всем многообразии горно-геологических и горнотехнических условий.

Заблаговременная дегазация путем гидравлического расчленения угольных пластов может являться аффективным способом борьбы с газом, так как имеет ряд принципиальных преимуществ -ведется обособленно от основных горных работ и имеет большой временной резерв для изменения свойств и состояния газоносного массива.

В разработку способов заблаговременной дегазации угленосной толщи скважинами с поверхности с использованием гидрорасчленения угольных пластов существенный вклад внесли Н.В.Ножкин, Ю.Ф.Васючков, С.А.Ярунин, И.А.Швец, Ш.У.Ахметбеков, Н.Х.Шари-пов, В.А.Громов, А.И.Буханцов и многие другие. Область применения способа гидрорасчленения ограничивается рядом существенных факторов, значимость которых растет с глубиной залегания разрабатываемых пластов. Один из самых серьезных - резкое снижение фазовой проницаемости дегззкруекого пласта для извлекаемого метана рабочей жидкостью гидрорасчленения. Задаче повыше-

ния фазовой проницаемости пласта при заблаговременной дегазации шахтных-полей поовящены исследования, выполненные Б.Р.Ра-ншяновым, С.В.Сластуновш, В.М.Карповым, В.Н.Королевой, М.С.Усенбековым, В.И.Липой, К.Д.Ли, К.С.Коликовым и некоторыми другими.

В настоящей работе исследуется и обосновывается новая технология циклического гидрорасчленения угольного пласта о использованием газообразных рабочих агентов, направленная на интенсификации процесса освоения скважин как одного из ключевых факторов, влияющих на повышение фазовой проницаемости пласта для метана. Для достижения цели работы решались следующие основные задачи:

1. Исследование•направлений совершенствования применяемых способов борьбы с газом в угольных шахтах и анализ существующих способов дегазации.

2. Исследование предпосылок и механизма циклического гидрорасчленения угольного пласта с использованием газообразного азота.

3. Установление закономерностей движения двухфазных газожидкостных потоков, аналитическое обоснование способа и разработка методики расчета основных параметров.

4. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологической схемы воздействия.

б. Испытание технологической схемы воздействия в натурных условиях, оценка-техника-экономической эффективности способа-и области его применения.

Сущность циклического гидрорасчленения заключается в поочередном нагнетании в пласт рабочей жидкости и газообразного рабочего агента для создания дополнительного давления в трещинах пласта по завершении гидрорасчленения, способствующего выносу воды через скважину на поверхность.

• На выбор рабочего газообразного агента влияют три основных фактора - технологический, безопасность проведения работ и термодинамический. Наиболее предпочтительный рабочий агент -воздух. Отсутствие мощных компрессоров высокого давления, являющихся дефицитным оборудованием, обусловило выбор в качестве рабочего агента для проведенных экспериментальных работ азота.

Все разновидности пневмогидродинамических воздействий, в том числе и исследуемая схема, сопровождаются совместным дви-

жением двух фаз по обсадной колонне скважины и трещинам при ■осуществлении активного воздействия на пласт. Основные режимы совместного движения двух фаз исследованы в работах С.С.Кута-теладзе, В.А.Шваба, Н.Н.Константинова и др. Нами были более подробно рассмотрены условия реализации пузырькового режима -применительно к удалению из пласта газонасьщенной рабочей жидкости и снарядного режима - применительно к процессу освоения скважин после циклического гидрорасчленения с использованием гззообразного азота.

Проявляющийся во время совместного движения двух фаз"язык воэдуха"в процессе раскрытия трещин и передвижения потока жидкости при заполнении перового объема имеет тенденцию вытягивания о гораздо большей скоростью, чем та, с которой движется остальная часть контура воды. Критерием устойчивости такого рода потоков служит величина так называемого коэффициента подвижности

_ К ЮЗА • /Ч ^

К6 ' /И 80!Д.

где Ка и Квоад - фазовые проницаемости соответственно для воды и воздуха;

Кц = К • б» , Кт.= к(1-б),

А

/Mg, вязкости воды и воздуха соответственно;

К - абсолютная проницаемость; б" - насыщенность угля водой. .. По Коллинзу P.E.:

- реализуется процесс пневмооттеснения воды воздухом; ^ >i - имеет место стержневая структура движения воздухз.

Рассмотрим теорию и механизм циклического гидрорасчленения с использованием газообразного азота. Интенсификация процесса освоения скважины достигается следующим образом. Перед расчленением пласта в зоне перфорации и в скважине создается "газовая подушка" и в процессе последующего нагнетания воды производится смешивание азота с жидкостью гидрорасчлененпя в

фильтрующих каналах пласта. Растворимость азота в 'воде низка и составляет рри 20 МПа и 30°С около 2:1 в приведенных к нормальным условиям объемных единицах, вследствие чего азот остается в плзсте в виде пузырьков при подаче его в пласт в избыточном количестве.

После окончания гидрорасчленения давление в скважине снижается, пузырьки азота, расширяясь, заставляют отработанную рабочую жидкость выходить из пласта и поступать в скважину. В самой скважине расширяющиеся пузырьки азота действуют подобно газлифту и выносят отработанную жидкость на поверхность.

Очевидно, что наиболее проста следующая последовательность операций по закачке комбинированного рабочего агента: в каждый цикл вначале нагнетается газ, потом - жидкость, с тем, чтобы газ выносил жидкость после падения давления в системе.

Показано, что возможен и другой, не столь очевидный механизм, а именно - вначале закачка жидкости (при гидрорасчленении пласта, например),а затем - газа. В этом случае при реализации стержневой структуры движения воздуха (А >1) последний может обогнать воду в каналах и способствовать в дальнейшем выносу воды по изложенному выше механизму.

Отношение закачиваемых объемов воды и азота зависит от многих факторов. На него влияют глубина залегания пласта, его гидропроводность, упругие свойства пласта. В процессе выполненных нами аналитических исследований было установлено, что минимальный объем газа, приходящийся на 1 м3 закачиваемой воды, для условий Карагандинского бассейна колеблется для различных глубин обработки в пределах ЕОтбО. Рассмотрена математическая модель выноса воды газом из пласта по данной схеме. Установлено, что работа по выносу воды может быть определена следующим образом:

где РГрп - установившееся давление при закачке воды, Па; Ро - атмосферное давление, Па; ^п " давление столба воды в скважине, Па.

г%

, (2)

Д-Рггп + ГН+Р. , Па,

где Унг - объем закачанного азота при н.у., м8.

С учетом аэрации воды установлено оптимальное соотношение для возможной области применения способа:

7Ц2 : Ув =■=20т50.

Исследованные процессы массопереноса в скважине и каналах пласта двухфазных газожидкостных потоков и выявленные два основных механизма реализации поршневого выноса жидкости из пласта и скважины позволили разработать методику расчета основных параметров циклического гкдрорасчленения с использованием азота, определить область оптимальных соотношений фаз комбинированного рабочего агента.

Газообразный азот подается в пласт о температурой 10-30°с. Перевод сжиженного азота в газообразную фазу осуществляется в газификаторе АГУ-8К. Установка АГУ-8К монтируется на автомобиле КрАЗ-257. Она состоит из резервуара для жидкого азота, плунжерного насоса и испарителя. Принципиальная схема обвязки оборудования представлена на рио. 1.

Изучение механизма и исследование процесса освоения скважин проводилось на поле шахты им. Костенко. Поисковый эксперимент по расчленению пласта с использованием азота впервые был осуществлен на скв. N 35. Воздействие на пласт К12 было проведено в 10 циклов. Общий объем закачанного азота составил 17939 м9, воды - 1041 м3. Освоение скв. И 35 началось через 23 сут. после завершения последнего цикла закачки. Освоение велось в две стадии: в режиме самоизлиза и с помощью станка-качалки. В результате проведенных исследований механизм выноса воды из скважины в режиме самоистечения резлизовывался следующим образом. Периодически реализовывались следующие стадии освоения: I - умеренный самоизлкв еоды и попутный выход смеси

Схема с55язни оёсрудобания

Сходно я колонна; 7- аЪотопробод;

2-ЙГутВР; '

Л - зад!ажка; 3- 700 ; ■ * - -оёратныи м&пан; , Ю - нанометры (0*25МПа);

5~тру5опро5од ; //- штуцер ;

6-хакера смешения; Щ^лшил подачи жидкости.

Рис. - 1.

азота и метана; И - интенсивный вынос воды; Ш - интенсивный выход газовой смеси; IV - незначительный вынос воды и выход газа, затем цикл освоения повторяется - реализовывались стадии I', II', III', IV', аналогичные по физическому механизму стадиям I, II, III, IV. Динамика выноса воды из скв. N 35 на поле шахты им. Костенко представлена на рис. 2, где I стадии освоения соответствует участок АВ, II стадии - ВС, III - СБ, IV -БЕ. Участок ЕК. соответствует периоду, когда скважина была закрыта. Участок МЬ соответствует стадии I1, аналогичной стадии I, характеризующейся умеренным самоизливом воды и попутным выходом газа.

Изученный механизм подтвердил возможность интенсификации процесса освоения скважины и выявил ряд направлений совершенствования параметров воздействия, одним из которых является увеличение количества циклов обработки. Как видно из приведенного графика, зоны АВ, №. чрезмерно растянуты во времени, что негативно сказывается на интенсификации процесса освоения скважины. Очевидно, что объемы порций в каждом цикле необходимо уменьшить и в перспективе исследовать схему одновременной закачки азота и воды с целью создания аэрированной жидкости.

Дальнейшая проверка метода интенсификации процесса освоения скважины гидрорасчленения путем нагнетания в нее газообразного азота проводилась на скважине N 41 поля шахты им. Коо-тенко, где были уменьшены разовые порции воды и газа при сохранении общего объема для улучшения перемешивания водо-азотной смеси, сглаживания пульсаций при выходе воды из скважины в процессе ее освоения. Полученные экспериментальные данные по дебиту воды хорошо аппроксимируются кривой вида

У - К1 • екр (К1Х + Кз) + К4. что согласуется с теоретическими выводами.

Экспериментальные работы на скважинах N 35 и Н 41 подтвердили предположение о том, что нагнетание в пласт вместе о рабочим агентом труднорастворимого в нем газа интенсифицирует процесс выноса первого из пласта при освоении скважины и повышает газоотдачу пласта. Этот вывод следует из сравнения деби-тов воды и газа из скважин N 35, 41.с дебитами из других скважин гидрорасчленения данного шахтного поля, не подвергшихся азотной обработке (скважины N 30-44). Установлена интенсификация извлечения воды из скв. N 35, 41 в 2,0-2,5 раза за

1 Ni

S

I

!

3

1

I

3

I*

e» v»

Г

«M

CS!

»•ч

I .

M

I %

î

1

период 15 мес. после начала освоения скважин. Съем метана за тот же период из этих скважин составил соответственно 241 и 267% среднего уровня для скважин данного участка шахтного поля. Оптимизация параметров гидрорасчленения с использованием газообразного рабочего агента должна вестись в направлении уменьшения разовых порций закачиваемой воды и газа, вплоть до одновременной их закачки. Данная технологическая схема прошла апробацию на скв. N 26, 27 поля шахты "Сокурская". Выбор объекта апробации был обоснован высокой газоносностью пластов, составляющей 21-22 м3/т, достаточно большим сроком активной дегазации (6-8 лет) и крайне неудовлетворительным дебитом метана из ранее обработанных соседних скважин в течение более грех лет после проведения гидрорасчленения и начала эксплуатации скважин.

Пласты Кю, К12 через скв. N 26 обрабатывались в три цикла (6 стадий). Перед гидрорасчленением в пласт подавалась "азотная подушка" из расчета 50 мэ газа на 1 м3 воды. Далее, чередуясь, осуществлялись закачки воды в режиме гидрорасчленения (объемы 200-300 мэ в одну стадию) и азота (объемы 15000 м3 в одну стадию). После окончания закачки воды в каждый пласт, скважину выдерживали 1-3 суток, после чего открывали для само-иэлива. Пласты Кю, К12 через скв. N 27 обрабатывались по непрерывной технологии без закачек азота.

Сравнение даже первоначальных результатов обработки пластов Кю и К12 через скважины N 26 и 27 позволило оценить целесообразность чередования закачки воды и нерастворимого в ней газа.Через 2 месяца после воздействия дебит метана из скв. N26 составил 0,4 мэ/м (на всех без исключения скважинах, данного участка шахтного поля N 12-26 такой уровень не был достигнут даже через 24 месяца после начала освоения скважин) при концентрации метана 75-95%, а из скважины N 27 стабильного газо-Еыделения не наблюдалось, хотя скважина N 27 была обработана даже несколько раньше, чем скважина N 26. Динамика извлечения воды из скважин за этот период показала, что темп извлечения воды из скв. N 26 Еьше аналогичной величины на скважине N 27 в 2,5-3,0 раза.

В результате аналчза процессов пневмогидромассопереноса было показано, что газообразный рабочий агент даже при закачке после жидкости может обгонять последнюю в фильтрующих канааач

и после стравливания давления интенсифицировать процесс освоения скважины.способствуя выносу рабочей жидкости по поршневому механизму.

Этот механизм исследовался на скважине N 1Б того же участка шахтного поля "Сокурская", характеризующейся явно неудовлетворительными показателями по извлечению из нее метана (к моменту проведения экспериментальных работ по пневмовоздейс-твию среднее газовыделение.за все время эксплуатации составило порядка 0,1 мэ в мин, а общий объем метана за 24 месяца - 90 ТЫС.М3). В СКВ. N 15 В СВИТУ ПЛаСТОВ К?, Кю, Кц И 1<12 было закачано 112000 м3 азота. Общее время закачки - 337 часов.

, Скв. N 15 была открыта через 24 суток после окончания закачки, после чего были проведены исследования динамики дебитов метана и истечения воды из скважины. На рис. 3 приведен усредненный график съема метана из скв. N 15 за 12 месяцев после окончания закачки азота. Нетрудно видеть, что дебит метана возрос в 2 раза по сравнению с аналогичным за тот же период до воздействия. Это позволяет сделать вывод о том, что пневмовоздействие о использованием азота может использоваться как способ интенсификации выноса воды из скважины после гидрорасчленения и дополнять исследованную выше технологию циклического гидрорасчленения с использованием газообразного азота.

Шахтные экспериментальные работы по реализации циклического гидрорасчленения о использованием газообразного азота показали, что данное воздействие технологично, достаточно просто реализуемо на шахтных полях, базируется на использовании недефицитного доступного оборудования, находящегося на вооружении в ВГСЧ. Воздействие сравнительно недорого - дополнительная закачка азота наряду с рабочей жидкостью гидрорасчленения удорожает весь комплекс работ по заблаговременной дегазации не более чем на 3-55, при этом эффективность воздействия в ряде случаев повышалась в несколько раз.

Экономическая эффективность рт применения способов интенсификации дегазации достигается за счет увеличения нагрузок на лаву и скоростей проведения подготовительных выработок, снижения трудоемкости подготовительных работ вследствие того, что отпадает необходимость в сооружении и оборудовании дегазационных камер и холостых перегонов комбайна при проведении подготовительных выработок, исключения или сокращения затрат на

ч 1) Г

подземную дегазацию и некоторых других факторов. Экономический эффект от увеличения нагрузки на очистной эаОой при отработке зоны одной скважины на поле шахты им. Костенко (лава 46 К12 1,2 - 3 ) составил 62850 рублей (в ценах до 1990 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной для угольной промышленности задачи - разработки усовершенствованной технологии заблаговременной дегазации угольных пластов, обеспечивающей экономическую состоятельность работ за счет быстрого ввода скважин в эксплуатацию и существенное снижение газовыделения в горные выработки.

Выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. При циклическом пневмогидродинамическом воздействий в процессе заблаговременной дегазации высокогазоносных угольных месторождений через скважины с поверхности в угольные пласты целесообразно нагнетать термодинамически более стабильные в сорбционком отношении по сравнению с метаном жидкий и газообразный рабочие агенты, причем в начальную стадию закачивать газ (создание "газовой подушки"), после чего циклически нагнетать в установленном порядке рабочие жидкость и газ для интенсификации процесса извлечения рабочей жидкости после активных воздействий.

2. Разработаны метод расчета энергетического состояния комплексного рабочего агента "жидкость-газ" и на его основе методика расчета основных параметров циклического гидрорасчленения с использованием газообразного азота для интенсификации процесса извлечения рабочей жидкости из обработанных зон пласта в процессе освоения скважин. -

3. Установлено, что для реализации разработанного механизма воздействия минимальный объем газа (приведенный к нормальным условиям), приходящийся на 1 м3 закачиваемой воды, для условий Карагандинского бассейна колеблется при различных глубинах обработки в пределах 20т50.

4. Установлены закономерности движения двухфазных газо-

жидкостных потоков в угольном пласте, позволившие разработать вспомогательную технологическую схему циклического пневмогид-ровоэдействия, предусматривающую интенсификацию процесса освоения скважин после осуществления гидрорасчленения пласта.

5. Применение технологии циклического пневмогидровоздейс-гвия на шахтных палях им. Костенко и "Сокурская" позволило ускорить процесс извлечения воды в режиме самоизлива в 2,0-2,5 раза и увеличить дебиты скважин по метану в 2,4-2,6 раза, что создало условия для повышения эффективности заблаговременной дегазации угольных пластов.

6. Подтверждена технико-экономическая эффективность дегазации с применением технологии циклического гидрорасчленения о использованием газообразного азота. Экономический эффект от увеличения нагрузки на очистной забой при отработке зоны одной скважины на поле шахты им. Костенко составил В2850 руб. (в ценах до 1990г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Горбунов С.М. Исследование механизма гидрорасчленения угольного пласта с использованием газообразного азота на поле шахты им. Костенко ПО "Карагандауголь". Депонированная рукопись - "Горный информационно-аналитический бюллетень", N 1, 1993 (справка 27/ 9-64 от 15.02.93).

2. СластунЬв C.B., Ворошилов 0.0., Горбунов С.М. Заблаговременная подготовка угольного месторождения к безопасной и эффективной разработке путем, гидрорасчленения с использованием азота. Угол.пром.СССР, ЦНИЗЙуголь, вып. 12 (N 382), 1987.

3. Сласгунов C.B., Ворошилов 0.0., Горбунов С.М. Совершенствование технологии гидрорасчленения угольного пласта о использованием газообразного азота.-"Горный информационно-аналитический -бюллетень". M 9-12, 1993, M.: МГГУ.

4. Сластунов C.B., Ворошилов 0.0., Горбунов С.М., Мулла-галиев Ф.А. Основные направления совершенствования технологии добычи метана из угленосной толщи. "Неделя горняка" (тезисы докладов), м.: МГГУ, 1994.

5. Ахметбеков Ш.У., Муллагалиев Ф.А., Горбунов С.М. Воздействие на угольные пласты Кю. К12 через скв. N 26, КазНИИу-голь. Караганда, 1994.

Подписано в начать .5.1994 г. Формат 60x90/16

Объём I пэч.л. Гдраа 100 экз.. Ьаказ b'S'úf.

Типография Московского государственного горного университета, Лвниаойий проспект, 6