Обґрунтування параметрів технології розробки вугільних пластів з поточним бурінням дегазаційних свердловин з земної поверхні

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-практичної задачі прогнозування і вибору параметрів дегазації газовугільного масиву свердловина-ми з земної поверхні на основі встановлених нових закономірностей взаємодії дегазаційних свердловин і очисних вибоїв, а також залежності дебіту метану від швидкості посування лави. Доведено, що основною причиною руйнування стовбура свердловини під час її підробки очисним вибоєм є зсув породних шарів відносно один одного, в результаті чого стовбур дегазаційної свердловини перерізається. Встановлені найбільш імовірні ділянки породної товщі, на яких виникає таке руйнування. Розроблено методику й номограму для прогнозування зсувів породних шарів. Обґрунтовано способи захисту дегазаційних свердловин від перерізування завдя-ки узгодженню їх параметрів з параметрами очисних робіт, включаючи темпи посування лав. Результати досліджень увійшли в галузеві вказівки з безпечної експлуатації дегазаційних систем і впроваджені під час комплексного освоєння газовугільного родовища.

Диссертационная работа посвящена решению научно-практической задачи прогнозирования и выбора параметров дегазации газоугольного массива скважи-нами с земной поверхности на основе установленных новых закономерностей взаимодействия дегазационных скважин и очистных забоев, а также зависимости дебита метана от скорости подвигания лавы. С помощью компьютерного моде-лирования напряженно-деформированного состояния подрабатываемой толщи пород и инструментального мониторинга стенок дегазационных скважин уста-новлено, что основной причиной их разрушения является сдвиг породных слоев относительно друг друга в процессе подработки толщи очистным забоем. При этом ствол скважин перерезается, что уменьшает ее живое сечение и понижает производительность. Установлены наиболее вероятные места стратиграфического разреза, в которых возможно разрушение скважин. Опасные участки приурочены к контак-там водоносных песчаников и известняков, которые подстилаются глинисто-содержащими породами (аргиллитами и алевролитами). В пределах этих контак-тов глина размокает, что уменьшает сцепление и коэффициент трения. Разрабо-тана методика и построена номограмма для прогноза указанных опасных участ-ков. Сдвиг слоев относительно друг друга увеличивается с уменьшением кратно-сти подработки породной толщи, падением темпов подвигания очистного забоя и увеличением содержания глинистых минералов в подстилающем слое. Установлено, что эффективная эксплуатация дегазационных скважин, про-буренных с земной поверхности, обеспечивается за счет расположения их вне зоны горизонтальных смещений, которые формируются в слоях углепородного массива, представленных сочетанием обводненных песчаников с водоустойчи-выми породами (аргиллиты, алевролиты), величина которых определяется степенной зависимостью от соотношения расстояния от плоскости контакта указанных слоев до разрабатываемого угольного пласта и его мощности. Установлена логарифмическая зависимость газовыделения из спутников и газоносных песчаников от скорости подвигания лавы. При этом, с другой сторо-ны, доля газа из подрабатываемой толщи, которая попадает в рабочее простран-ство очистного забоя, падает. Эта сложная зависимость учитывается своевремен-ным бурением дегазационных скважин с учетом темпов подвигания очистного забоя. Разработаны и запатентованы способы защиты дегазационных скважин, которые базируются на применении специальной формы оси скважин, пересече-ния наиболее опасных зон расслоения под острым углом, а также регулированием скорости подвигания лавы, подрабатывающей скважину. Рациональные параметры расположения дегазационных скважин внедрены во время выполнения проекта комплексного освоения газоугольных месторожде-ний. Параметры дегазации газоугольного месторождения вошли в проект новых отраслевых указаний НПАОП «Дегазация угольных шахт. Правила безопасной эксплуатации дегазационных систем» и отраслевые «Рекомендации по разработке проектов на поточное сооружение дегазационных скважин с поверхности земли на метаноугольных месторождениях», а также используются на шахтах Донбасса (ш/у «Покровское», ЗАО «Донецксталь»).

The thesis deals with solving the scientific and practical problem of prediction and selection of degasing parameters using degasing wells that are drilled from the sur-face and then undermined with longwall face. Interaction of the wells and the longwall face has been investigated and its advance rate impact was studied for the relevant pa-rameters of degasing selection. Mutual sliding of adjacent rock layers is the main reason of cutting the wells. Author detected the most probable locations on the stratigraphic sequence where such cutting may emerge. New method and a special diagram have been developed to forecast the cuts locations and their magnitude. New methods were developed to prevent the well damage during its undermining using coordination of well and longwall face parameters including the rate of the face advance. Results of investigation integrated in the coal industry regulations concerning safe use of degasing systems and have been introduced into practice during coal bed methane deposit extraction.