Введение к работе
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 80S. Углубление и интенсификация горных работ сопровождается ростом газообильности 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 эффективной дегазации угленосной толщи на планируемых к разработке шахтных поляк, 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 с 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 выработки, является актуальной для угольной промышленности задачей.
Цель работы состоит в установлении механизма и эакономер-
ноотей 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 воздейотвие 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
жидкостных 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 ( 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 10-15*).
Научное значение работы заключается в исследовании 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 с использованием газообразного азота.
Реализация выводов и рекомендаций. Рекомендации по технологии циклического гидрорасчленения угольного пласта с 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 "Карагандауголь" 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 Минут-лепромом СССР (Москва-Макеевка-Караганда, 1991);
* в "Методике экспериментальных работ на шахтах по север-
шенсгвованкю метода гидрорасчленения 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 шахтных 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 шактах (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 "Криогенмаш".
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано Б отатей.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 г.гіь, 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 СВ., 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. (УОІВД ГО "Карагандауголь"), кандидатам техн. наук Шарипоау Н.Х., Ахметбекову 1Д.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.
