Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Управление газовыделением в подготовительные выработки путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами Акимбеков, Азимбек Кыздарбекович

Управление газовыделением в подготовительные выработки путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами
<
Управление газовыделением в подготовительные выработки путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами Управление газовыделением в подготовительные выработки путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами Управление газовыделением в подготовительные выработки путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами Управление газовыделением в подготовительные выработки путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами Управление газовыделением в подготовительные выработки путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами Управление газовыделением в подготовительные выработки путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами Управление газовыделением в подготовительные выработки путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Акимбеков, Азимбек Кыздарбекович. Управление газовыделением в подготовительные выработки путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами : Дис. ... канд. технические науки : 05.26.01.-

Содержание к диссертации

Введение

1. Способы управления газовыделением из угольного массива для повышения безопасности работ при проведении пластовых выработок . 9

1.1. Оценка газового состояния пластовых подготовительных выработок и безопасности их проведения 9

1.2. Анализ применяемых способов дегазации при проведе ний подготовительных выработок 11

1.3. Применение твердеющих растворов для управления газовыделением из угольного массива в горные выработки 15

1.4. Анализ схем, параметров и условий нагнетания раст -воров в пористые и трещиноватые массивы 21

1.5. Выводы. Цель и задачи исследований 29

2. Исследование свойств твевдеювдх растворов и условий их взаимодействия с углем ... 32

2.1. Методика исследований и планирование эксперимента.. 32

2.2. Исследование физико-химических свойств водных растворов карбамидных смол 41

2.3. Эффективность обработки угля твердеющими растворами и вопросы оптимизации при выборе их основных компонентов 53

2.4. Кинетика отверждения и взаимодействие твердеющих ра створов с карбонатами угольных пластов 65

2.5. Выводы 80

3. Исследование и выбор параметров нагнетания твердеющих растворов в угольные пласты 82

3.1. Математическая модель процесса нагнетания жидкости в пористый массив через скважину 82

3.2. Анализ результатов моделирования процесса нагнетания жидкости в массив на ЭВМ 93

3.3. Выбор рациональных параметров нагнетания 108

3.4. Выводы 117

4. Эффективность применения твердеющих растворов для снижения газовыделения в выработки 119

4.1. Исследование эффективности обработки угольного пласта растворами карбамидных смол

4.2. Применение твердеющих растворов для борьбы с газом при проведении выработок 133

4.2.1. Выбор параметров обработки угольного пласта твердеющими растворами 133

4.2.2. Проведение выработки по газоносному пласту с применением растворов смол..

4.3. Расчет годового экономического эффекта от применения твердеющих растворов при проведении выработок 142

4.4. Выводы 148

Заключение 151

Литература.. 154

Приложения 166

Введение к работе

ОТІ съезд КПСС поставил перед угольной промышленностью СССР большие задачи по совершенствованию добычи угля,улучше -нию условий труда и техники безопасности /I/.

Безопасность труда подземных рабочих угольных шахт в значительной степени зависит от возникновения взрывоопасных ме-тано-воздушных смесей в атмосфере горных выработок.Загазиро -вание выработок сдерживает темпы горных работ и является одной из причин аварий на шахтах. В настоящее время , в связи с интенсификацией горных работ, увеличением глубины разработки, количество загазирований очистных и подготовительных выработок значительно возросло . По данным ВостНИЙ, количество загазирований в подготовительных выработках во много раз превышает количество загазирования в очистных выработках. Поэтому любые меры, направленные на снижение газообильности пластовых выработок, являются актуальными при создании безопасных условий труда горнорабочих.

На угольных шахтах, помимо проветривания выработок,широко используют различные способы дегазации: заблаговременная дегазация шахтных полей, дегазация барьерными скважинами,газодре-нажными шпурами и т.д. Эффективность дегазации при проведении пластовых выработок остается низкой до настоящего времени.Для Карагандинского бассейна составляет примерно 12-28 %.

Как показывает опыт проведения выработок, а также исследования ученых ЙГД им.А.А.Скочинского, МГЙ, КарПТИ и других организаций, одним из перспективных направлений снижения интенсивности газовыделений в горные выработки является применение физико-химической обработки прилегающего массива твердеющими растворами. В СССР для обработки горных пород и грунтов наибольшее распространение получили растворы на основе карбамидных смол, отличающиеся высокой проникающей способностью,имеющие невысокую стоимость и отвечающие санитарно-гигиеническим нормам. Однако, отсутствие научно обоснованных рекомендаций не позволяет эффективно применять твердеющие растворы для борьбы с газом в подготовительных выработках.

Целью работы является уменьшение газовыделения в подготовительные выработки и повышение безопасности горных работ путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами.

Идея работы заключается в том, что метановыделение в подготовительные выработки можно снизить путем создания вокруг выработки с помощью твердеющих растворов зоны пониженной проницаемости.

В работе использовался комплексный метод исследований,вклю-чающий теоретическое обобщение ранее выполненных научных работ, теоретические исследования на основе классических положений гидродинамики, теории фильтрации, моделирование процессов на ЭВМ, лабораторные и натурные эксперименты.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна их:

- установлено, что газопроницаемость угля после обработки твердеющими растворами зависит от объемной характеристики заполнения трещинно-поровой структуры массива, представленной коэффициентом заполнения и усадкой раствора при отверждении. Коэффициент заполнения, фильтрационные свойства пласта определяются по вязкости нагнетаемого раствора;

- обоснован оптимальный состав твердеющих растворов на основе карбамидных смол, который зависит от свойств компонентов раствора и обрабатываемого массива; - установлено, что при выборе параметров нагнетания твердеющих растворов в газосодержащий угольный пласт необходимо учитывать фильтрационные свойства обрабатываемого массива, неоднородность пласта, градиент газового давления по длине скважины, свойства раствора, параметры скважин и нагнетательного оборудования.

Достоверность научных положений, выводов диссертации доказана:

- использованием в работе анализа и научного обобщения литературных и фондовых материалов по исследуемому вопросу ;

- аналитическими исследованиями процессов,происходящих при нагнетании твердеющих растворов в угольный пласт . на основе классических теорий гидродинамики с применением численных методов решения задач на ЭВМ;

- применением при проведении и обработке результатов лабораторных и натурных исследований методов планирования эксперимента и аппарата математической статистики;

- удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных и теоретических исследований с данными шахтных испытаний.

Научное и практическое значение работы. Научное значение работы состоит в :

- установлении свойств твердеющих растворов , оказываю -щих наибольшее влияние на снижение газопроницаемости обрабатываемого пласта;

- разработке математической модели процесса нагнетания жидкости в газосодержащий угольный массив через скважину.

Практическое значение работы заключается в том, что применение разработанных в диссертации составов твердеющих растворов и параметров обработки угольного массива позволяет снизить газовыделение в подготовительные выработки и увеличить скорость проведения их по газоносным пластам.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработанные рекомендации реализованы при проведении выработок по мощным газоносным пластам в условиях шахт им. 50-летия Октябрьской революции и им.50-летия СССР производственного объединения по добыче угля "Карагандауголь". Экономическая эффективность составляет в среднем 0,67 руб. на один кубический метр вынимаемой при проходке горной массы.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на ІУ Всесоюзной межвузовской конференции ( г. Каунас , 1982) , на Республиканской научно-технической конференции ( г. Караганда, 1982), на Всесоюзной научно-технической конференции ( г.Караганда, 1984), на ежегодных научно-технических конференциях Карагандинского политехнического института ( 1980-1983 ) и заседании кафедры "Рудничная аэрология и охрана труда" ( 1984 ) и получили положительную оценку.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 9 статей. Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложенных на 103 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 26 таблиц, список литературы из 127 наименований и приложения на 57 страницах.

Диссертационная работа выполнена на кафедре " Рудничная аэрология и охрана труда " Карагандинского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института, связана с научно-иссле-довательскими работами "Исследование и разработка способов воздействия на угольный массив с целью снижения газовыделения в подготовительные выработки" ( № Гос. регистрации 80038973 )и

"Разработка технологических схем и параметров обработки твер дающими растворами горного массива для снижения газовыделения в подготовительные выработки"( № Гос.регистрации 0I82J032568), выполненных в I980I983 гг. по координационному плану МУП СССР. Автор выражает глубокую благодарность канд.техн.наук, доценту Суслову В.В., канд.хим.наук,доценту Надирову Е.Г.,канд. техн.наук Глузбергу В.Е., всем сотрудникам кафедры "Рудничная аэрология и охрана труда", работникам шахт и специализированных управлений Карагандинокого ордена Октябрьской Революции производственного объединения по добыче угля "Карагандауголь" за помощь, оказанную при выполнении работы.  

Анализ применяемых способов дегазации при проведе ний подготовительных выработок

Применение дегазации позволяет создать безопасные условия ведения горных работ за счет снижения интенсивности газовыделения из угольного пласта , уменьшения количества загазирова-ний,взрывов и воспламенений метана в горных выработках.Дегаза -ция считается целесообразной,если уровень газовыделения в под -готовительную выработку превышает 3 м3/мин /26/.Критерий целесообразности иногда в практике уменьшают до 2 м3/мин,если вентиляция не обеспечивает установленные нормы содержания метана в атмосфере горных выработок / 27 /.

Существующие способы дегазации можно условно подразделить на методы заблаговременной и оперативной дегазации. К первой группе относятся такие способы, как направленное гидрорасчленение пласта с последующим каптажем метана /17/, методы заблаго -временной физико-химической и биохимической обработки угля, дегазация пласта при его подработке и надработке.Ко второй груп -пе относятся все способы каптажа метана из проводимой выработки, ограждающая дегазация ,а также различные способы изоляции выработок. Например, путем нанесения различных составов на угольные стенки и горную крепь с последующим отсосом метана.

В Карагандинском бассейне широко используются ограждающая дегазация барьерными скважинами, дегазация при проведении под -готовительных выработок по мощным пластам с помощью шпуров,изолированный отвод метана из закрепного пространства, комплекс -ная дегазация очистных и подготовительных выработок пластовыми скважинами.

Проведенный по шахтам объединения "Карагандауголь " анализ показал, что в период 1976-1983 гг. дегазация при проведении подготовительных выработок в основном применялась на пластах к2,к3»к7 к10 дб РезУльтатам статистической оценки до 80 % всех дегазируемых выработок приходится на мощные пласты к10 э Kj2 » Дб пРИЧбМ 50-60 % - на мощный газоносный пласт Kj2 .

Способ дегазации барьерными скважинами при проведении пластовых выработок в СССР был впервые применен в Карагандинском угольном бассейне в 1958 году. По пласту к12 "Верхняя Марианна" в условиях шахты № 22 были пройдены 3 бремсберга протяженностью 400 м каждый с использованием барьерной дегазации / 28 /. Каптаж метана через барьерные скважины получил на угольных шахтах широкое распространение и в настоящее время это один из основных способов борьбы с выделениями метана при проходке. Коэффи -циент эффективности дегазации при этом составляет 40-55 % /29/. Данный способ дегазации в Карагандинском бассейне эффективно применяется для выработок небольшой длины /30/. Бурение барьерных скважин длиной 150-190 м производится за контуром выработ -ки, вдоль ее оси, на расстоянии 1,5-2,5 м от стенки из специ -ально пройденной камеры.

При проведении подготовительных выработок на пластах с невыдержанной гипсометрией или в местах геологических нарушений КНИУИ был предложен способ дегазации с использованием шпуров . Впервые в бассейне данный способ дегазации был применен на пласте Kj2 в условиях шахты Ш 121. треста "Сараньуголь" и при этом эффективность снижения газовыделения достигла 50-75 % /31/.Шпуры длиной 10-14 м бурились по направлению пересечения максима -льного количества трещин или, если направление трещин неизвестно, под углом 30 к оси выработки в направлении движения выработки. Расстояние между устьями шпуров составляло примерно 1,5м, устье каждого шпура герметизировали на глубину 1,5 м.

Сущность ограждающей дегазации заключается в создании газонепроницаемого барьера на пути движения метана из угольного массива в выработку путем создания герметизирующей обшивки на крепи, изолирующей плоскости обнажения пласта от выработки с дальнейшим отводом метана / 32 /.

В Карагандинском бассейне был исследован и нашел применение изолированный отвод метана из закрепного пространства патрубками, соединенными с дегазационной сетью, без покрытия крепи выработки непроницаемым материалом /27/. Патрубки устанав -ливаются при этом через каждые 10-12 м. Этот способ применяется в основном в качестве дополнительного средства борьбы с газовыделением. Эффективность данного способа составляет 10-30$.

Комплексную дегазацию нисходящими и горизонтальными пластовыми скважинами очистных и подготовительных выработок ВостНИИ рекомендует в Карагандинском бассейне на пластах,склонных к самовозгоранию и опасных по внезапным выбросам угля и газа. Этот способ обеспечивает снижение газовыделения на 50-65 % J 29 / .

Все перечисленные способы дегазации обеспечивают высокую эффективность при длительном каптаже метана, при небольших скоростях проведения выработок. Так,например, при дегазации барьерными скважинами, при длине их 150 м и скорости проходки 10 и 20 м/сут, дегазация массива угля в зоне проведения выработки будет происходить в первом случае в течение 10-20 суток и 4-5 суток во втором случав. За этот срок газоносность пласта на расстоянии одного метра от скважины снижается на 50$, при скорости подвигания выработки 10 м/сут ,и на 30 % - при скорости подвигания 20 м/сут, а на расстоянии двух метров - 20 % и 1% соответственно /20/. Для интенсификации процесса дегазации применяют гидроразрыв угольного пласта из подземных выработок В практике борьбы с выделениями метана в выработки нашли применение способы оттеснения и консервации метана в угле при увлажнении водой /22/ и при обработке пластов различного рода водными растворами. Исследования показали,что оттеснение газа происходит при увлажнении угольных пластов водными растворами, содержащими различные кислоты или поверхностно-активные вещества при смачивании латексом, жидким стеклом,суспензией извести происходит консервация метана в угле. При прочих равных условиях наиболее эффективным с точки зрения снижения газовы-деления из угля является коагулирующий раствор, состоящий из воды, жидкого стекла и хлористого аммония / 33 /.

Эффективность обработки угля твердеющими растворами и вопросы оптимизации при выборе их основных компонентов

Проведенный выше анализ состояния вопрооа позволяет сделать следующие выводы: 1. Пластовые подготовительные выработки угольных шахт являются наиболее опасными с точки зрения их загазирования . 2. Для обеспечения безопасных условий при проходке,наряду с эффективным проветриванием, необходимы дополнительные меры по управлению газовыделением из пласта. 3. Применяемые способы дегазации не всегда обеспечивают требуемое снижение газовыделения при проведении пластовых подготовительных выработок, поэтому вопросы совершенствования средств борьбы с газом, с целью увеличения безопасности горных работ, актуальны. 4. Одним из наиболее перспективных направлений управле -ния газовыделением в горные выработки является снижение газопроницаемости стенок выработок путем физико-химической обработки прилегающего массива твердеющими растворами на основе карбамидных смол. 5. Анализ литературных источников свидетельствует об отсутствии достаточно обоснованных рекомендаций по выбору составов твердеющих растворов, обеспечивающих максимальное снижение газопроницаемости угольного пласта и интенсивности газовыделения в выработку. 6. Составы для обработки угольных пластов должны обеспечивать максимальное заполнение трещинно-порового объема угля продуктами отверждения растворов. 7. При определении области применения твердеющих растворов необходимо учитывать их взаимодействие с карбонатами угольных пластов. 8. Существующие методики, при расчете параметров нагнетания твердеющих растворов в газосодержащие угольные пласты, не учитывают в комплексе условия движения жидкости в массиве , режимы нагнетания, параметры скважин и характеристики насосной установки. Целью настоящей работы являются уменьшение газовыделения в подготовительные выработки и повышение безопасности горных работ путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Установить общие закономерности для расчета основных физико-химических свойств твердеющих растворов: плотности , вязкости, поверхностного натяжения - от соотношения , свойств составляющих их компонентов, температурного фактора и времени. . 2. Исследовать эффективность обработки угольного массива растворами карбамидных смол и определить,какие свойства раствора оказывают наибольшее влияние на качество заполнения тре-щиннотпорового пространства угля. 3. Определить фильтрационные свойства пласта для различ ных по составу твердеющих растворов. 4. Выбрать составы твердеющих растворов для обеспечения максимального снижения газопроницаемости обрабатываемого пласта. 5. Исследовать кинетику отверждения и взаимодействие выбранных растворов с карбонатами угольных пластов. 6. Исследовать процесс нагнетания жидкости в газосодер-жащий угольный массив и разработать рекомендации по выбору параметров обработки пласта твердеющими растворами. 7. Установить эффективность применения твердеющих растворов для снижения газовыделения в подготовительные выработ На шахтах Карагандинского бассейна нашли применение кар-бамидоформалъдегидные смолы следующих марок: МФ-Г7,УКС, M-I9--62, МФ, КФ-Ж,КФ-МТ. В качестве отвердителей обычно используются щавелевая кислота и хлористый аммоний ( латентный катализатор). Эти отвердители наиболее безопасны при проведении работ по нагнетанию растворов в шахтных условиях. Исследования физико-химических свойств твердеющих растворов ( плотности , вязкости, величины поверхностного натяжения), а также жизнеспособности, качества отверждения, эффективности обработки , были проведены на основе этих смол и отвердителей.

Как известно, плотность нагнетаемой жидкости в немалой степени определяет условия ее течения в скважине и массиве (1.5) - (1.7). Определение плотности проводили путем взвешива-ния известного объема жидкости (раствора смолы) в пикнометре. Вязкость жидкости представляет собой коэффициент пропорциональности в известном уравнении Ньютона

Анализ результатов моделирования процесса нагнетания жидкости в массив на ЭВМ

Для обеспечения заданной эффективности снижения газовыделения из угольного пласта в выработку требуется выбрать состав раствора смолы ( / , ) и основные параметры нагне -тания ( t \ Lc,).

При составлении проектов на обработку угольного массива твердеющими растворами предварительно следует: - произвести всесторонний анализ горно-геологических и горнотехнических условий проведения выработок, а также параметров бурового и нагнетательного оборудования; - определить физико-механические,геохимические и фильтрационные свойства обрабатываемого пласта, физико-химические свойства исходных компонентов раствора; - выбрать отвердитель. К горно-геологическим и горнотехническим условиям относятся глубина заложения выработки, мощность пласта,площадь сечения выработки в свету, угол наклона выработки и нагнетатель -ных скважин относительно горизонта. Также к горнотехническим параметрам следует отнести необходимую ширину зоны изоляции , которая выбирается по заданному коэффициенту снижения,гааовы-деления /Сс (по формуле 4.3). Свойства угольного пласта включают коэффициент фильтра -ции и эффективную пористость пласта, крепость и плотность угля, температуру массива, содержание карбонатных включений в угольном пласте. Значения коэффициента фильтрации и пористости пласта находятся путем предварительного нагнетания воды в угольный маcсив. Для определения крепости, плотности и содержания карбонатов проводят лабораторные испытания проб угля, Температуру замеряют непосредственно в массиве или рассчитывают по известным формулам /46/,. .. Параметры бурового и нагнетательного оборудования принимаются по их техническим характеристикам. Основные физико-химические свойства компонентов раствора определяют в лабораторных условиях по гостированным методикам. К ним относятся вязкость и плотность смолы, величины водород -ных показателей карбамидыой смолы и шахтной воды. . Пример составления таблицы исходных данных приведен(табл . 4.3). При заданной эффективности снижения газовыделения в выработку ( А « 0,75-0,8) выбор параметров обработки угольного пласта проводим в следующей последовательности: 1. По известным свойствам смолы и массива (см.исходныа данные в табл.4.3) получаем из номограммы ( приложение 4,рис. б) оптимальную концентрацию смолы в растворе, С с/ =48%. 2. Вычислив по формуле (2.28) приведенные к .температуре массива значения кинематической вязкости смолы и воды ( ))с = 1743 мм2/с , %0 =1,178 мм2/с ) и подставив в формулу (2.23), определяем кинематическую вязкость выбранного раствора, i) = 12,72 мм2/с. Плотность раствора по формуле (2.21) . составила 1174,7 кг/м3. . 3. Для определения коэффициента фильтрации раствора и эф фективной пористости угля ( по отношению к нагнетаемому раст вору) находим значение коэффициента заполнения по формуле. 4. Значения коэффициента фильтрации и эффективной пористости угольного пласта для раствора рассчитываем по формулам 5. С учетом принятого в (4.2) ограничения mn S необходимая площадь пропитки массива составляет Sln =29,94 м2.Схема расположения нагнетательных скважин в забое выработки и их количество выбираются с учетом строения пласта. Для данных конкретных условий принимаем /V =4. Градиент давления газа при нагнетании через горизонтальные скважины 6. Чтобы найти оптимальную длину фильтрующей части скважины предварительно определяем коэффициенты Wf , Wz і Н » Uf » U2lU3 по формулам (3.39), (3.40), (3.41), 7. Получим из номограммы (приложение 4, рис.12) длину филь трующей части скважины , Ц» 45 м. Общая длина скважины составит с учетом глубины герметизации La - 50 м. Расчет времени нагнетания производится по формуле (3.44), / =,3937 е.. 8. Выбор концентрации отвердителя производится из условия, что раствор сохраняет свои текучие свойства в течение всего периода нагнетания. С учетом времени на вспомогатель -ные операции при нагнетании ( fH « 1400 с) жизнеспособность раствора должна быть 9. Вычислив величину водородного показателя раствора по (2.48), а также концентрацию карбонатов в растворе по форму лам (2.55),(2.59), из номограммы ( приложение 4, рис. 10,а , 10,6) определяем концентрацию отвердителя; Проведенный анализ результатов теоретических,лабораторных и натурных исследований был использован при разработке рекомендаций по выбору параметров обработки угольного массива твердеющими растворами для снижения газовыделения в подготовительные выработки.

Расчет годового экономического эффекта от применения твердеющих растворов при проведении выработок

В результате анализа и обобщения литературных и фондовых материалов по данной проблеме, теоретических, лабораторных и натурных исследований получены следующие основные выводы:

Применяемые способы дегазации при проведении пластовых подготовительных выработок не всегда обеспечивают требуемое сшижение газовыделения, поэтому вопросы совершенствования средств борьбы с газом, с целью увеличения безопасности горных работ, актуальны. Одним из наиболее перспективных направлений снижения интенсивности газовыделения в пластовые выработки является физико-химическая обработка прилегающего мае -сива твердеющими растворами на основе карбамидных смол. При этом в угольном массиве на некоторую глубину от плоскости обнажения пласта создают зону пониженной проницаемости ( зону изоляции).

Применяемые в горном деле водные растворы карбамид -ных смол, при изучении их основных физико-химических свойств и выборе состава можно рассматривать как двухкомпонентные системы. Проведенные исследования позволяют рекомендовать для расчета плотности и величины поверхностного натяжения растворов принцип аддитивного сложения соответствующих свойств компонентов. При расчете вязкости растворов принцип аддитивно -сти выполняется в ограниченных областях. Коэффициент фильтрации и эффективная пористость угольного пласта при нагнетании твердеющих растворов зависят от коэффициента.заполнения, значения которого определяются по кинематической вязкости раст вора.

Эффективность снижения газопроницаемости пласта зависит от коэффициента заполнения и величины усадки раствора при отверждении. На усадку оказывают влияние концентрация смолы в растворе и тип отвардителя. В результате анализа данных по объемному заполнению трещинно-поровой структуры угля определили оптимальную концентрацию смолы в растворе, Для условий Карагандинского бассейна величина Са - 48-62 %

Жизнеспособность твердеющих растворов не зависит от типа отвердителя и определяется по величине водородного показателя к моменту гелеобразования. Получены формулы для расчета величины водородного показателя раствора. Карбонаты угольных пластов при взаимодействии с растворами,содержащими кислотные отвердители, увеличивают их жизнеспособность. Количество карбонатов, вступивших во взаимодействие с растворами смол, характеризуется коэффициентом доступности и зависит от.содержания карбонатов в пласте.

Разработана математическая модель процесса нагнетания жидкости в газосодержащий угольный пласт через длинную скважину и получены формулы для расчета параметров этого процесса, учитывающие свойства обрабатываемого массива (пористость,коэффициент фильтрации, давление метана в порах угля и его вертикальный градиент, неоднородность массива), основные пара -метры скважины ( длина, радиус, угол наклона, шероховатость стенок),физико-химические свойства твердеющих растворов(плот-ность,кинематическая вязкость), характеристики насосной установки. По результатам проведенных исследований определены рациональные параметры нагнетания твердеющих растворов в угольные пласты. Для различных условий Карагандинского бассейна установлена рациональная длина скважин в пределах 20-160 м.

При обработке угольного массива растворами с оптимальным содержанием смолы эффективность снижения газовыделения с обнаженной поверхности пласта зависит от ширины зоны изоляции. Для обеспечения коэффициента снижения газовыделения 0,7-0,8, ширина зоны изоляции рекомендуется 1,2-1,6 м.

Промышленные испытания показали, что при проведении выработок с применением твердеющих растворов газовыделение из угольных стенок снижается в среднем на 64 %9 из отбитого угля - на II %, при этом уменьшается опасность воспламенения метано-воздушных смесей в атмосфере выработок. Эффективность барьерной дегазации возрастает. Если на необработанном участке выработки концентрация метана в устье скважины не превышает 65-70 %9 то на обработанных участках составляет 85-90 %. Темпы проходки на обработанном участке возрастают в 1,5-2 раза.

Похожие диссертации на Управление газовыделением в подготовительные выработки путем снижения газопроницаемости массива твердеющими растворами