Введение к работе
Актуальность работы. При подземной добыче угля проблема метана важна прежде всего с точки зрения обеспечения безопасности горных работ и повышения экономической эффективности их функционирования.
В настоящее время основной объем угледобычи в Карагандинском угольном бассейне приходится на Угольный департамент АО «АрселорМиттал Темиртау», горные работы сконцентрированы на 8 шахтах.
Планируемые нагрузки на ряде шахт Угольного Департамента АО «АрселорМиттал Темиртау» составляют 8000-10000 т/сут, прогнозное газовыделение из разрабатываемого пласта может достигать 6,5-8,5 м3/т, производительность очистных забоев лимитирована по фактору вентиляции. Без кардинального снижения газообильности горных выработок, и в первую очередь разрабатываемого пласта, обеспечить такую нагрузку не представляется возможным. Обоснование выбора технологии пластовой дегазации является актуальной задачей подземной угледобычи.
Целью диссертационного исследования являются обоснование выбора технологии пластовой дегазации выбросоопасных угольных пластов для обеспечения их безопасной и интенсивной отработки на базе натурного исследования основных фильтрационных и газокинетических характеристик угля, а также разработка усовершенствованной технологии заблаговременной дегазационной подготовки (ЗДП) выбросоопасных пластов для повышения эффективности их дегазации.
Идея работы заключается в использовании результатов аналитических и натурных исследований процессов массопереноса метана в угольных пластах для получения достоверной информации об основных свойствах и состоянии углегазового массива, таких как величины пластового давления, газоносности, проницаемости и коэффициентов диффузии угля, сорбционные характеристики при обосновании выбора технологии пластовой дегазации выбросоопасных угольных пластов.
Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:
Механизм комплексной технологии заблаговременной дегазацион-ной подготовки необводненных выбросоопасных угольных пластов путем их пневмогидрорасчленения базируется на предварительном гидрорасчленении пластов малыми объемами (гидроклин для раскрытия магистральных трещин на проектный радиус от скважин) с последующим пневмотепловым воздействием для повышения фазовой проницаемости, равномерности обработки и снижения сорбционной емкости угольного пласта, причем для снижения пылеобразующей способности угля, его выбросоопасности и повышения остаточной газоносности предусмотрено дополнительное воздействие на последней стадии работ – гидровоздействие в режиме гидратации пласта.
Эффективные параметры комплексной технологии заблаговремен-ной дегазационной подготовки необводненных выбросоопасных угольных пластов путем их пневмогидрорасчленения определяются на принципе максимального раскрытия трещин в зонах дегазации с минимальным снижением фазовой проницаемости пласта для газа с учетом термодинамики системы «уголь-метан-рабочий агент».
Научно обоснованные методические рекомендации по выбору основных технологических решений по пластовой дегазации высоко-газоносных угольных пластов базируются на учете следующих основных факторов: прогнозной скорости газоотдачи угольных пластов, оцениваемой на стадии экспериментальных работ по определению основных свойств и состояния углегазоносного массива (величины пластового давления, газоносности, проницаемости и коэффициентов диффузии угля, его сорбционных характеристиках), резерва времени на дегазацию, величины «газового барьера», а также результатов натурной апробации отдельных технологических решений или пробных закачек.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
представительным объемом шахтных исследований (несколько десятков скважин на двух шахтных полях);
результатами натурных испытаний основных технологических решений при ведении подготовительных и очистных работ при отработке ряда лав шахт им. Ленина и «Казахстанская»;
положительными результатами промышленной апробации разработанных технологических схем заблаговременной дегазационной подготовки.
Научная значимость работы заключается в разработке и обосновании методологических положений по выбору основных технологических решений при пластовой дегазации высокогазоносных угольных пластов, обосновании усовершенствованной технологической схемы и основных параметров комплексного пневмогидродинамического воздействия на выбросоопасные необводненные угольные пласты, подлежащие интенсивной и безопасной разработке.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
разработаны методики проведения исследований основных характеристик свойств и состояния угольных пластов в натурных условиях и оценки эффективности ЗДП на стадии полевой подготовки;
разработаны методические рекомендации по выбору основных технологических решений при пластовой дегазации с учетом горно-геологических и горнотехнических факторов.
Реализация выводов и рекомендаций. Разработан и реализован техно-рабочий проект комплексной пневмогидродинамической обработки выбросоопасного угольного пласта Д6 на поле шахты «Казахстанская» на стадии его заблаговременной дегазационной подготовки.
Разработанные параметры и рекомендации использованы при заблаговременной дегазационной подготовке выбросоопасного пласта Д6 на поле шахты «Казахстанская» Угольного Департамента АО «АрселорМиттал Темиртау»
Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы докладывалось в составе научно-технических отчетов перед заказчиком – Угольным Департаментом АО «АрселорМиттал Темиртау» (2009-2011 г.г.), на ежегодных научных симпозиумах «Неделя Горняка» (2008-2012 г.г.), научном семинаре и заседании кафедр «Аэрология и охрана труда» и «Инженерная защита окружающей среды» МГГУ (2011г., 2012 г.).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 7 печатных работах, из них 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, содержит 25 таблиц, 31 рисунок, список использованной литературы из 86 наименований.
Автор выражает благодарность за участие в выполнении представленной работы, поддержку и ценные научно-методические консультации ученым и специалистам кафедр ИЗОС и АОТ МГГУ, работникам Угольного департамента АО «АрселорМиттал Темиртау» и ДГП «КазНИИБГП».
