Заблаговременная дегазация угольных пластов – основа комплексного освоения углегазовых месторождений

ЗАБЛАГОВРЕМЕННАЯ ДЕГАЗАЦИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ – ОСНОВА КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ УГЛЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Баймульдин Мурат Каирович

канд. техн. наук, доц. Карагандинского Технического университета,

Казахстан, г. Караганда

Баймухаметов Сергазы Кабиевич

д-р техн. наук, проф. Карагандинского Технического университета,

Казахстан, г. Караганда

вице-президент экспертной группы по шахтному метану

Европейской экономической комиссии ООН, Казахстан, г. Караганда

Балниязова Гузель Мэлсовна

докторант Карагандинского Технического университета,

Казахстан, г. Караганда

Муллагалиева Лилия Фандусовна

докторант Карагандинского Технического университета,

Казахстан, г. Караганда

АННОТАЦИЯ

Проанализирован прежний опыт ведения работ по дегазации угольных пластов с использованием гидрорасчленения на шахтах Карагандинского угольного бассейна на основе пробуренных и освоенных ранее порядка 160 скважин с проведением различных методов воздействия на них (соляно-кислотная обработка, пневмогидровоздействие, циклическое и знакопеременное воздействие, кавитация, плазменно- импульсное воздействие). Проанализированы способы освоения скважин (станки- качалки, винтовые штанговые насосы, эрлифт, свабирование и т.д.) после проведения гидрорасчленения, определены дебеты газовыделения скважин при различных способах и сроках освоения, динамика газовыделения угольных пластов доказывает возможность снижения природной газоносности до 50-60%, проанализированы более приемлемые экономически целесообразные варианты освоения скважин, проведена оценка снижения природной газоносности угольных пластов при различных способах ГРП и освоения. Показано, что заблаговременное извлечение метана из угольных пластов является основой комплексного освоения углегазовых месторождений, снижению природной газоносности до 10м³/тн. угля и как следствие снижение абсолютной газообильности очистных забоев до 80%, и увеличение продуктивности пластовых скважин в 3 и более раз, целью которой является обеспечение безопасности труда шахтеров. Для широкого внедрения данной технологии необходимо повышение её эффективности, одним из направлений которого является учет напряженно-деформированного состояния углепородного массива. Следует отметить, что решение этой задачи позволить более точно прогнозировать зоны опасные по газодинамическим явлениям и газовыделению в горные выработки.

Технология добычи метана из угольных пластов получила широкое распространение в последние 20-25 лет в США, Канаде, Австралии и ряде других стран. Фактически можно говорить о формировании новой отрасли, которая в последующем приняла форму «сланцевой революции». Однако первые в мировой практике целенаправленные работы по извлечению метана угольных пластов были начаты в 1957г. по инициативе академика А.А.Скочинского и профессора Н.В.Ножкина, который предложил метод воздействия на угольный массив с целью его предварительной дегазации, получивший название направленного гидравлического расчленения пласта. Основой данной технологии является гидродинамическое воздействие на угольные пласты с использованием различных рабочих агентов и технологических режимов [1]. Основная цель - обеспечение безопасных условий ведения горных работ накладывало определенные ограничения на технологию воздействия, выбор мест заложения скважин, которые определялись программой развития горных работ, а также срок их эксплуатации.

Шахтные исследования по данному направлению проводились в Карагандинском и Донецком бассейнах с 1961г. За время испытаний, опытно-промышленной апробации и внедрения этого способа только в Карагандинском бассейне было обработано более 60 млн. тонн запасов угля более чем через 160 скважин на 10 шахтных полях. В зависимости от условий проведения гидрорасчленение использовалось по двум схемам: комплексной и заблаговременной дегазации угольных пластов. Основная часть скважин использована на действующих горизонтах шахт по первой схеме - комплексной дегазации. Гидродинамическое воздействие в этом случае применяется для повышения проницаемости пластов с последующим извлечением метана через скважины гидрорасчленения и пластовые скважины. Срок освоения и эксплуатации скважин расчленения по этой схеме не превышает 1,5 лет, снижение газоносности с учетом пластовых скважин достигает 8-10 м³/т. В ходе испытаний установлено, что данный способ является эффективным средством снижения газообильности очистных забоев при их высокопроизводительной работе. Достигнуто снижение абсолютной газообильности на 37-80%. Продуктивность пластовых скважин в зонах комплексной дегазации возросла в 3-7 раз. Кроме того, было установлено, что гидрорасчленение не только приводит к снижению газообильности, но и позволяет изменить характер напряженного состояния призабойной части пласта.

В ходе опытно-промышленных работ было установлено, что заблаговременная дегазация мощного угольного пласта при использовании гидрорасчленения должна осуществляться от 5 до 8 лет с извлечением до 2-3 млн. м³ метана из одной скважины без учета дополнительного последующего извлечения после разгрузки массива при ведении горных работ. Фактический срок службы скважин превышает 10 лет. В благоприятных горно-геологических условиях (глубина залегания до 500-550м) были получены стабильные, положительные результаты. Максимальный дебит скважин составлял 4-5 тыс. м³/сут. Динамика газовыделения доказывает возможность извлечения 50-60% метана, содержащегося в угольных пластах. Концентрация метана в извлекаемом газе составляет 95-98%, что позволяет использовать широкий спектр технологий утилизации шахтного метана при минимальной его подготовке. Следует отметить, что газоносность угольных пластов Карагандинского бассейна является одной из самых высоких, при этом проницаемость угольных пластов составляет, как правило, сотые или даже тысячные доли миллидарси.

Принципиальное различие в развитии этой технологии в СССР и США определялось её целевым назначением. В первом случае речь шла об обеспечении безопасных условий отработки запасов угля. Во втором - непосредственно добыче метана, поэтому одним из основных критериев, определяющих целесообразность проведения таких работ является высокая природная проницаемость угольных пластов (более 1 мД). Основной задачей в этом случае было выявление наиболее перспективных участков на основе изучения и анализа горно-геологических условий и характеристик. В связи с этим технология развивалась в основном вне шахтных полей. Следует отметить, что данный подход является экстенсивным путем развития и не позволяет решить вопросы экологизации угледобычи и комплексного освоения углегазовых месторождений.

Этим и объясняется наметившаяся в последние годы тенденция конвергенции данных направлений.

Решение проблемы внедрения данной технологии на шахтных полях имеет государственное социально-экологическое значение, так как обеспечивает:

•безопасные условия отработки запасов угля;

•повышение темпов ведения подготовительных и добычных работ;

•снижение выбросов угольного метана в атмосферу, за счет использования каптируемого газа.

Реализации данного подхода во многом препятствует отсутствие четкого понимания о возможных преимуществах технологии заблаговременной дегазации по сравнению с добычей угольного метана.

В работе [2] наглядно показано, что эффективность технологии заблаговременной дегазации многократно превышает эффективность добычи угольного метана. Расчеты, выполненные для условий ш. им. Ленина показали, что даже при десятикратном превышении объемов извлечения метана в варианте добычи её экономическая эффективность более чем в два раза уступает варианту заблаговременной дегазации.

Одной из основных задач совершенствования технологии заблаговременной дегазации является обеспечение дегазации всей площади выемочного участка, для чего необходим учет напряженно-деформированного состояния угольного пласта и всего массива, а также дополнительные напряжения, возникающие в результате проведения гидродинамического воздействия. Следует отметить, что решение данной задачи имеет важное значение и с точки зрения обеспечения безопасности ведения горных работ, т.к. необходимо для достоверного прогноза зон опасных по газодинамическим явлениям и газовыделению в горные выработки.

Список литературы:

1. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. М.,Недра, 1979 – 271с.

2. Коликов К.С., Сластунов С.В., Ермак Г.П. Угольный метан: добыча или дегазация// Газовая промышленность. -2012. -№10. –С. 60-62.