Источник: Всесоюзный семинар по теории дегазации угольных пластов. Институт горного дела им. А.А.Скочинского. Информационное письмо №Б-10. Москва. 1961г. – с.6-13
В раде стран для установления интенсивности выделения метана в горные выработки из различных источников проводились специальные исследования и делались попытки качественной и количественной оценки этих источников и их роли в газовом балансе выработок участка и шахты.
Несмотря на проведенные широкие исследования, предложенные гипотезы не нашли общего признания, в ряде случаев они не подтверждаются практикой ведения горных работ.
Несоответствие рекомендуемых зависимостей фактическому положению имеет место вследствие того, что в предложенных гипотезах какой-либо из факторов, влияющих на газоотдачу сближенных пластов, принимается за решающий, а остальным отводится подчиненное значение. Зарубежные исследователи (Паттейский, Вебер, Видаль, Штюффнен и др.), отводят решающую роль в газоотдаче сближенных пластов угля, разгрузке их от горного давления, появлению трещин в междупластьи к образованию в результате разгрузки полостей (пустот) расслоения пород и повышению вследствие этого газоотдачи пластов угля. Сторонники иных гипотез (Печук И.M.) считают, что образование полостей расслоения вмещающих пород происходит под воздействием десорбирующегося из сближенных пластов угля метана, который при достижении определенной величины газового давления прорывает породы междупластья и поступает в горные выработки. Разгрузке вмещающих толщ от горного давления и развитию трещиноватости в породах и пластах угля в гипотезе Печука отводится незначительная роль.
Практика показывает, что оба направления объяснения механизма процесса дегазации не объясняют фактического положения и основанные на них гипотезы не могут быть применены для всех разнообразных природных и горнотехнических условий. Это подтверждается критическим анализом гипотез дегазации как отечественных (Печук И.М.) так и зарубежных (Винтер, Шульц, Видаль, Паттейский, Штюффнен и др.) исследователей.
Анализ практических данных по газовыделению из сближенных пластов в выработки и дренажные скважины позволяет в первом приближении установить основные факторы, влияющие на газоотдачу: мощность разрабатываемого пласта и пород междупластья, угол падения и другие природные и горнотехнические факторы. На основе анализа данных по сдвижению вмещающих пород и поступлению газа через нарушенные породы междупластья, установлены радиусы влияния выемки пласта на дегазацию сближенных и необходимая величина опережения выемки. Определены зоны разгрузки и повышения газовыделения в зависимости от мощности междупластья; взаиморасположение зон разгрузки и повышенного газовыделения и т.п.
Е.И.Преображенская (КНИУИ) в докладе «Методика расчета количества скважин при предварительной дегазации угольных пластов без разгрузки от горного давления на шахтах Карагандинского бассейна» отметила, что в Караганде наибольшее распространение получила дегазация непосредственно разрабатываемых пластов при отсутствии разгрузки от горного давления. На основании обобщения результатов наблюдений за газообильностью дегазируемых участков и газовыделением из дренажных скважин при пластовой дегазации институтом КНИУИ разработана методика расчета количества скважин.
Расчет количества скважин при пластовой дегазации производится на основании следующих данных:
а) запасов угля на дегазируемом массиве;
б) ожидаемой газообильности выработок на этом участке;
в) возможного срока предварительного каптажа метана из угольного массива;
г) удельного газовыделения из скважин;
д) некоторых параметров, полученных на основании опытных данных.
В результате успешного внедрения опыта предварительной дегазации мощных угольных пластов накоплен весьма ценный материал, позволяющий в дальнейшем установить связь коэффициента газоотдачи на погонный метр скважины с мощностью и природной газоносностью угольного пласта.
В докладе О.И.Чернова (ВостНИИ) «О теории дегазации угольных пластов» была предложена классификация методов дегазации угольных пластов и сделана первая попытка оценки эффективности газового дренажа угольных пластов без разгрузки и с разгрузкой от горного давления и при наличии в породах деформаций растяжения. Выявленные эмпирические закономерности более с качественной, чем с количественной стороны характеризуют изучаемые зависимости и требуют дальнейшего изучения.
В докладе Левина М.М. (КНИУИ) «Выбор заложения и направления дегазационных скважин при их бурении на спутники в Карагандинском бассейне» указывается, что первые опыты дегазации спутников показали, что принципы расчетов и коэффициенты, предложенные проф. И.М.Дечуком применимы для дегазации спутников на шахтах Карагандинского бассейна. Однако, в силу некоторых особенностей системы разработки: полевая подготовка, обратный порядок отработки шахтных полей и др. появилась необходимость выбора места заложения и направления скважин применительно к существующим условиям ведения горных работ.
Экспериментальные скважины, пробуренные со стороны откаточного и вентиляционного штреков по пластам Двойной и Новый на шахтах №№ 12 и 38, показали, что эффективность дегазации спутников получается значительно выше при бурении скважин со стороны вентиляционных штреков как по дебиту метана, так и по скорости разгрузки спутников после их подработки.
В процессе проведения экспериментальных работ был разработан способ двойной герметизации скважин, пробуриваемых на спутник через выработанное пространство, вышележащего отработанного горизонта.
При обратном порядке отработки шахтных полей были опробованы и освоены скважины, пробуренные под большими углами к линии падения пласта, навстречу движению лавы.
При разработке двух сближенных пластов установлена возможность бурения скважин на вышележащие спутники с нижележащего пласта. Это дает значительную экономическую эффективность, связанную с уменьшением проходческих работ по подготовке буровых камер и прокладке второго газопровода.
Кроме того, в результате научно-исследовательской работы, проведенной сотрудниками КНИУИ, были уточнены ранее предложенные проф. И.М.Дечуком формулы для определения направления дегазационных скважин при бурении их с полевых штреков и при повороте скважин навстречу движущемуся забою под углом к линии падения пласта, а также определены углы наклона скважин к горизонту.
Ю.И.Умнов (ПечоНИУИ) в своем докладе «Анализ работы методов и способов дегазации, применяемых на шахтах комбината Воркутуголь, и каптаж газа из неподрабатываемых угольных пластов подготовительными выработками» отмечает, что институтом Печор-КИУИ разработана классификация методов дегазации угольных шахт и показаны условия применения их в Воркуте, установлены рациональные параметры дегазационных систем (направление, длина скважин, расстояния между ними) и эффективность дегазации. Это послужило основанием для разработки метода приближенного инженерного расчета при проектировании дегазации шахт.
На основании фактического материала, полученного з результате проведенных наблюдений, дается технико-экономическое сравнение способов дегазации в виде количества метана, полученного с I п.м. пробуренной дренажной скважины и общей длины скважин, которое необходимо пробурить при том или ином способе каптажа газа на участке протяженностью 100 м.
Особый интерес представляет опыт дегазации мощного пласта дренажными выработками, проходимыми заблаговременно до очистной выемки, которые впоследствии используются как подготовительные выработки.
В докладе канд.техн.наук Н.П.Якушина (УкрНЙИОМШС) «Активная дегазация угольных пластов и газоносных пород - основной метод борьбы с суфлярными и внезапными выбросами при проведении горных выработок на шахтах» отмечается, что Институтом разработан и апробирован в производственных условиях при проведении подготовительных выработок и строительстве шахт способ дегазации угольных пластов и пород методом барьерных скважин.
Применение этого метода дегазации на шахтах дало весьма положительные результаты:
а) метановыделение в выработках уменьшилось в 3-5 раз, содержание метана в воздухе удерживалось на уровне 0,1-0,3%;
б) действие суфляров во многих случаях прекратилось, новые суфляры не появлялись;
в) в целом по шахте метановыделение сократилось более чем в два раза;
г) создавались весьма благоприятные вентиляционные условия, которые привели к повышению производительности труда и ускорению проходки выработок (вместо 3-12 м/мес скорость проходки достигала 40-60 м/мес );
д) отсасываемый газ использовался в качестве топлива в котельной шахты.
Этот метод, применявшийся также в Караганде, широко применяется за рубежом (ПНР, ЧССР) и должен пропагандироваться как наиболее эффективный в соответствующих условиях.
Канд.техн.наук А.А.Мясников (ВостНИИ) в докладе «Некоторые вопросы дегазации угольных пластов горными выработками» дает аналитическое решение процесса фильтрации газа на основании рациональных уравнений, учитывающих физико-механические свойства горных пород и физико-химические свойства газа.
Развитые аналитические методы исследования газовыделения в горные выработки представляют значительный интерес, основываются на правильных физических предпосылках и дают возможность перейти к расчетным формулам для определения дегазации угольных пластов подготовительными выработками и для инженерных расчетов проветривания подготовительных выработок при прохождении их в крутопадающих мощных угольных пластах.
В докладе Ю.А.Липаева и Г.Г.Степченковой (ИГД им.А.А. Скочинского) «Предварительный расчет дегазации угольного массива между двумя выработками или скважинами, диаметр которых сравним с мощностью пласта» предлагается метод расчета, позволяющий дать оценку о газоносности целиков и газообильности выработок при камерной системе разработки, а также судить об эффективности дегазации массива угля сеткой опережающих скважин.
Вопрос фильтрации газа в угольном пласте решается методом моделирования сходных процессов.
Математические основы метода гидромоделирования заключается в аналогии уравнений, описывающих процессы движения и накопления газа в блоках угольного пласта и жидкости в вертикальных сосудах, переменного поперечного сечения, соединенных гидравлическими сопротивлениями. Замеряя уровни жидкости в сосудах в различные моменты времени после начала процесса, можно получить картину распределения давления газа в угольном массиве в соответствующие моменты времени после вскрытия пласта.
В докладе приводятся расчеты распределения давления газа в угольном массиве и газовыделения из него в зависимости от времени для различных расстояний между заработками или скважинами (50,20,18,16,14,12,10,8,6,4,2 м).
В докладе В.В.Тетеревенкова (ВНИШ) «Порядок отработки и дегазация пластов крутого падения» отмечается, что проведенными ВНИМИ исследованиями по проявлению горного давления на пластах крутого падения установлен характер деформирования и нагружения пластов в процессе их разработки, определена зависимость распределения горного давления по высоте разрабатываемого этажа. Рекомендуются наиболее эффективные места заложения скважин для дегазации пластов крутого падения в зависимости от принятого порядка отработки.
Докт.техн.наук Я.Н.Быков (Тульский горный институт) в сообщении «К вопросу о теории дегазации угольных пластов» изложил свою точку зрения на теорию дегазации угольных пластов. Он считает, что при дегазации угольного массива скважинами практически отсутствует десорбция газа, а происходит выделение свободного газа, находящегося либо в микроколлекторах, гидравлически связанных между собой, или изолированных друг от друга, либо в виде своеобразных хранилищ. Поэтому для установления эффективности дегазации необходимо тщательное изучение тектонической структуры пласта и выявление микроколлекторов.
Большой интерес вызвало сообщение канд.физ.мат.наук М.С.Анцыферова «Геофизический метод поиска дегазационных скважин». Докладчиком дана краткая характеристика применяющихся в настоящее время 2-х методов поиска скважин: электрометрический и геофизический. На большом фактическом материале приведено сравнение этих методов и выявлены преимущества геофизического метода: высокая точность определения, простота конструкции прибора и его портативность.
В решении Всесоюзного семинара отмечается, что для дальнейшей разработки вопросов теории дегазации необходимо:
1. Уточнить методы расчета количеств метана, которые могут быть удалены с помощью дегазации. Для этой цели следует проводить изучение природной и остаточной газоносности природного и остаточного газового давления в подрабатываемых и надрабатываемых угольных пластах при осуществлении газового дренажа этих пластов или без него.
2. Определить углы сдвижения пород и изменения их во времени в различных природных и горнотехнических условиях, используя для этого накопленный опыт по установлению наиболее эффективных направлений бурения дренажных скважин, а также данные маркшейдерских отделов шахт и производя специальные исследования.
3. Поручить Институту горного дела им. А.А.Скочинского разработать приемлемую для инженерно-технических работников шахт методику проведения исследований непосредственно в производственных условиях и привлечь их к выполнению научных исследований по дегазации угольных пластов.
4. Изучить изменение газопроницаемости подрабатываемых угольных пластов на основе наблюдений за изменением дебита газа в отдельных скважинах и исследования газопроницаемости углей в лабораторных условиях при различных условиях нагружения образцов.
5. Необходимо рассмотреть возможность применения изотопов для изучения изменения плотности угольных пластов при перераспределении горного давления.
6. Произвести проверку имеющихся, методов расчета параметров дегазационных скважин и выработок, а также дебита метана из сближенных угольных пластов в горные выработки и в дренажные скважины в различных природных и горнотехнических условиях на объектах, для которых с достаточной достоверностью известны геологические разрезы, свойства угольных пластов и вмещающих пород.