RU2333363C1 - Способ управления газовыделением при разработке свиты высокогазоносных угольных пластов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с взрывоопасным газом при отработке свиты сближенных высокогазоносных пластов. Техническим результатом является повышение эффективности управления газовыделением и безопасности ведения очистных работ по газовому фактору. Способ включает отработку угольных пластов длинными столбами, создание газосборной емкости из сети дренажных выработок, формирование пути дренирования газа из пластов в газосборную емкость бурением скважин из дренажных выработок в нетронутый угленосный массив и отвод газа из газосборной емкости к скважинам с поверхности, оснащенным газоотсасывающими установками. При этом первоначально определяют местоположение зоны трещинообразования, образующейся в нетронутом угленосном массиве при выемке пластов в свите. Причем дренажные выработки проводят по некондиционному пласту, залегающему выше свиты угольных пластов в зоне трещинообразования, с образованием дренажного горизонта до начала выемки пласта, намеченного к отработке первым и имеющего наименьшую газообильность. По мере подготовки дренажного горизонта скважины, формирующие пути дренирования газа из пластов, бурят из дренажных выработок до почвы нижнего пласта в свите с последующим силовым воздействием через них на угленосный массив, например, камуфлетным взрыванием, а скважины с поверхности бурят на глубину расположения дренажного горизонта и за его пределами с последующим соединением каждой из них с крайней дренажной выработкой путем проведения между ними дополнительной выработки. После подготовки дренажного горизонта к отводу в него газа до начала выемки пластов производят извлечение газа из предварительно образованной сети трещин нетронутого угленосного массива, который после формирования путей дренирования поступает из них в выработки дренажного горизонта и отводится из последних за счет депрессии, развиваемой газоотсасывающими установками. При выемке первого угольного пласта газ по трещинам зоны трещинообразования, образующейся под влиянием очистных работ в указанном пласте, выходит из выработанного пространства этого пласта в выработки дренажного горизонта с последующим его отводом из них к скважинам с поверхности при поддержании депрессии в системе - «дренажный горизонт - скважины с поверхности» выше, чем депрессия, создаваемая в очистном забое отрабатываемого пласта. В дальнейшем за счет развития трещин зоны трещинообразования при выемке остальных угольных пластов в свите продолжается отвод газа из выработок дренажного горизонта, в которые он постоянно поступает из вновь образующихся трещин в угленосном массиве в процессе выемки каждого пласта и из выработанных пространств этих пластов. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с взрывоопасным газом при столбовых системах отработки свиты сближенных высокогазоносных угольных пластов.

Известен способ управления газовыделением при разработке свиты высокогазоносных пластов угля, склонных к самовозгоранию, включающий отработку выемочного поля длинными столбами по простиранию, выемку по бесцеликовой технологии с отводом газовоздушной смеси из выработанного пространства в воздухоотводящую выработку через дренажный штрек, проведенный по нижележащему пласту разрабатываемой группы сближенных пластов и соединенный посредством дренажных квершлагов с вентиляционными штреками первых столбов вышележащих пластов, установление вентилятора на устье воздухоотводящей выработки, причем перед отработкой выемочного поля к первоначальной отработке выбирают пласт, уголь которого наименее склонен к самовозгоранию и который отрабатывают в нисходящем порядке, а последующую отработку подработанных и надработанных пластов производят в восходящем порядке с отводом газовоздушной смеси на дренажный штрек через междупластья и выработанное пространство первоначально отработанного пласта (1).

Недостатком известного способа управления газовыделением является его низкая эффективность, поскольку отвод газа осуществляется в нисходящем направлении через межпластовые трещины, пути фильтрации в которых представлены мелкотрещиноватой структурой, обладающей высоким аэродинамическим сопротивлением. В результате в выработанных пространствах подработанных пластов возможно скопление значительного количества газа, несмотря на создание депрессии вентилятора на скважине. Кроме того, величина депрессии может быть не вполне достаточной, тогда газ не сможет перемещаться в нисходящем направлении, и в силу своих физических свойств (газ перемещается только вверх) он будет накапливаться в выработанных пространствах подработанных пластов.

Причем по известному способу предусмотрена отработка свиты пластов только в нисходящем направлении, поскольку при отработке пластов в восходящем направлении возможна загазованность очистного забоя верхнего подлежащего отработке угольного пласта вследствие неполноты выхода газа из выработанного пространства отрабатываемого пласта.

Таким образом, известный способ имеет ряд существенных недостатков, снижающих эффективность его использования, поскольку не позволяет обеспечить газовую безопасность на выемочных участках отрабатываемых пластов в свите и, соответственно, безопасность ведения очистных работ при отработке высокогазоносных угольных пластов.

Наиболее близким к заявляемому способу по достигаемому результату и физической сущности является способ управления газовыделением при отработке свиты угольных пластов, включающий выемку пластов в нисходящем порядке длинными столбами по простиранию по бесцеликовой технологии с отводом части выделяющегося газа в исходящую струю выемочного участка, при этом при отработке вышележащего пласта создают газосборную емкость, в качестве которой может быть использовано выработанное пространство пласта или сеть дренажных выработок, и формируют пути дренирования газа из нижележащего пласта в газосборную емкость, а при отработке нижележащего пласта очистной забой располагают под газосборной емкостью, создают в нем перепад давления в сторону газосборной емкости и производят отвод газа из нее. Пути дренирования газа из нижележащего пласта в газосборную емкость формируют путем бурения скважин в междупластья и создания в нем ориентированных трещин гидровзрыва, выходящих в газосборную емкость на вышележащем пласте и в зону обрушения кровли нижележащего пласта (2).

В известном способе по сравнению с техническим решением (1) достигается незначительное снижение газовыделения в очистных забоях отрабатываемых пластов за счет образования микротрещин гидровзрыва в междупластье, обеспечивающих переток газа из нижележащего пласта в газосборную емкость с последующим удалением из нее газоотсасывающими установками.

Однако, ввиду необходимости обеспечения безопасности ведения очистных работ по газовому фактору, степень газовыделения в очистных забоях отрабатываемых пластов остается достаточно высокой из-за того, что:

- принятая схема отработки пластов угля в свите в нисходящем направлении снижает эффективность дегазации надрабатываемых нижележащих пластов, в особенности при отработке в свите более двух пластов, поскольку трещины гидровзрыва в междупластьях не представляют собой разветвленную сеть трещин, что не способствует активному перетоку газа из выработанных пространств этих пластов в газосборную емкость вышележащего пласта;

- использование выработанного пространства вышележащего пласта в качестве газосборной емкости малоэффективно, т.к. выработанное пространство представляет собой систему трещин с высоким аэродинамическим сопротивлением, что, в свою очередь, снижает пропускную способность такой газосборной емкости;

- несмотря на использование системы вертикальных скважин, через которые отсасывается газ из газосборной емкости, это не снижает газовую опасность очистных забоев выемочных участков отрабатываемых пластов, т.к. газ удаляется только из одного источника его выделения с последующим поступлением в газосборную емкость, а именно из выработанного пространства при отработке нижележащего пласта;

- в связи с изложенным выше не решен вопрос возможности отвода газа из такого источника его выделения, как из нетронутого угленосного массива до начала отработки угольных пластов с целью снижения газовыделения в очистные забои отрабатываемых пластов. Это ограничивает технологические возможности известного способа.

К недостаткам данного способа следует отнести также и то, что выполнение газосборной емкости из дренажных выработок, которыми являются подготовительные выработки, оконтуривающие выемочные участки, с технико-технологической точки зрения невозможно, т.к. эти выработки должны поддерживаться в выработанном пространстве отрабатываемого вышележащего пласта.

Кроме того, для отвода газа из газосборной емкости на поверхность потребуется значительное количество скважин, пробуренных с поверхности, что удорожает стоимость работ по управлению газовыделением при отработке свиты пластов.

Несмотря на то что в известном способе разделены между собой очистные и дегазационные работы, однако это не может значительно повысить безопасность ведения очистных работ, поскольку эти работы выполняют на довольно близком расстоянии друг от друга.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа управления газовыделением и повышение эффективности его использования за счет снижения выделения газа в рабочее (очистное) пространство выемочного участка каждого из отрабатываемых угольных пластов в свите путем придания нетронутому угленосному массиву коллекторных свойств до начала отработки пластов при одновременном обеспечении полноты извлечения газа из выработанных пространств этих пластов.

Технический результат, достижение которого обеспечивает решение поставленной задачи, выражается в повышении безопасности ведения очистных работ за счет снижения газовыделения в очистные забои отрабатываемых угольных пластов и раздельного ведения очистных и дегазационных работ, а также в увеличении нагрузки на очистной забой за счет снижения влияния газового фактора на возможность повышения добычи угля из очистных забоев отрабатываемых пластов.

Для достижения поставленной задачи с заявляемым техническим результатом в способе управления газовыделением при разработке свиты высокогазоносных угольных пластов, включающем отработку угольных пластов длинными столбами, создание газосборной емкости из сети дренажных выработок, формирование пути дренирования газа из пластов в газосборную емкость бурением скважин из дренажных выработок в нетронутый угленосный массив и отвод газа из газосборной емкости при выемке пластов к скважинам, пробуренным с поверхности и оснащенным газоотсасывающими установками, обеспечивающими переток газа по путям его дренирования, согласно заявляемому техническому решению предварительно определяют местоположение зоны трещинообразования, которая образуется в нетронутом угленосном массиве при выемке пластов в свите, а дренажные выработки газосборной емкости проводят по некондиционному пласту (или пропластку), залегающему выше свиты подлежащих выемке угольных пластов в зоне трещинообразования, с возможностью формирования дренажного горизонта до начала выемки пласта, намеченного к отработке первым в свите и имеющего наименьшую газообильность, при этом при подготовке упомянутого дренажного горизонта проекцию каждой его дренажной выработки на плоскость пластов ориентируют между подготовительными выработками, оконтуривающими каждый выемочный столб отрабатываемых угольных пластов, причем для образования разветвленной сети трещин в нетронутом угленосном массиве скважины, формирующие пути дренирования газа из пластов, бурят из дренажных выработок до почвы нижнего угольного пласта в свите с последующим силовым воздействием через них на нетронутый угленосный массив, например, камуфлетным взрыванием, а скважины с поверхности, отводящие газ из газосборной емкости, которой является дренажный горизонт, бурят на глубину расположения дренажного горизонта и за его пределами вне зоны подработки их с последующим соединением каждой из них с крайней дренажной выработкой путем проведения между ними дополнительной выработки, затем после формирования дренажного горизонта и последующего соединения его выработок со скважинами, пробуренными с поверхности, до начала выемки угольных пластов производят извлечение газа из предварительно образованной сети трещин нетронутого угленосного массива, который после формирования путей дренирования поступает из них в выработки дренажного горизонта и отводится из последних за счет депрессии, развиваемой газоотсасывающими установками, далее при выемке угольного пласта, намеченного к отработке первым, газ по трещинам зоны трещинообразования, образующейся под влиянием очистных работ в указанном пласте, выходит из выработанного пространства этого пласта в выработки дренажного горизонта с последующим его отводом из них к скважинам с поверхности при поддержании депрессии в системе «дренажный горизонт - скважины с поверхности» выше, чем депрессия, создаваемая в очистном забое отрабатываемого пласта, в дальнейшем за счет развития трещин зоны трещинообразования при выемке второго и каждого последующего угольного пласта свиты продолжают отвод газа из выработок дренажного горизонта, в которые он постоянно поступает из вновь образующихся трещин в угленосном массиве в процессе выемки каждого угольного пласта и из выработанных пространств этих пластов.

Причем после выемки угольного пласта, намеченного к отработке первым, остальные угольные пласты в свите отрабатывают в любой последовательности.

Кроме того, в целях экономичности процесса отвода газа из выработок дренажного горизонта с поверхности бурят скважины большого диаметра, по меньшей мере, в пределах 1,0-3,0 м.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, изложенным в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности изобретения - «новизна».

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом следующая.

Признак - «предварительно определяют местоположение зоны трещинообразования, которая образуется в нетронутом угленосном массиве при выемке пластов в свите» - необходим для выбора заранее месторасположения газосборной емкости в толще нетронутого массива, а именно в зоне трещинообразования, которая появляется в нем по мере отработки угольных пластов и по трещинам которой дренируется газ из выработанных пространств этих пластов.

В то же время в прототипе (2) эта зона не используется для удаления газа из выработанного пространства нижележащего пласта, поскольку для этих целей служат только скважины, пробуренные в междупластья. Однако этого недостаточно, чтобы наиболее полно извлечь газ из выработанного пространства этого пласта.

Признак - «а дренажные выработки газосборной емкости проводят по некондиционному пласту (или пропластку), залегающему выше свиты подлежащих выемке угольных пластов в зоне трещинообразования, с возможностью формирования дренажного горизонта до начала выемки пласта, намеченного к отработке первым в свите и имеющего наименьшую газообильность» - является основополагающим в заявленном способе, обеспечивая новый подход к созданию газосборной емкости, а именно в виде дренажного горизонта, что позволит увеличить зону охвата дегазацией не только выработанных пространств отрабатываемых пластов, но и дегазацией нетронутого угленосного массива как до начала выемки угольных пластов в свите, так и при их выемке, и, соответственно, повысить приток выделяющего газа в газосборную емкость - дренажный горизонт, т.е. полезность данного признака очевидна. Причем создание газосборной емкости в виде дренажного горизонта позволит увеличить ее пропускную способность по сравнению с прототипом (2), в котором она ограничена объемом выработанного пространства вышележащего пласта. Кроме того, проведение выработок дренажного горизонта по некондиционному пласту более экономично, чем проведение их по пустым породам.

Причем принятый порядок отработки пластов в свите, т.е. ее начинают с наименее газообильного пласта, обеспечивает более безопасную выемку этого пласта, одновременно создавая наиболее благоприятные условия для дренирования газа из остальных более газообильных пластов при их отработке в направлении газосборной емкости.

Однако заявитель, проведя дополнительный поиск известных решений в данной области с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, установил, что известен из уровня техники вышеописанный отличительный признак (3). Согласно данному источнику при дегазации смежных угольных пластов в качестве газосборной емкости используют газосборную выработку, проводимую по подрабатываемому смежному пласту до начала выемки разрабатываемого пласта с возможностью возведения на ее сопряжении с выработками шахты бетонной перемычки, через которую пропускается газопровод. Этот вариант дегазации применим, когда породы междупластья имеют большую крепость, которая вызывает затруднения в бурении дегазационных скважин. Отсюда следует, что недостаток данного технического решения состоит в возможности достаточно малого объема поступления газа в такую газосборную емкость по сравнению с объемом газа, остающемся в выработанном пространстве разрабатываемого пласта при выполнении данного способа дегазации. Данное обстоятельство приводит к увеличению содержания газа в очистном забое разрабатываемого пласта и, соответственно, к снижению безопасности ведения очистных работ.

Несмотря на имеющийся по данному способу факт разделения ведения очистных и дегазационных работ, его реализация связана с трудностью организации работ по их увязке между собой, и поэтому он применим только для отдельного выемочного участка разрабатываемого пласта и неприменим для разработки свиты смежных пластов на части шахтного поля.

В заявляемом способе рассматриваемый отличительный признак - газосборная емкость в виде дренажного горизонта способна принять достаточно большой объем газа, выделившийся не только из выработанного пространства отрабатываемых пластов, но при дегазации нетронутого угленосного массива с последующим его перетоком к скважинам с поверхности, т.е. сразу за пределы участка (где расположены пласты) шахтного поля. Это позволяет снизить выделение газа в очистных забоях отрабатываемых пластов.

Следовательно, рассматриваемый отличительный признак по известному (3) и заявляемому техническим решениям не подтверждает его идентичность, соответственно и не подтверждается известность влияния этого отличительного признака на достижение указанного заявителем технического результата - повышение безопасности ведения очистных работ и увеличение нагрузки на очистной забой за счет снижения сдерживающего влияния на работу газового фактора.

Признак - «при этом при подготовке упомянутого дренажного горизонта проекцию каждой его дренажной выработки на плоскость пластов ориентируют между планируемыми к проведению подготовительными выработками, оконтуривающими выемочный столб отрабатываемых угольных пластов» - совместно с вышеупомянутым признаком является основополагающим в заявляемом способе и характеризует наиболее оптимальный вариант соотношения принятой системы подготовки дренажного горизонта к системе подготовки к выемке угольных пластов в свите, предопределяя таким образом возможность использовать выработки дренажного горизонта для силового воздействия на нетронутый угленосный массив с целью увеличения его газоотдачи по сравнению с прототипом (2), в котором газоодача осуществляется по трещинам гидроразрыва в междупластьях, не представляющим собой разветвленную сеть.

Признак - «причем для образования разветвленной сети трещин в нетронутом угленосном массиве скважины, формирующие пути дренирования газа из пластов, бурят из дренажных выработок до почвы нижнего угольного пласта в свите с последующим силовым воздействием через них на нетронутый угленосный массив, например, камуфлетным взрыванием» - является одним из условий выполнения заявляемого способа и позволяет реализовать возможность формирования пути дренирования газа в толще нетронутого угленосного массива с тем, чтобы придать ему (после силового воздействия на него) коллекторные свойства, способствующие удалению газовых потоков из него, заранее создавая таким образом предпосылки снижения газообильности очистных забоев отрабатываемых пластов.

Признак - «а скважины с поверхности, отводящие газ из газосборной емкости, которой является дренажный горизонт, бурят на глубину расположения дренажного горизонта и за его пределами вне зоны подработки их с последующим соединением каждой из них с крайней дренажной выработкой путем проведения между ними дополнительной выработки» - указывает на наиболее оптимальный вариант места заложения скважин с поверхности относительно выработок дренажного горизонта, что позволяет значительно уменьшить количество этих скважин до двух по сравнению с прототипом (2), т.е. данный признак необходим для выполнения изобретения.

Признак - «затем после формирования дренажного горизонта и последующего соединения его выработок со скважинами, пробуренными с поверхности, до начала выемки угольных пластов производят извлечение газа из предварительно образованной сети трещин нетронутого угленосного массива, который после формирования путей дренирования поступает из них в выработки дренажного горизонта и отводится из последних за счет депрессии, развиваемой газоотсасывающими установками» - характеризует новизну процесса дегазации нетронутого угленосного массива за счет придания ему заранее коллекторных свойств, что позволяет предварительно, до начала отработки угольных пластов, извлекать газ из нетронутого угленосного массива и, соответственно, снизить в последствии поступление его в очистные забои отрабатываемых пластов.

Признак - «далее при выемке угольного пласта, намеченного к отработке первым, газ по трещинам зоны трещинообразования, образующейся под влиянием очистных работ в указанном пласте, выходит из выработанного пространства этого пласта в выработки дренажного горизонта с последующим его отводом из них к скважинам с поверхности при поддержании депрессии в системе «дренажный горизонт - скважины с поверхности» выше, чем депрессия, создаваемая в очистном забое отрабатываемого пласта» - совместно с вышеуказанным признаком способствует наиболее полному удалению газа из выработанного пространства отрабатываемого пласта за счет газопроводящих каналов в зоне трещинообразования и уже имеющихся трещин в нетронутом угленосном массиве. Указанные обстоятельства приводят к снижению выделения газа в рабочее пространство (очистной забой) отрабатываемого пласта, что способствует повышению безопасности ведения очистных работ и, как следствие, увеличению нагрузки на очистной забой за счет снижения влияния газового фактора на добычу угля.

Признак - «в дальнейшем за счет развития трещин зоны трещинообразования при выемке второго и каждого последующего угольного пласта свиты продолжают отвод газа из выработок дренажного горизонта, в которые он постоянно поступает из вновь образующихся трещин в угленосном массиве в процессе выемки каждого угольного пласта и из выработанных пространств этих пластов» - усиливает вышеописанные технические эффекты за счет продолжающегося процесса развития системы трещин в нетронутом угленосном массиве под влиянием очистных работ в отрабатываемых пластах, по которым газ из последнего и выработанных пространств этих пластов движется в сторону дренажного горизонта под влиянием его депрессии. То есть данный признак подтверждает повышенную эффективность заявляемой технологии управления газовыделением по сравнению с прототипом (2), в котором зона трещинообразования не участвует в дегазации выработанных пространств отрабатываемых пластов.

Кроме того, из характеристики данного признака следует, что очистные и дегазационные работы разделены в пространстве, что, с одной стороны, повышает безопасность ведения очистных работ, а с другой стороны, снижает экономические затраты в целом на выполнение заявляемого способа за счет исключения применения дегазационных трубопроводов.

Признак (пункт 2 формулы) - «после выемки угольного пласта, намеченного к отработке первым, остальные угольные пласты в свите отрабатывают в любой последовательности» - указывает на возможность реализации способа при любом порядке отработки угольных пластов, поскольку независимо от принятого порядка достигается полнота извлечения газа из выработанного пространства отрабатываемых пластов за счет сформированных путей дренирования газа в угольном массиве и образования развитой системы трещин, обеспечивая при этом снижение выделения газа в очистной забой каждого из отрабатываемых пластов в свите, т.е. достигается поставленный заявителем технический результат.

Признак (пункт 3 формулы) - «в целях экономичности процесса отвода газа из выработок дренажного горизонта с поверхности бурят две скважины большого диаметра, по меньшей мере, в пределах 1,0-3,0 м» - уменьшает экономические затраты на отвод газа из выработок дренажного горизонта, а более конкретно уменьшает потребление электроэнергии газоотсасывающими установками вследствие снижения аэродинамического сопротивления движению газа по скважинам большого диаметра, поэтому таких скважин достаточно пробурить только две.

Таким образом, совокупность существенных признаков, характеризующая сущность заявляемого способа, позволяет повысить эффективность управления газовыделением за счет снижения выделения газа в рабочее (очистное) пространство выемочного участка каждого отрабатываемого угольного пласта, обеспечивающего возможность повышения техники безопасности ведения очистных работ и добычи угля из очистных забоев при снижении влияния сдерживающего фактора газовыделения.

Из изложенного следует, что существенные признаки заявляемого изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом и из анализа уровня техники в данной области не очевидны явным образом для специалиста, что характеризует «изобретательский уровень» заявляемого технического решения.

Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность заявляемого способа поясняется графическими материалами, где:

на фиг.1 приведена принципиальная схема расположения дренажного горизонта относительно свиты высокогазоносных угольных пластов (до их выемки) и скважин с поверхности, в изометрии (породы угленосного массива условно не показаны);

на фиг.2 - вид по А на фиг.1, положение горных работ в плане по нижнему пласту, принятому к отработке первым;

на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1, схема бурения скважины из выработок дренажного горизонта через нетронутый угленосный массив до почвы нижнего угольного пласта в свите;

на фиг.4 - то же, что на фиг.3, схема формирования разветвленной сети трещин в нетронутом угленосном массиве;

на фиг.5 - схема управления газовыделением в период выемки пласта, намеченного к отработке первым и имеющего наименьшую газообильность;

на фиг.6 - фрагмент с фиг.5 (в увеличенном виде), участок угленосного массива в момент образования свода обрушения и зоны трещинообразования в период выемки угля на выемочном участке первоначально отрабатываемого пласта в свите;

на фиг.7 - схема управления газовыделением в период выемки пласта в свите, подработанного первоначально отработанным пластом, вертикальный разрез.

Предлагаемый способ управления газовыделением при разработке свиты высокогазоносных угольных пластов рассмотрен на примере отработки свиты из двух пластов 1 и 2, выемку угля которых осуществляют длинными столбами по простиранию по бесцеликовой технологии.

Перед отработкой участка шахтного поля производят оценку степени газообильности пластов 1, 2 и выбирают к первоначальной отработке пласт, имеющий наименьшую газообильность, например пласт 1. После этого, исходя из конкретных горно-геологических условий залегания угольных пластов 1 и 2, определяют зону трещинообразования 3, которая образуется в будущем в процессе выемки этих пластов. Для определения местоположения зоны трещинообразования 3 рекомендуется воспользоваться аналитическим методом, основанным на определении величины деформации горных пород при их подработке, зависящей от мощности вынимаемого угольного пласта и физико-механических свойств горных пород.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале создают газосборную емкость из сети дренажных выработок (фиг.1).

Для чего, согласно плану горных работ подлежащего отработке участка шахтного поля, с уклонов или бремсбергов шахты по известной технологии вскрывают некондиционный пласт 4, который залегает выше свиты подлежащих выемке пластов 1, 2 и который должен быть расположен в месте нахождения в будущем зоны трещинообразования 3. После этого, до начала выемки пласта 1, намеченного к отработке первым как наименее газообильного, проводят сеть дренажных выработок 5, система подготовки которых соответствует системе подготовки к отработке пластов 1 и 2, т.е. длинными столбами по простиранию по бесцеликовой технологии. Из пройденной сети дренажных выработок 5 формируется дренажный горизонт 6. При этом при формировании дренажного горизонта 6 проекцию каждой его выработки 5 на плоскость пластов 1 и 2 ориентируют между планируемыми к проведению подготовительными выработками 7, оконтуривающими каждый выемочный столб 8 отрабатываемых угольных пластов 1 и 2 (фиг.2).

Одновременно с созданием дренажного горизонта 6 (или после этого) с поверхности бурят две скважины 9 большого диаметра, в пределах 1,0-3,0 м, на глубину расположения дренажных выработок 5 с ориентированием каждой из них вдоль протяженности этих выработок 5 и за их пределами вне зоны подработки пластами 1 и 2. Затем каждую скважину 9 соединяют с крайней дренажной выработкой 5 путем проведения между ними дополнительной выработки 10, герметизируют ее устье и подключают к газоотсасывающей установке 11, создающей депрессию в выработках 5 дренажного горизонта 6 (фиг.1, 2).

По мере подготовки дренажного горизонта 6 к отводу в выработки 5 газа, выделяющегося из пластов 1 и 2, в нетронутом угленосном массиве 12 формируют пути дренирования газа путем бурения скважин 13 из дренажных выработок 5 до почвы нижнего пласта 1 (фиг.3). Затем через скважины 13 осуществляют силовое воздействие на нетронутый угленосный массив 12 любым известным способом, например камуфлетным взрыванием, с целью создания в нем разветвленной сети трещин 14. Причем скважины 13 можно бурить либо сразу через всю толщу угленосного массива 12 в пределах всех выемочных столбов 8 отрабатываемых пластов 1 и 2, либо в пределах части этих выемочных столбов 8, если к моменту бурения скважин 12 будет подготовлено к отработке выемочное поле пласта 1.

После формирования дренажного горизонта 6 и последующего соединения его выработок со скважинами 9, пробуренными с поверхности, толщу угленосного массива 12, которой приданы коллекторные свойства вследствие силового воздействия на нее до начала выемки угольного пласта 1, подвергают дегазации путем извлечения газа из предварительно образованной сети трещин массива 12, который по сформированным путям дренирования в виде разветвленной сети трещин 14 поступает из них в выработки 5 дренажного горизонта 6 и отводится из последних к скважинам 9 с поверхности за счет депрессии, развиваемой газоотсасывающими установками 11. За счет предварительной дегазации угленосного массива 12 обеспечивается в дальнейшем снижение выделения газа в очистном забое при выемке пласта 1 и, соответственно, позже при выемке пласта 2 (фиг.4).

Далее при выемке пласта 1, который принят к первоначальной отработке, кроме зоны обрушения 15 образуется зона трещинообразования 3, по трещинам 16 которой, а также по трещинам 14 в угленосном массиве 12 газ из выработанного пространства пласта 1 поступает в выработки 5 дренажного горизонта 6 и отводится из них к скважинам 9 с поверхности за счет поддержания депрессии в системе «дренажный горизонт - скважины с поверхности» выше, чем депрессия, создаваемая в очистном забое отрабатываемого пласта (фиг.5, 6).

В дальнейшем при выемке пласта 2 происходит развитие трещин 16 в зоне трещинообразования 3, при этом газ из вновь образующихся трещин 16 в угленосном массиве 12 и из выработанного пространства этого пласта постоянно поступает в выработки 5 дренажного горизонта, из которых отводится по вышеописанной схеме (фиг.7).

Если в свите более двух угольных пластов, после отработки наименее газообильного пласта остальные пласты отрабатывают в любой последовательности при выполнении в каждом из них работ, аналогичных работам при отработке пласта 1.

Предложенная схема дегазации отрабатываемых в свите высокогазоносных угольных пластов обеспечивает наиболее полное извлечение газа из выработанных пространств этих пластов и, как следствие, снижение его выделения в действующие очистные забои отрабатываемых пластов.

В случае необходимости все описанные операции по заявляемому способу можно аналогичным образом осуществить на других участках шахтного поля.

Таким образом, в результате выполнения представленных в заявляемом способе новых операций появилась возможность расширить технологические возможности способа управления газовыделением и повысить эффективность его использования за счет снижения выделения газа в очистные забои отрабатываемых пластов, обусловленного приданием нетронутому угленосному массиву коллекторных свойств до начала отработки пластов в свите при обеспечении полноты извлечения газа из выработанных пространств отрабатываемых пластов. За счет этого обеспечены безопасные условия ведения работ по добыче угля на высокогазоносных угольных пластах при одновременном повышении добычи угля из них вследствие снижения ограничивающего влияния газового фактора.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания изобретения:

1. Авторское свидетельство СССР №1476151, кл. Е21F 7/00, 1986 г.

2. Патент РФ №2118458, Е21F 7/00, 1997 г. (прототип).

3. Временное руководство по дегазации угольных шахт. - М.: Недра, 1967, с.56-61.

Claims (3)

1. Способ управления газовыделением при отработке свиты высокогазоносных угольных пластов, включающий выемку угольных пластов длинными столбами, создание газосборной емкости из сети дренажных выработок, формирование пути дренирования газа из пластов в газосборную емкость бурением скважин из дренажных выработок в нетронутый угленосный массив и отвод газа из газосборной емкости при выемке пластов к скважинам, пробуренным с поверхности и оснащенным газоотсасывающими установками, обеспечивающими переток газа по путям его дренирования, отличающийся тем, что предварительно определяют местоположение зоны трещинообразования, которая образуется в нетронутом угленосном массиве при выемке пластов в свите, а дренажные выработки газосборной емкости проводят по некондиционному пласту или пропластку, залегающему выше свиты подлежащих выемке угольных пластов в зоне трещинообразования, с возможностью формирования дренажного горизонта до начала выемки пласта, намеченного к отработке первым в свите и имеющего наименьшую газообильность, при этом при подготовке упомянутого дренажного горизонта проекцию каждой его дренажной выработки на плоскость пластов ориентируют между планируемыми к проведению подготовительными выработками, оконтуривающими каждый выемочный столб отрабатываемых угольных пластов, причем для образования разветвленной сети трещин в нетронутом угленосном массиве скважины формирующие пути дренирования газа из пластов бурят из дренажных выработок до почвы нижнего угольного пласта в свите с последующим силовым воздействием через них на нетронутый угленосный массив, например камуфлетным взрыванием, а скважины с поверхности, отводящие газ из газосборной емкости, которой является дренажный горизонт, бурят на глубину расположения дренажного горизонта и за его пределами вне зоны подработки их с последующим соединением каждой из них с крайней дренажной выработкой путем проведения между ними дополнительной выработки, затем после формирования дренажного горизонта и последующего соединения его выработок со скважинами, пробуренными с поверхности, до начала выемки угольных пластов производят извлечение газа из предварительно образованной сети трещин нетронутого угленосного массива, который после формирования путей дренирования поступает из них в выработки дренажного горизонта и отводится из последних за счет депрессии, развиваемой газоотсасывающими установками, далее при выемке угольного пласта, намеченного к отработке первым, газ по трещинам зоны трещинообразования, образующейся под влиянием очистных работ в указанном пласте, выходит из выработанного пространства этого пласта в выработки дренажного горизонта с последующим его отводом из них к скважинам с поверхности при поддержании депрессии в системе «дренажный горизонт - скважины с поверхности» выше, чем депрессия, создаваемая в очистном забое отрабатываемого пласта, в дальнейшем за счет развития трещин зоны трещинообразования при выемке второго и каждого последующего угольного пласта свиты продолжают отвод газа из выработок дренажного горизонта, в которые он постоянно поступает из вновь образующихся трещин в угленосном массиве в процессе выемки каждого угольного пласта и из выработанных пространств этих пластов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выемки угольного пласта, намеченного к отработке первым, остальные угольные пласты в свите отрабатывают в любой последовательности.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в целях экономичности процесса отвода газа из выработок дренажного горизонта с поверхности бурят скважины большого диаметра, по меньшей мере, в пределах 1,0-3,0 м.

Images