Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса
Висока ефективність завчасної шахтної дегазації вугільних пластів і газоносних пісковиків у Донбасі може бути досягнута на глибинах до 1100-1200 м за умови застосування сучасних технологій комплексної обробки високогазоносних вугільних родовищ, заснованих на результатах досліджень мікрокомпонентного...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2009
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18110 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса / Н.В. Жикаляк, В.В. Кирюков, О.А. Кущ // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 2. — С. 371-385. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18110 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-181102025-02-23T18:12:45Z Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса Жикаляк, Н.В. Кирюков, В.В. Кущ, О.А. Висока ефективність завчасної шахтної дегазації вугільних пластів і газоносних пісковиків у Донбасі може бути досягнута на глибинах до 1100-1200 м за умови застосування сучасних технологій комплексної обробки високогазоносних вугільних родовищ, заснованих на результатах досліджень мікрокомпонентного складу і мікроструктури вугілля, фізичного стану пластів, форм знаходження і зв'язків газу метану у вугіллі і гранулярному колекторі. High efficiency of preliminary degassing from the terrestrial surface degassing and mine degassing of coal layers and gas-bearing sandstones in Donbass may be reached on depths up to 1100-1200 m under condition of application of modern technologies of complex processing of high-gas-bearing coal deposits based on the results of researches of a microcomponental composition and a microstructure of coal, a physical condition of layers, forms of presence and bonds of methane gas in coal and in granular reservoir. 2009 Article Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса / Н.В. Жикаляк, В.В. Кирюков, О.А. Кущ // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 2. — С. 371-385. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18110 622.415.2 (477.6) ru application/pdf Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Висока ефективність завчасної шахтної дегазації вугільних пластів і газоносних пісковиків у Донбасі може бути досягнута на глибинах до 1100-1200 м за умови застосування сучасних технологій комплексної обробки високогазоносних вугільних родовищ, заснованих на результатах досліджень мікрокомпонентного складу і мікроструктури вугілля, фізичного стану пластів, форм знаходження і зв'язків газу метану у вугіллі і гранулярному колекторі. |
| format |
Article |
| author |
Жикаляк, Н.В. Кирюков, В.В. Кущ, О.А. |
| spellingShingle |
Жикаляк, Н.В. Кирюков, В.В. Кущ, О.А. Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса |
| author_facet |
Жикаляк, Н.В. Кирюков, В.В. Кущ, О.А. |
| author_sort |
Жикаляк, Н.В. |
| title |
Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса |
| title_short |
Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса |
| title_full |
Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса |
| title_fullStr |
Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса |
| title_full_unstemmed |
Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса |
| title_sort |
промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей донбасса |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18110 |
| citation_txt |
Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса / Н.В. Жикаляк, В.В. Кирюков, О.А. Кущ // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 2. — С. 371-385. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT žikalâknv promyšlennogeologičeskiefaktorykompleksnojdegazaciišahtnyhpolejdonbassa AT kirûkovvv promyšlennogeologičeskiefaktorykompleksnojdegazaciišahtnyhpolejdonbassa AT kuŝoa promyšlennogeologičeskiefaktorykompleksnojdegazaciišahtnyhpolejdonbassa |
| first_indexed |
2025-11-24T06:49:06Z |
| last_indexed |
2025-11-24T06:49:06Z |
| _version_ |
1849653405345120256 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
371
УДК 622.415.2 (477.6)
ПРОМЫШЛЕННО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
КОМПЛЕКСНОЙ ДЕГАЗАЦИИ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ
ДОНБАССА
Жикаляк Н. В.
(ГРГП "Донецкгеология", г. Артемовск, Украина)
Кирюков В. В.
(Санкт-Петербургский ГГИ, г. Санкт-Петербург, Россия)
Кущ О. А.
(ДонНТУ, г. Донецк, Украина)
Висока ефективність завчасної шахтної дегазації вугільних
пластів і газоносних пісковиків у Донбасі може бути досягнута
на глибинах до 1100-1200 м за умови застосування сучасних тех-
нологій комплексної обробки високогазоносних вугільних родовищ,
заснованих на результатах досліджень мікрокомпонентного
складу і мікроструктури вугілля, фізичного стану пластів, форм
знаходження і зв'язків газу метану у вугіллі і гранулярному коле-
кторі.
High efficiency of preliminary degassing from the terrestrial sur-
face degassing and mine degassing of coal layers and gas-bearing
sandstones in Donbass may be reached on depths up to 1100-1200 m
under condition of application of modern technologies of complex
processing of high-gas-bearing coal deposits based on the results of
researches of a microcomponental composition and a microstructure
of coal, a physical condition of layers, forms of presence and bonds of
methane gas in coal and in granular reservoir.
Введение. Перспектива развития Донбасса - основного
угольного бассейна Украины - неразрывно связана с освоением
глубоких горизонтов, комплексным использованием всех энерго-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
372
ресурсов угольных месторождений и необходимостью обеспече-
ния стабильной и безопасной работы шахт в сложных горно-
геологических условиях. В настоящее время одним из главных
препятствий на пути увеличения нагрузки на очистной забой, по-
вышения темпов подготовки выемочных панелей и обеспечения
безопасных условий труда шахтеров является газовый фактор.
При сложности современного горного производства эффектив-
ные меры по обеспечению метанобезопасности горных работ и
извлечению газа метана могут быть реализованными только при
системном подходе к изучению и учету всех факторов на всех
этапах освоения шахтного поля. Одновременно необходимо
обеспечить поэтапное проведение заблаговременной предвари-
тельной и опережающей дегазации поверхностными скважинами,
а также обустройство рациональных систем подземной и комби-
нированной дегазации и вентиляции шахт.
Поэтапный системный подход при осуществлении дегаза-
ции угольных месторождений и разрабатываемых шахтных по-
лей, несмотря на дополнительные расходы, обеспечит значитель-
ное повышение технико-экономических показателей угледобычи,
увеличит на 35-40% энергетический потенциал 1 т угля и значи-
тельно снизит риски для персонала шахт, окружающей природ-
ной среды и энергетической безопасности государства.
Основные сведения и актуальность проблемы. По дан-
ным российских ученых за последние 50 лет объем добычи угля в
Большом Донбассе увеличился всего в 3 раза, а газовыделение -
более чем в 16 раз [1]. Поэтому газовый фактор и проблема по-
этапного извлечения газа метана из угольных месторождений
Донбасса является одним из самых важных и перспективных ин-
новационных направлений развития отечественного топливно-
энергетического комплекса на ближайшее десятилетие.
В наиболее развитых угледобывающих странах мира в ре-
зультате комплексной с земной поверхности и подземной дегаза-
ции извлекается от 25-40 % (Китай, Россия) до 50-80 % (Казах-
стан, Германия, Польша и США) метана из угольных пластов от
их природной газоносности. В украинской части Донбасса, глав-
ным образом, системами шахтной дегазации каптируется всего
13 % (утилизируется 4 %) метана из угольного газа, который вы-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
373
деляется при угледобыче и проведении горных работ. Это в
2,5 раза меньше объемов извлечения и утилизации метана при де-
газации шахтных полей в России и Казахстане или минимум в 5
раз ниже среднемирового уровня, что не соответствует метаноре-
сурсному потенциалу Донбасса и отечественному опыту про-
шлых лет [2].
Сейчас стимулом для развития дегазационных работ в Рос-
сийской федерации является государственный налог (платеж) -
"На вредные выбросы" и запрет на разработку угольных пластов
с газоносностью более 14 м3/т (с 2016 года - более 12 м/т и с
2021 года - более 9 м /т) без их опережающей скважинной де-
газации [1]. В Казахстане в Карагандинском бассейне эффектив-
ность комплексной дегазации угольных пластов на уровне 49 %
достигнута после взимания на протяжении 10 лет целевых отчис-
лений в размере 1,5 % себестоимости добытого угля. В настоящее
время эти отчисления снижены до 0,7 % [1]. В Китае обязатель-
ной дегазации подлежат угольные пласты с природной газонос-
ностью более 8 м3/т. Извлечение метана в объеме менее 10 % от
природной метаноносности высокогазоносных углей считается
недостаточным для предотвращения внезапных взрывов метана и
газово-угольной пыли. В течение последних 10 лет было пробу-
рено 1600 вертикальных поверхностных дегазационных скважин
на площади 406 км , которые обеспечивают добычу 1927 млн. м3
газа метана в год при среднем дебите скважин 3179 м3/сутки. По
действующему промышленному стандарту с учетом особенно-
стей нахождения метана в угольном пласте и запасов угля ниж-
ний предел дебита метана из поверхностных дегазационных
скважин составляет 1498 м /сутки при глубине залегания уголь-
ного пласта 500 м, 2002 м3/сутки - в интервале глубин залегания
дегазируемого угольного пласта от 500 до 1000 м, 2506 м3/сутки
соответственно в интервале глубин от 1000 до 1500 м и
4003 м3/сутки - в интервале глубин от 1500 до 2000 м [1]. Капти-
руемый газ метан после сепарации собирается под давлением в
газогольдеры емкостью от 5 до 50 тыс. м3 и подается по трубам
для производства тепловой и электрической энергии.
В Европе извлечение (более 50 %) и использование шахтно-
го метана наиболее развито в Великобритании, Бельгии, Герма-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
374
нии, Польше, Франции и Чехии. На шахтах этих стран в среднем
утилизируется до 80 % каптируемого метана, в том числе в
Польше – 85 %, Чехии – 95 %, Бельгии и Германии – 70 % и Ве-
ликобритании – 50 % [1].
Успешное решение в Донбассе проблемы поэтапного извле-
чения метана из угольных месторождений и шахтных полей, с
одной стороны, будет определяться комплексом таких геологиче-
ских и горно-геологических факторов, как тектонические и лито-
лого-фациальные условия, природная газоносность, мощность
угольных пластов и пачек газоносных песчаников, углы падения
и дислоцированность пород, степень метаморфизма углей и ката-
генеза вмещающих пород, глубина залегания пластов, химиче-
ский, петрофизический и структурный состав углей, физико-
механических, газо-вододинамических и фильтрационных
свойств углей и газоносных песчаников. С другой стороны, - ра-
циональное применение технических и технологических средств
дегазации будет возможным при условии становления потенци-
альной газоотдачи, объемов свободного и адсорбированного ме-
тана и остаточного водонасыщения пластов, определения опти-
мальных размеров метанодобывающих участков, стадийности и
системы отработки угольных пластов, а также изучения особен-
ностей фильтрации метана в угольных пластах и низкопористых
песчаниках [3, 4].
Анализ структуры и коллекторских свойств. Первичные
структурные элементы ископаемых углей Донбасса образуют фи-
зическую сущность угольного вещества, выраженную в сочета-
нии макромолекул и агрегатов макромолекул аморфной угольной
массы с микро-и макрополостями, отражающими процессы угле-
образования и метаногенерации. В надмолекулярной структуре
углей наблюдаются точечные, линейные, двухмерные и объемно-
выраженные изъяны и дефекты рассеянно равномерной аморф-
ной структуры, влияющие на растворимость газа в углях и на
процессы газопереноса [5]. Точечные дефекты структуры макро-
молекулы угольного вещества возникают при термических воз-
действиях либо при включениях гетероагрегатов в условиях тер-
модинамического равновесия с оптимальными частями макромо-
лекулы угля [5, 6]. Плоскостные дефекты (дислокации и полости)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
375
образуются при разрывах угольных слоев на границах соприка-
сающихся надмолекулярных агрегатов.
Процесс углеобразования выражен в формировании макро-
молекул и их агрегатов, проходящем, в основном, в доинверси-
онный этап развития Донецкого угольного бассейна. На этом
этапе трещины, как правило, отсутствуют, и диффузия метана
происходит в самом угольном веществе. При этом объем пере-
ходных пор и микропор, а также межмолекулярное пространство
заполняется метаном. В зависимости от размеров и формы внут-
рипорового пространства полости в углях подразделяются на
внутриагрегатные и межагрегатные "поры "вычитания" и "сложе-
ния" сложной формы - поры, межслоевые полости и полости
трещин и щелей [6]. В постинверсионный этап возникает первич-
ная (эндогенная), отражающая процессы метаморфизма, и вто-
ричная (экзогенная) трещиноватость, в максимальном макропро-
явлении именуемая угольным кливажем. В результате пластиче-
ских деформаций и релаксации, а также разрывов без смещения,
образуется дополнительная полостная структура по наслоению и
секущим плоскостям скольжения (рис. 1).
Основными параметрами, характеризующими коллектор-
ские свойства пород, являются емкость (пористость), проницае-
мость и характер насыщения. В отношении оценки газоносности
(метаноносности) угольных пластов с уверенностью можно кон-
статировать, что к настоящему времени установлены основные
закономерности изменения количества, состояния и распределе-
ния газа метана в угольных пластах и газоносных песчаниках,
обеспечивающие достаточно надежное определение содержания
газов при геологоразведочных работах и производить его прогноз
на глубину и по площади.
Наличие микропористой и микротрещиноватой структуры в
каменных углях позволяет одновременно рассматривать их как ес-
тественные сорбенты, поскольку, несмотря на меньший общий
объем видимых пор, доля микропор в каменных углях значительно
больше таковых в активированном угле. При этом суммарная
удельная поверхность микропор каменных углей Донбасса колеб-
лется от 130 до 260 м /г, а для углей средних стадий метаморфизма
Ж-К-ОС в среднем составляет 176 м /г [1, 5].
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
376
Рис. 1. Особенности микро- и надмолекулярной структуры
донецких углей средней стадии метаморфизма склон-
ных к метановыделению и внезапным газодинамиче-
ским явлениям (х 5000 - 60000)
1-3 - Системы микро- трещин, поры проницаемые; 4 - Гри-
бовидная поверхность микрочастиц, продукт выброса; 5 -Поры
проницаемые, трещины; 6 - Воронки (поры) микровыбросов
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
377
Макропористость углей обусловлена его эндогенной и экзо-
генной трещиноватостью, которая в Донбассе в среднем оценива-
ется величиной в 5-12 %. При этом на долю эндогенных трещин
приходится не более 3 % микропустотности угля [1, 5, 6]. Данные
исследований трещиноватости углей разных стадий метаморфиз-
ма позволили Л. Я. Кизилыитейну сделать вывод, что максималь-
ная частота эндогенных трещин наблюдается в углях марок Ж-К-
ОС с повышенным содержанием витринита [5].
Трещиноватость углей формируется как в процессе генезиса
углей, так и в процессе тектонической, гипергенной и другой
деятельности и поэтому обуславливает одну из основных харак-
теристик угольного пласта - его газопроницаемость. Наиболее
высокие значения суммарной удельной эндогенной трещиновато-
сти наблюдаются в углях с выходом летучих 33-45 %, а мини-
мальные - в углях с выходом летучих 10-22 %. Тектонические
процессы и процессы разгрузки приводят к нарушению, в первую
очередь, макроструктуры (текстуры) углей и разрыхлению угля с
увеличением фильтрующего объема пластов в несколько раз за
счет возникших новых полостей [5, 6].
Распределение экзогенных трещин в углях различных ста-
дий метаморфизма характеризуется максимумом их развития в
области содержания летучих веществ от 14-16 до 32 %.
Пористость каменных углей Донбасса по данным работ
прошлых лет в среднем изменяется от 4-7 до 20 %. При этом
наименьшей пористостью обладают угли средних стадий мета-
морфизма с выходом летучих от 20 до 30 % [1, 4, 6]. Высокие
значения средней пористости (18-20 %) отмечаются для углей с
выходом летучих менее 10 % и более 35 % [4]. Наибольшее коли-
чество макропор наблюдается в антрацитах (до 38 на 1 мм). Со-
держание их в углях средних стадий метаморфизма (выход лету-
чих 12-30 %) в основном не превышает одной макропоры на 1
мм. В углях с выходом летучих 32-40 % также наблюдается отно-
сительный максимум в проявлении макропор - до 10 на 1 мм
[4, 6]. Для углей марки Ж объемы макропор и микропор пример-
но равны, а для более метаморфизованных углей (от марки ОС)
объем микропор превосходит объем макропор примерно в 2 раза.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
378
Угольные пласты Донбасса в основной массе на глубинах от
300 до 1000 м характеризуются газопроницаемостью от 0,1 до
0,36 милидарси, а в благоприятных структурно-тектонических и
динамических условиях их газопроницаемость возрастает до
0,52-0,90 милидарси. Наибольшие значения газопроницаемости
от 1,51 до 5,0 милидарси определены в углях марок Г, Ж и К. С
глубиной газопроницаемость углей уменьшается пропорцио-
нально увеличению геостатического давления.
Газопроницаемость песчаников на площадях развития углей
марок Ж-К находится в пределах 1,2-5,0 милидарси, а в районах с
преобладающим развитием углей марок ОС-ПА максимальная их
газопроницаемость составляет 0,57 милидарси; при средней ти-
пичной газоносности данных песчаников на уровне 2-3 м3 газа на
1 м3 породы с увеличением в наиболее благоприятных условиях
до 5-9 м3/м3 [3, 7]. Только в пределах Западного Донбасса в усло-
виях начального катагенеза газопроницаемость песчаников дос-
тигает более высоких значений (до 118 милидарси).
Средние значения абсолютной общей пористости газонос-
ных песчаников угольных месторождений Донбасса находятся в
пределах от 4 до 15 % и закономерно уменьшаются с увеличени-
ем метаморфизма углей (катагенеза вмещающих пород). Гради-
ент уменьшения общей пористости песчаников составляет в
среднем 0,5 % на 1 % уменьшения выхода летучих веществ в уг-
лях, а в зоне глубокого катагенеза составляет всего 0,2 % на 1 %
выхода летучих веществ [7]. Градиент уменьшения открытой по-
ристости песчаников открытой части Донбасса составляет в
среднем 3 % на 1000 м увеличения современной глубины залега-
ния. В направлении от периферии бассейна к его центральным
частям, по мере увеличения гравитационного и тангенциального
давлений, градиент открытой пористости песчаников уменьшает-
ся от 3,1 % на 1000 м в Красноармейском районе до 2,9 % и 2,7 %
на 1000 м - в Донецко-Макеевском и Центральном районах соот-
ветственно [3, 7].
Перспективы освоения углегазового потенциала. Суще-
ствующие высокопроизводительные схемы вентиляции шахт свя-
заны с управлением газовыделения при угледобыче через выра-
ботанное пространство, что приводит к увеличению доли этого
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
379
источника в газовом балансе участков, а также к возрастанию
общих расходов воздуха. Все это обуславливает неконтролируе-
мую загазованность геологической среды, приповерхностного
слоя и увеличивает эмиссию метана в земную атмосферу. Дегаза-
ционные способы обеспечивают организованный отвод метана,
позволяющий использовать каптируемый газ и тем самым сни-
зить выброс метана в окружающую природную среду. При этом к
методам дегазации предъявляются следующие требования [1, 3]:
– обеспечение требуемой глубины дегазации, т.е. снижение
газоносности до безопасного уровня для ведения горных и очи-
стных работ;
– дегазация всего шахтного поля;
– равномерность, системность и экономичность дегазации.
Наиболее полно эти задачи могут решаться при поэтапной - от
заблаговременной поверхностной до опережающей подземной
дегазации шахтных полей. Эффективность дегазации разрабаты-
ваемых угольных пластов зависит, главным образом, от их газо-
отдачи, применяемой технологии и времени дегазации. Жела-
тельным является разделение дегазации и горных работ во вре-
мени и пространстве с целью увеличения газоотдачи и глубины
дегазации угленосной толщи за счет раскрытия естественных
систем трещин и повышения фазовой проницаемости пластов
вследствие пневмогидровоздействия через скважины с поверхно-
сти [1, 2].
Для повышения надежности и эффективности предвари-
тельной с земной поверхности, опережающей подземной и ком-
бинированной дегазации шахтных полей необходимо коренным
образом изменить подход к проведению работ по изучению и де-
газационной подготовке перспективных объектов на всех этапах
освоения угольных месторождений. В частности, на стадии гео-
логического изучения и проектирования строительства шахты
или горизонта целесообразно выполнить комплексные геолого-
геофизические исследования с целью геотехнологического кар-
тирования участка или шахтного поля как углегазового месторо-
ждения. Необходимо провести детальный литолого-фациальный
анализ продуктивной толщи и структурно-морфологический ана-
лиз условий залегания угольных пластов и основных пачек про-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
380
дуктивных песчаников [3]. Особое внимание необходимо уделить
изучению и геометризации природной газоносности углей и
вмещающих пород, определению химических и физико-
механических свойств углей и пород для обоснования их газоот-
дачи и ресурсного потенциала метана для каждого квадратного
километра площади по комплексу признаков и критериев.
Для прогноза зон и участков, перспективных для предвари-
тельного извлечения метана, необходимо учитывать начальную
скорость газоотдачи, пластовое давление и дебит газа. Кроме то-
го, с учетом конкретных условий обосновывать возможность ис-
кусственного расширения первичной сети трещин за счет меха-
нического, гидравлического, пневмогидравлического или физи-
ко-химических способов интенсификации газоотдачи угольных
пластов [1, 2]. Метод вскрытия пласта должен быть полностью
увязан с его физико-геологическими свойствами и физико-
химическими характеристиками насыщающих жидкостей. По-
этому вскрытие пластов с давлением, равным гидростатическому,
осуществляют промывочными жидкостями на водной основе
плотностью 1,1-1,2 т/м3, а пластов с давлением ниже гидростати-
ческого промывочной жидкостью, приготовленной на водной ос-
нове и 2-3-фазными пенами с пониженной плотностью до
0,3-0,5 т/м3 [1, 2] или с продувкой воздухом. Целесообразно так-
же использовать скважины и соответственно обсадные трубы
большого диаметра. При этом толщина цементного кольца при
цементации затрубного пространства должна составлять не менее
55 мм [1, 2, 8]. В целом требования к конструкции дегазационных
скважин на газ метан угольных месторождений предъявляются
такие же, как и к эксплуатационным газовым скважинам. То есть
конструкция дегазационных скважин должна обеспечить надеж-
ную изоляцию продуктивного горизонта, безопасное извлечение
газа из углевмещающего массива и не допустить заколонных его
перетоков в вышележащие водоносные горизонты [8]. При этом
одновременно конструкция должна быть простой и облегченной,
что позволит сократить расход металла и цемента на крепление
1 п. м ствола скважины и обеспечить возможность применения
специализированных самоходных буровых установок.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
381
Следовательно, комплексная, а особенно предварительная и
опережающая дегазация угольных пластов, - это технологическая
борьба за максимально полное (от их природного содержания)
извлечение только свободного и адсорбированного газа метана.
Эти же формы метана характеризуются наибольшей подвижно-
стью и наименьшей энергией активации к извлечению. По объе-
му свободно выделившегося газа метана при перебурке кернога-
зонаборником угольного пласта можно судить о потенциальной
активности данного пласта и конкретной марки угля к свободной
и слабосорбированной (адсорбированной) газоотдаче на этапе
предварительной и опережающей дегазации, но, по-видимому, с
учетом пневмогидровоздействия на угольный пласт. Обусловле-
но это тем, что в процессе бурения керногазонаборником проис-
ходит разгрузка геостатического давления и растрескивание вы-
буриваемого керна, что в значительной мере схоже с процессом
гидроразрыва угольного пласта с образованием связанных газо-
проводящих трещин.
Доля свободного метана в углегазовых пробах для одних и
тех же марок угля увеличивается при увеличении глубины зале-
гания угольных пластов с 600 м до 1800 м в 1,35 раза - в угле 7Т,
в 1,40 раза - в углях 2Г+ЗГ, 1,50 раз - в тощих углях 7Т, в
1,55 раза - в угле 4Ж ив 1,70 раза - на стадии 5К. Количество ад-
сорбированного метана с увеличением глубины с 600 до 1800 м
для всех марок угля практически не меняется, только в углях 6ОС
и 7Т увеличивается в 1,07-1,10 раза, что, по-видимому, связано с
уменьшением в них доли свободного метана. В целом выявлен-
ные закономерности изменения газоносности, газоотдачи и эф-
фективности потенциальной извлекаемости газа метана из уголь-
ных пластов всех газоносных марок отражены на рисунке 2, ко-
торый по существу является предполагаемой моделью потенци-
альной эффективности дегазации каменных углей Донбасса. Ос-
новные результаты построений сводятся к следующему:
– учитывая среднюю глубину горных работ в Донецком бас-
сейне более 770 м и выявленные закономерности в изменении
свободного и адсорбированного метана в углях, обязательную
предварительную и опережающую дегазацию угольных пластов в
Донбассе с помощью поверхностных газово-дренажных скважин
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
382
необходимо проводить при газоносности углей от 15 м3/т и более
(по угольным бассейнам других стран от 8 до 14 м3/т);
Рис 2. Потенциальная эффективность дегазации углей Дон-
басса в соответствии с их газоотдачей на глубине 900-
1000 м
(ПД - предварительная дегазация, ОП-опережающая дегазация, ШД -
шахтная дегазация, БД - без дегазации; 15 мЗ/т - газоносность углей, с ко-
торой обязательно проведение предварительной -ПД и опережающей -ОД
дегазации для стадий 4Ж, 5К, 6ОС, 7Т и частично 8 ПА)
– предварительную и опережающую дегазацию целесооб-
разно проводить для углей стадий 4Ж-5К-6ОС-7Т и, частично,
8ПА при средней извлекаемости метана 3,5 м3/т с одной тонны
углей;
– наибольшая эффективность предварительной и опере-
жающей дегазации угольных пластов (6,0-6,6 м3/т) будет достиг-
нута в углях 5К-6ОС-7Т;
– максимальные показатели (до 2,6 м3/т или 13-14 % от об-
щей газоносности) предварительной добычи поверхностными
скважинами свободного метана прогнозируются для коксовых
углей (5К);
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
383
– наибольший объем извлечения метана при шахтной
дегазации (от 7,5 до 11 м3/т) приходится на угли стадии
метаморфизма 7Т-8ПА-9ПА, а средний объем от 4 до 7,5 м3/т - в
углях 4Ж-5К-6ОС и, частично, 10А;
– комплексная (предварительная, опережающая и шахтная)
дегазация обеспечивает извлечение метана и снижение природ-
ной газоносности углей на 53-58 % для стадий ЗГ-4Ж-5К-6ОС, на
45 - для 7Т, на 35-30 % для 8ПА и 9ПА соответственно.
В Донецком бассейне в составе угленосной толщи выявлен
также целый ряд небольших месторождений природного газа,
приуроченных к ловушкам различного типа. Характерными для
них являются:
– локализация в пластах песчаников аллювиально-дельтового
и прибрежно-морского генезисов;
– многоэтажность - формирование 2-5 газоносных этажей;
– высокое качество газа;
– наличие газоводяного контакта и пластовых давлений, по-
ниженных или близких к гидростатическим [1, 8].
Поэтому в благоприятных условиях пачки аллювиально-
дельтовых песчаников стадии начального катагенеза, а не уголь-
ные пласты марок Д-Г служат основными путями движения пла-
стовых флюидов [4, 7]. А в районах развития углей средней и вы-
сокой стадий метаморфизма газ метан, проникающий в поровое
пространство песчаников, находится в фильтрационно-
динамическом равновесии с метаном угольных пластов. Глубины
максимальной потенциальной газонасыщенности (до 5-9 м3/м3)
данных песчаников изменяются от 1280 м до 1850-2000 м, а прак-
тически полное отсутствие в них газонасыщенности прогнозиру-
ется на глубинах от 2600 м до 3800 м. При этом изменения по-
тенциальной газонасыщенности песчаников Донбасса с глубиной
носят параболический характер [3, 7].
Выводы. Комплексная поэтапная дегазация шахтных полей
является основой для наиболее эффективного использования
энергетического потенциала угольных месторождений и обеспе-
чения метанобезопасности угледобычи в сложных горно-
геологических условиях Донбасса. Главная целевая ее направ-
ленность заключается в определении уровня газодобываемости
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
384
из угольных пластов и газоносных песчаников на базе первичной
геологической информации по их газоносности, микро-и макро-
структуре, пористости и проницаемости с учетом потенциальной
газоотдачи дегазируемых объектов и технологических мероприя-
тий по управлению свойствами и состоянием углепородного мас-
сива. Объемы извлечения газа метана в скважины будут зависеть
не только от природной газопроницаемости гранулярных и тре-
щинно-поровых коллекторов, но и от времени функционирования
дегазационных скважин. Поэтому опережающая добыча газа ме-
тана с помощью поверхностных дегазационных скважин должна
начинаться за 2,5-7 лет до ведения горных и очистных работ и
продолжаться в оптимальном варианте на протяжении 12-15 лет.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Пучков Л. А., Сластунов С В., Коликов К. С. Извлечение ме-
тана из угольных пластов. - М.: Издательство Московского
горного университета, 2002. - 383 с.
2. Буханцов А. И., Муравьева В. М. Повышение газоотдачи уг-
лепородного массива // Современные проблемы шахтного ме-
тана (Сборник научных трудов). - М.: Издательство Москов-
ского государственного горного университета, 2005. - С. 62-68.
3. Жикаляк М. В., Лукінов В. В. Попередня дегазація - запорука
безпечного ресурсозберігаючого вуглевидобутку в Донбасі //
Геотехнічна механіка: Між від. зб. наук. праць. -
Дніпропетровськ: Видавництво Інституту геотехшчної
механіки iм. М. С. Полякова НАН України, 2008. - Вип. 80. -
С. 3-10.
4. Забигайло В. Е., Широков А. З. Проблемы геологии газов
угольных месторождений // Изд-во "Наукова думка", 1972. -
Київ. -172 с.
5. Аммосов И. И., Еремин И. В. Трещиноватость углей // Изд-во
АН СССР, 1966.-М.
6. Кирюков В. В., Новикова В. Н. Геосинэнергетические про-
блемы нанопространства и фазовых состояний ископаемых
углей и угольного метана // Сборник трудов молодых ученых
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина II), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part II), 2009
385
СПГГИ (ТУ) "Записки горного института. - Т. 155. Часть 1.-
С-Пб.-2003. -С. 24-27.
7. Булат А. Ф., Звягильский Е. Л., Лукинов В. В. и др. Углепо-
родный массив Донбасса как гетерогенная среда // Изд-во
"Наукова думка", 2008. - Київ. - 412 с.
8. Павлов С. Д. Пути освоения природных газов угольных ме-
сторождений // Изд-во "Колорит". 2005. - Харьков. - 336 с.
|