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...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Жикаляк, Н.В., Кирюков, В.В., Кущ, О.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2009
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18110
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	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.

Репозитарії

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.

Промышленно-геологические факторы комплексной дегазации шахтных полей Донбасса

Репозитарії

Схожі ресурси