Применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений

Розглянуто проблеми й перспективи виділення метану через поверхневі дегазаційні свердловини. Викладено результати експериментальних робіт на ОП «Шахта ім. О. Ф. Засядько» по застосуванню пневмогідродинамічної дії на підроблений та непідроблений масиви. Визначено умови розкольматації присвердловинної...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2010
Hauptverfasser: Филимонов, П.Е., Бокий, Б.В., Ефремов, И.А., Чередников, В.В., Софийский, К.К.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2010
Schriftenreihe:Геотехническая механика
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33301
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:Применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений / П.Е. Филимонов, Б.В. Бокий, И.А. Ефремов, В.В. Чередников, К.К. Софийский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 34-40. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33301
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-333012025-02-09T16:03:39Z Применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений An application of pneumohydrodynamic action on coal rock array through surface degaseous holes for output of methane from coal deposits Филимонов, П.Е. Бокий, Б.В. Ефремов, И.А. Чередников, В.В. Софийский, К.К. Розглянуто проблеми й перспективи виділення метану через поверхневі дегазаційні свердловини. Викладено результати експериментальних робіт на ОП «Шахта ім. О. Ф. Засядько» по застосуванню пневмогідродинамічної дії на підроблений та непідроблений масиви. Визначено умови розкольматації присвердловинної зони і тривалого стійкого газовиділення через поверхневі дегазаційні свердловини з вуглепородного масиву. Problems and prospects of methane emission through surface degaseous holes are considered. The results of experimental works on «Mine named after A.F. Zasyad'ko» about application of the pneumohydrodynamic action on the underworking and ununderworking arrays are expounded. The conditions of mud injection of around hole area and continous stable gas emission through surface degaseous holes from coal rock array are defined. 2010 Article Применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений / П.Е. Филимонов, Б.В. Бокий, И.А. Ефремов, В.В. Чередников, К.К. Софийский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 34-40. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33301 622.81(088.8) ru Геотехническая механика application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Розглянуто проблеми й перспективи виділення метану через поверхневі дегазаційні свердловини. Викладено результати експериментальних робіт на ОП «Шахта ім. О. Ф. Засядько» по застосуванню пневмогідродинамічної дії на підроблений та непідроблений масиви. Визначено умови розкольматації присвердловинної зони і тривалого стійкого газовиділення через поверхневі дегазаційні свердловини з вуглепородного масиву.
format Article
author Филимонов, П.Е.
Бокий, Б.В.
Ефремов, И.А.
Чередников, В.В.
Софийский, К.К.
spellingShingle Филимонов, П.Е.
Бокий, Б.В.
Ефремов, И.А.
Чередников, В.В.
Софийский, К.К.
Применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений
Геотехническая механика
author_facet Филимонов, П.Е.
Бокий, Б.В.
Ефремов, И.А.
Чередников, В.В.
Софийский, К.К.
author_sort Филимонов, П.Е.
title Применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений
title_short Применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений
title_full Применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений
title_fullStr Применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений
title_full_unstemmed Применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений
title_sort применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate 2010
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33301
citation_txt Применение пневмогидродинамического воздействия на углепородный массив через поверхностные дегазационные скважины для добычи метана угольных месторождений / П.Е. Филимонов, Б.В. Бокий, И.А. Ефремов, В.В. Чередников, К.К. Софийский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2010. — Вип. 87. — С. 34-40. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series Геотехническая механика
work_keys_str_mv AT filimonovpe primeneniepnevmogidrodinamičeskogovozdejstviânaugleporodnyjmassivčerezpoverhnostnyedegazacionnyeskvažinydlâdobyčimetanaugolʹnyhmestoroždenij
AT bokijbv primeneniepnevmogidrodinamičeskogovozdejstviânaugleporodnyjmassivčerezpoverhnostnyedegazacionnyeskvažinydlâdobyčimetanaugolʹnyhmestoroždenij
AT efremovia primeneniepnevmogidrodinamičeskogovozdejstviânaugleporodnyjmassivčerezpoverhnostnyedegazacionnyeskvažinydlâdobyčimetanaugolʹnyhmestoroždenij
AT čerednikovvv primeneniepnevmogidrodinamičeskogovozdejstviânaugleporodnyjmassivčerezpoverhnostnyedegazacionnyeskvažinydlâdobyčimetanaugolʹnyhmestoroždenij
AT sofijskijkk primeneniepnevmogidrodinamičeskogovozdejstviânaugleporodnyjmassivčerezpoverhnostnyedegazacionnyeskvažinydlâdobyčimetanaugolʹnyhmestoroždenij
AT filimonovpe anapplicationofpneumohydrodynamicactiononcoalrockarraythroughsurfacedegaseousholesforoutputofmethanefromcoaldeposits
AT bokijbv anapplicationofpneumohydrodynamicactiononcoalrockarraythroughsurfacedegaseousholesforoutputofmethanefromcoaldeposits
AT efremovia anapplicationofpneumohydrodynamicactiononcoalrockarraythroughsurfacedegaseousholesforoutputofmethanefromcoaldeposits
AT čerednikovvv anapplicationofpneumohydrodynamicactiononcoalrockarraythroughsurfacedegaseousholesforoutputofmethanefromcoaldeposits
AT sofijskijkk anapplicationofpneumohydrodynamicactiononcoalrockarraythroughsurfacedegaseousholesforoutputofmethanefromcoaldeposits
first_indexed 2025-11-27T19:23:23Z
last_indexed 2025-11-27T19:23:23Z
_version_ 1849972655158984704
fulltext 34 УДК 622.81(088.8) Канд. техн. наук П. Е. Филимонов, д-р техн. наук Б. В. Бокий, канд. техн. наук И. А. Ефремов, инж. В. В. Чередников (АП «Шахта им. А. Ф. Засядько»,) д-р техн. наук К. К. Софийский (ИГТМ НАН Украины) ПРИМЕНЕНИЕ ПНЕВМОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГЛЕПОРОДНЫЙ МАССИВ ЧЕРЕЗ ПОВЕРХНОСТНЫЕ ДЕГАЗАЦИОННЫЕ СКВАЖИНЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ МЕТАНА УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Розглянуто проблеми й перспективи виділення метану через поверхневі дегазаційні свердловини. Викладено результати експериментальних робіт на ОП «Шахта ім. О. Ф. Зася- дько» по застосуванню пневмогідродинамічної дії на підроблений та непідроблений масиви. Визначено умови розкольматації присвердловинної зони і тривалого стійкого газовиділення через поверхневі дегазаційні свердловини з вуглепородного масиву. AN APPLICATION OF PNEUMOHYDRODYNAMIC ACTION ON COAL ROCK ARRAY THROUGH SURFACE DEGASEOUS HOLES FOR OUTPUT OF METHANE FROM COAL DEPOSITS Problems and prospects of methane emission through surface degaseous holes are considered. The results of experimental works on «Mine named after A.F. Zasyad'ko» about application of the pneumohydrodynamic action on the underworking and ununderworking arrays are expounded. The conditions of mud injection of around hole area and continous stable gas emission through surface degaseous holes from coal rock array are defined. В настоящее время на шахте им. А. Ф. Засядько накоплен достаточный опыт извлечения метана из опережающих дегазационных скважин, пробуренных с поверхности на подрабатываемый горный массив, которые в начале своей рабо- ты осуществляют текущую дегазацию, а в дальнейшем способствуют дегазации выработанного пространства (включая подработанный и надработанный угле- породный массив). Для интенсификации газовыделения через поверхностные скважины представ- ляется наиболее простым, эффективным и экологически чистым способ пневмо- гидродинамического воздействия (ПГДВ) разработанный Институтом геотехни- ческой механики им. Н. С. Полякова НАН Украины совместно с АП «Шахта им. А. Ф. Засядько» [1]. Способ разработан на основе гидродинамического воз- действия (ГДВ) на углепородный массив, который успешно применяется при про- ведении ряда горных работ как эффективный способ интенсификации газовыде- ления и снижения выбросоопасности через подземные скважины [2, 3]. Применение ГДВ в условиях поверхностных дегазационных скважин (ПДС) не представляется возможным, так как образованию действенного градиента давления при его сбросе в скважине препятствует вес столба воды, заполняю- щей скважину. В связи с этим часть воды в скважине была заменена сжатым 35 воздухом (уровень воды в скважине не должен превышать 10-30 м над уровнем перфорации). Однако, в этом случае, снижается скорость изменения давления при его сбросе, так как она определяется временем истечения сжатого воздуха из скважины, что, в конечном итоге, снижает величину градиента давления внутри массива и возможность очистки фильтрационных каналов. Тем не менее, учитывая успешные результаты ГДВ, исследование эффек- тивности применения ПГДВ на углепородный массив с целью повышения газо- выделения шахтного метана представляется вполне обоснованным, так как для очистки фильтрационных каналов от кольматации величины разности давлений нагнетания воды в массив и еѐ сброса должно быть достаточно для создания знакопеременного движения воды в массиве с высокой скоростью обратной фильтрации. Работы по исследованию эффективности ПГДВ с целью повыше- ния газовыделения и увеличения сроков функционирования поверхностных скважин производятся на шахте им. А. Ф. Засядько, где осуществляется попут- ная добыча метана, часть которого утилизируется. Основными проблемами этой работы является низкая газоотдача и короткий срок работы ПДС, вызы- ваемых кольматацией прискважинной зоны. Во время бурения ПДС в прискважинной зоне образуется сеть концентриче- ских и радиальных трещин, образующих фильтрационную систему, достаточ- ную для транспортирования газа из подрабатываемого массива в скважину. Од- нако, применяемый для бурения, глинистый раствор заполняет фильтрацион- ные каналы, создавая устойчивые кольматационные образования, что блокиру- ет движение газа. ПГДВ в отличие от ГДВ не предусматривает разрушения углепородного массива, его задачей является освобождение фильтрационной системы при- скважинной зоны от кальматационных образований. Принцип воздействия тот же, что и для гидродинамического – знакопеременная фильтрация жидкости (воды) в обрабатываемой зоне массива. Основным отличием ПГДВ от ГДВ со- стоит в том, что знакопеременные нагрузки создаются изменением давления сжатого воздуха на столб воды находящейся в нижней части скважины. В этом случае время сброса давления жидкости в массиве зависит от скорости выхода сжатого воздуха из скважины, что отличается от параметров гидродинамиче- ского воздействия. Кроме того, давление на массив на уровне перфораций содержит две со- ставляющие: статическую, образованную столбом жидкости в скважине и ди- намическую, образованную нагнетанием и сбросом давления в скважине. Мак- симальное статическое давление столба жидкости на дно скважины при его вы- соте 300 м составляет 3 МПа, минимальное при уровне воды над уровнем пер- форации 30 м составляет 0,3 МПа. При ПГДВ необходимо не превышать уро- вень воды в скважине более чем до 300 м, для того, чтобы статическая состав- ляющая давления не повышала давление сброса в скважине при ПГДВ. 36 Согласно закону Дарси скорость фильтрации определяется следующей зави- симостью: a РPk V СБРНАГН )( .. ; а время обратной фильтрации жидкости определяется по формуле .). 2 ( СБРНАГН ф РРk a t    , где РНАГН. – давление нагнетания МПа; РСБР. – давление сброса жидкости, МПа; а – глубина проникновения жидкости в массив при нагнетании, м; k – коэффи- циент проницаемости, м 2 ; µ - вязкость жидкости, Па с. Для установления основных закономерностей ПГДВ на массив были ис- пользованы экспериментальные данные, полученные при обработке скважин. В результате использования закона Дарси для изучения закономерностей процесса фильтрации при ПГДВ были установлены динамика изменения про- ницаемости массива, скорость обратной фильтрации, а также изменение време- ни обратной фильтрации (табл. 1). Таблица 1 – Параметры ПГДВ на углепородный массив № циклов РНАГН, МПа РСБР., МПа ΔР, МПа Время обрат- ной фильт- рации, с Коэффици- ент прони- цаемости, м 2 k·10 14 Скорость обратной фильтра- ции, м/с V·10 3 Длина обратной фильтрации, м 1 5,00 4,50 0,50 85 23,0 11,75 1,00 2 4,50 4,00 0,50 80 25,0 12,50 1,00 3 4,00 3,40 0,60 80 20,8 12,48 1,00 4 3,40 3,00 0,40 79 31,6 12,64 1,00 5 4,55 4,05 0,50 70 28,6 14,30 1,00 6 4,05 3,50 0,55 63 31,8 15,90 1,00 7 5,00 4,40 0,60 64 35,7 21,42 1,37 8 4,40 4,00 0,40 62 40,2 16,08 0,99 9 4,00 3,50 0,50 44 45,6 22,80 1,03 10 5,50 5,00 0,50 44 49,1 24,55 1,06 11 5,00 4,40 0,60 44 56,4 33,84 1,49 12 4,40 3,80 0,60 36 69,7 41,82 1,50 На рисунке 1 представлены кривые изменения коэффициента проницаемо- сти массива и скорости обратной фильтрации в течение пневмогидродинамиче- ской обработки. Очевидно, что оба показателя повышаются практически син- хронно по мере образования водо-глинистых взвесей и выноса их за пределы фильтрационной системы в скважину. Следует отметить достаточно большие скорости обратной фильтрации, позволяющие эффективно размывать кольма- 37 тационные пробки. Расчет показал, что длина пути, проходимая жидкостью при сбросе давления, составляет 1 м и более, таким образом, водо-глинистая взвесь, двигаясь в направлении к скважине выносится из массива. Рис. 1 – Динамика изменения коэффициента дегазации и скорость обратной фильтрации по мере пневмогидродинамического воздействия При воздействии время обратной фильтрации уменьшается. Следует обра- тить внимание, что показатель времени постепенно стремится к выполажива- нию. Этот факт может свидетельствовать о том, что по мере вымывания глины из фильтрационных трещин структура массива стабилизируется, дальнейших изменений не происходит, что обусловливает и стабилизацию времени обрат- ной фильтрации (рис. 2). Выполаживание значений времени обратной фильтрации может служить сигна- лом о том, что фильтрационная система каналов прискважинной зоны очищена от кольматационных образований и обработка массива может быть завершена. В ре- зультате анализа процесса ПГДВ могут быть даны некоторые рекомендации по по- рядку его проведения. В частности, сброс давления следует производить путем от- крывания задвижки на МТП, при закрытых НКТ, так как высокое давление и низ- кая скорость его сброса на НКТ увеличивает время сброса в массиве. Разность РНАГН. – РСБР. следует удерживать постоянной 0,4-0,6 МПа. Давле- ние в массиве после сброса не следует опускать ниже 2-3 МПа, т.е. ступенча- тый сброс давления должен быть следующим: 5 МПа; 4,5 МПа; 4,0 МПа; 3,5 МПа; 3,0 МПа. После повторения одних и тех же значений времени обрат- ной фильтрации в течение нескольких сбросов давления при одинаковой разно- сти РНАГН. – РСБР воздействие можно заканчивать. Институтом геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАНУ совместно с шахтой им. А.Ф. Засядько проводятся экспериментальные работы по иниции- рованию выделения шахтного метана через ПДС с применением ПГДВ. Место проведения экспериментальных работ выбрано с расчетом возможности изучения газовыделения из ПДС в условиях как подработанного, так и неподрабо- 38 танного массива. Применяемое оборудование позволяет варьировать параметрами воздействия и определять наиболее эффективные. Проведены экспериментальные работы по ПГДВ на пласт 3 m шахты им. А.Ф. Засядько через скважины МТ-336 и МТ-338 (подработанные), а также Щ-1355, МС-598 и 1185-Д (не подработанные). Из скважин МТ-336 и МТ-338 газовыделение началось сразу после воздействия и в течение двух-трех месяцев достигло максимального дебита и достаточного дав- ления. МТ-336 работает более 6 лет, МТ-338 – более 5 лет, объем газовыделения за время работы соответственно составил 15,5 млн. м 3 , и 28,5 млн. м 3 . Воздействие через скважину Щ-1355, расположенную на неподработанном массиве, сразу не дало результата. Экспериментальные работы были повторены, когда очистной за- бой находился в 100 м от забоя скважины, однако газовыделения достигнуто не было. И только через 2 месяца, когда очистной забой лавы пересек забой скважи- ны, без дополнительных мероприятий началось газовыделение, скважина была подключена к газопроводу. То же явление наблюдалось и на скважине МС-598: несмотря на то, что пневмогидродинамическая обработка проводилась за 2 года до пересечения скважины очистным забоем, из скважины началось интенсивное газовыделение. Все пять экспериментальных скважины подключены к шахтному газопроводу и продолжают функционировать. Экспериментальные работы показали, что в результате ПГДВ происходит полная раскольматация прискважинной зоны, образование устойчивой фильтрационной системы, способной транспортировать газ из массива за пределы скважины, незави- симо от того, как давно производилось воздействие. Обязательным условием начала газовыделения из скважины является подработка скважины очистным забоем. Рис. 2 – Изменение времени обратной фильтрации при ПГДВ В таблице 2 представлены результаты работы скважин, на которых была проведена пневмогидродинамическая обработка, при этом МТ-336 и МТ-338 воздействие производилось на подработанный массив, а Щ-1355, МС-598 и 1185-Д – на неподработанный массив. Отличие этих скважин в сроках работы объясняется тем, что первая пара начала работать сразу после ПГДВ на подработанный массив, а остальные – по- 39 сле того как начались очистные работы в лавах, на которых они были располо- жены и очистной забой пересек забой скважин. Таблица 2 – Сведения о работе дегазационных скважин после ПГДВ пробуренных на массив, подрабатываемый выработками по пласту m3 № п/п №№ скважин Глубина, м Добыто метана, млн. м 3 Среднесу точный де- бит, тыс. м 3 Количество работы, суток Примечание 1 МТ-336 1267 22,0 10,2 2156 Работу начала 10.04 Га- зовыделение продолжается 2 МТ-338 1268 41,6 21,4 1946 Работу начала 04.05 Га- зовыделение продолжается 3 Щ-1355 1330 7,5 7,1 1061 Работу начала 09.07 Га- зовыделение продолжается 4 МС-598 1341 20,1 24,5 821 Работу начала 14.05.08 Газовыделение продол- жается 5 1185-Д 1356 7,3 17,15 423 Работу начала 18.06.09 Газовыделение продол- жается Всего: 98,5 6407 Скважина МТ-336 проработала 2156 суток (на 01.08.2010) и функционирует в настоящее время. Среднесуточный дебит еѐ составляет 10,2 тыс. м 3 и за время работы добыто 22,0 млн. м 3 газа. Скважина МТ-338 проработала 1946 суток (на 01.08.2010), среднесуточный дебит составил 21,4 тыс. м 3 /сут., всего добыто 41,6 млн. м 3 /сут. Скважина Щ-1355 включилась в работу после пересечения еѐ забоем лавы, в настоящее время она функционирует в течение 1061 суток (на 01.08.2010), среднесуточный дебит - 7,1 тыс. м 3 /сут., всего на сегодняшний день добыто 7,5 млн м 3 газа. Скважина МС-598 включалась в работу через 2 года после пневмогидроди- намического воздействия, так же после пересечения еѐ очистным забоем. Скважина проработала 821 сутки (на 01.08.2010), среднесуточный дебит равня- ется 24,5 тыс. м 3 , всего добыто метана – 20,1 млн. м 2 . Скважина 1185-Д включилась в работу 18.06.09. и до настоящего времени проработала 423 суток (на 01.08.2010), среднесуточный дебит – 17,150 м 3 /сут., всего добыто метана – 7,3 млн. м 3 . Всего из экспериментальных скважин добыто 93,6 млн. м 3 газа, они про- должают нормально работать. На всех экспериментальных скважинных газовыделение продолжается. Сравнительный анализ результатов работы ПДС при проведении ПГДВ и ранее проводимых шахтой мероприятий позволяет сделать следующие выводы. 40 Инициирование процесса газовыделения через ПДС при применении ПГДВ возможно только в условиях подработанного массива, т.е. в данном случае речь может идти о попутной добыче угля и газа. Добыча газа из неподработанных массивов требует иных способов воздействия (гидроразрыв с последующим созданием специальных нагнетательных камер для газа и т.д.). Применение ПГДВ, предполагающее знакопеременные нагрузки при дви- жении воды в прискважинной зоне, позволяет не только размыть глинистые об- разования но и полностью удалить их из фильтрационных каналов, транспор- тирующих газ из подработанной зоны в скважину. Это подтвердили экспери- ментальные работы на всех скважинах: за время эксплуатации явление кольма- тации ни разу не наблюдалось. Метан добываемый на шахте им. А. Ф. Засядько через ПДС используется для обогрева в котельных, для получения электроэнергии, а также для заправки автомобилей. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Булат А. Ф. Концепция комплексной дегазации углепородного массива для условий шахты им. А. Ф. За- сядько / А. Ф. Булат // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / Ин-т Геотехнической механики НАН Украины. – Днепропетровск, 2002. – Вып. 37. – С. 10 – 17. 2. Научное открытие № 123. Закономерность разрушения пористых газонасыщенных тел при циклическом гидродинамическом воздействии / К. К. Софийский, Е. Г. Барадулин, Э. И. Мучник [и др.] // Научные открытия: Сборник кратких описаний. – 1999. – Выпуск 2. – М.-Санкт-Петербург. – 2000.– С. 36 – 38. 3. Результаты экспериментальных работ по раскольматации и повышению дебита поверхностной дегаза- ционной скважины МТ-336 пневмогидродинамическим воздействием / Б. В. Бокий, В. В. Чередников, К. К. Со- фийский [и др.] // Импульсные процессы в механике сплошных сред: Материалы VI Международной на- учн.школы-семинара (22-26 августа 2005). – Николаев, 2005. – С. 65 – 66.