Дегазация угольных пластов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное Государственное автономное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

Дальневосточный Федеральный Университет

Кафедра горного дела и комплексного освоения георесурсов

Реферат

Дегазация угольных пластов

Выполнил: Ноженков А.О.

Проверил преподаватель: К.т.н. доц. Белов.А.В

Владивосток 2013

Введение

В настоящий момент только маленькая часть шахтного газа пригодна для производства электроэнергии или тепла, и только одна пятая этой доли используется для производства энергии или других промышленных нужд.

Процесс дегазации, с помощью которого извлекается шахтный газ, изначально развивался в целях повышения безопасности угольных шахт. При подземной добыче угля угольной компании приходится бороться с шахтным метаном, который выделяется в процессе разработки угольных пластов. Таккак метано-воздушная смесь является взрывоопасной при концентрации метана от 5 до 14%, угольной компании необходимо принимать соответствующие меры, чтобы избегать опасного диапазона.

До середины 1970-х годов общепринятым способом борьбы с метаном было проветривание горных выработок с помощью больших объемов воздуха. Однако с развитием подземного способа добычи и разработкой более метаноносных угольных пластов использование одной лишь системы вентиляции стало недостаточным. Введение заблаговременной дегазации посредством бурения дегазационных скважин и вакуумного отсасывания позво­лило снизить нагрузку на системы вентиляции и дополнительно повлекло за собой увеличение производительности угольных шахт. Дело в том, что при неэффективной вентиляции приходится приостанавливать добычу угля всякий раз, когда доля метана в воздушной смеси приближается к взрывоопасному уровню. Адекватная система дегазации позволила значительно снизить время подобных простоев и свести к минимуму количество чрезвычайных происшествий на шахтах.

Развитие технологии также облегчило задачу дегазации угольных шахт. В зависимости от геологических особенностей пластов дегазация может проводиться посредством бурения вертикальных скважин в неотработанные и отработанные участки или горизонтальных и наклонных скважин из шахтного пространства. Накопленный опыт в изучении метаноносных пластов позволил лучше адаптировать систему дегазации к конкретному резервуару и повысить эффективность производимых операций.

Дегазация шахт, мероприятия по отсосу, сбору и выводу из подземных горных выработок на поверхность рудничного газа или газо-воздушной смеси. Вывод газа из шахты производится по проложенным в горных выработках трубопроводам или по буровым скважинам, соединяющим выработки с поверхностью.

Дегазация шахт применяется для уменьшения поступлений метана из угольных пластов и пород в горные выработки и облегчает проветривание шахты, полностью прекращает или значительно снижает простои выемочных (добычных) участков из-за загазирования выработок; позволяет применять в газовых шахтах электроэнергию вместо менее эффективной пневматической энергии; повышает производительность труда рабочих и безопасность ведения горных работ в газовых шахтах и при определенных условиях предотвращает полностью или частично (снижает интенсивность) необычные газопроявления -- суфляры, внезапные выбросы угля и газа и т.п.

Дегазационные системы состоят из дегазационных горных выработок или буровых скважин, шахтных газопроводов с защитными устройствами, дегазационных установок, регулирующей, регистрирующей и защитной аппаратур и устройств, а в случаях утилизации каптируемого газа -- также и газопровода к потребителю (оборудуются на поверхности шахт и состоят из вакуумнасосов или ротационных воздуходувок с неискрящими лопатками, обеспечивающих движение газа в дегазационной системе, приводов к ним и аппаратуры, регулирующей и контролирующей работу машин и приводов).

Применение дегазации шахт привело к созданию новой технологии разработки газоносных угольных пластов, которые в ряде наиболее газоносных месторождений разрабатываются комплексно с учётом попутной добычи метана.

Известны три основных способа:

1. Предварительная дегазация разрабатываемых угольных пластов;

2. Дегазация смежных угольных пластов;

3. Отсос концентрированных метано-воздушных смесей из выработанных пространств.

Предварительная дегазация шахт проводится до начала разработки угольного пласта и заключается в бурении параллельных скважин глубиной по 100--250 м и диаметром 80--120 мм через 10--25 м. Каждая дегазационная скважина через водоотделитель подсоединяется к шахтной сети газопроводов. Отсос газа из угольного пласта производится под разрежением до 13,5--27 кн/м2 (100--200 мм pm. cm.) в течение длительного периода времени (свыше 100--150 суток). При дегазации смежных угольных пластов используется эффект частичной их разгрузки от горного давления, способствующий переходу сорбированного этими пластами метана в свободное состояние. При этом способе дегазации скважины бурят из горных выработок до смежных пластов, залегающих выше и ниже разрабатываемого пласта на различных расстояниях, не превышающих радиус эффективной дегазация шахт скважины подсоединяются к газопроводной системе. При отсосе газа из выработанных пространств они тщательно изолируются перемычками и воздухонепроницаемыми (например, из породы с различными уплотнителями) полосами от действующих горных выработок и при помощи шахтных газопроводов производится отвод газа с высоким содержанием метана, скопившегося в пустотах, образованных между обрушившимися кусками пород.

Впервые промышленная дегазация шахт была применена в 1943 в Руре (Германия), а в СССР -- в 1952 в Донбассе. В 1970 применялась в 518 шахтах 15 стран с суммарным количеством каптированного метана около 3 млрд. м3 в год, в том числе на 156 шахтах СССР (свыше 750 млн. м3).

СПОСОБЫ ДЕГАЗАЦИИ НЕРАЗГРУЖЕННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Дегазация при проведении капитальных подготовительных выработок

Дегазация подрабатываемых пластов при разработке тонких и средней мощности пологих и наклонных пластов угля

Схемы дегазации подрабатываемых пластов различаются по расположению скважин относительно горних выработок. Каждая схема может иметь несколько вариантов, отличающихся условиями ее применения и эффективностью дегазации.

Параметры бурения скважин следует выбирать так, чтобы скважины пересекали наиболее мощный из подрабатываемых, пластов, залегающий на расстоянии от разрабатываемого более 10 и менее 30 его вынимаемых мощностей.

После подработки дегазируемого пласта точка пересечения его скважиной должна находиться в зоне, разгруженной от горного давления.

Параметры скважин устанавливаются опытным путем на основе данных о фактической эффективности дегазации в конкретных горнотехнических условиях разработки угольных пластов.

Скважины, пробуренные из выработки с исходящей струей воздуха, более эффективны.

Целесообразно применять такое проветривание лав, чтобы вентиляционная выработка примыкала к угольному массиву. Это позволит увеличить эффективность дегазации на 10-20%.

Эффективность дегазации выше при схемах, предусматривающих бурение скважин из поддерживаемых позади очистного забоя выработок. В этих условиях продолжительность работы и количество повременно работающих скважин больше, чем при схемах дегазации скважинами, пробуренными впереди очистного забоя и погашаемыми за лавой.

Для снижения газовыделения в выработки во время первичных посадок основной кровли дополнительно к скважинам, буримым навстречу очистному забою, следует предусматривать бурение торцовых скважин, например, из тупика подготовительной выработки, пройденной за разрезную печь на 10-15 м. Опыт показывает, что такие скважины работают весьма эффективно при отходе лавы от разрезной печи до 200-300 м.

СПОСОБЫ ДЕГАЗАЦИИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВАМ

Дегазация выработанного пространства скважинами, пробуренными из выработок

Дегазация выработанного пространства действующего участка применяется наряду с дегазацией сближенных угольных пластов, вмещающих пород и разрабатываемого пласта, а также как самостоятельный метод снижения метанообильности при значительном выделении метана (более 3-4 м3/мин) из выработанного пространства когда другими способами дегазации невозможно обеспечить снижение содержания метана на участке до допустимого ПБ уровня. Дегазация выработанного пространства осуществляется вакуумными насосами с транспортированием извлекаемой метановоздушной смеси по дегазационному трубопроводу на поверхность или газоотсасывающими установками с изолированный отводом метана в исходящую струю выемочного поля (крыла, шахты).

В зависимости от горно-геологических условий, системы разработки и газообильности участка могут применяться следующие схемы дегазации выработанного пространства:

- скважинами, пробуренными из вентиляционной выработки над куполами обрушения;

- скважинами, пробуренными навстречу очистному забою специально пройденных в породах кровли камер;

- скважинами, пробуренными над монтажной камерой;

- перфорированными отростками труб, заводимыми в монтажную камеру;

- перфорированными отростками труб, оставляемыми в погашаемой вентиляционной выработке.

СПОСОБЫ КОМПЛЕКСНОЙ ДЕГАЗАЦИИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ

В условиях, когда метанообильность участка не удается снизить до допустимого уровня с помощью одного способа, применяется комплексная дегазация, представляющая комбинацию способов дегазации источников газовыделения.

В практике горных работ наибольшее распространение получали три принципиальные схемы комплексной дегазации основных источников метановыделения:

1. схемы, включающие дегазацию сближенных пластов и отсос газа из выработанного пространства. Применяется главным образом при разработке пластов тонких или средней мощности, когда газовыделение на участке преобладает из сближенных пластов;

2. схемы, включающие дегазацию разрабатываемого пласта к удаление газа из выработанного пространства. Применяются при разработке мощных и средней мощности одиночных газоносных пластов;

3. схемы, включающие дегазацию разрабатываемого пласта, сближенных пластов и выработанного пространства. Применяются при разработке свиты угольных пластов.

Первая схема комплексной дегазации получила широкое при­менение преимущественно на шахтах Донбасса и Воркутского месторождения, вторая и третья - на шахтах Карагандинского и Кузнецкого бассейнов.

Скважины, пробуренные для дегазации выработанного прост­ранства, следует подключать на отдельный газопровод.

При обильном выделении метана из преобладающего на участке источника метановыделения может быть применено сочетание способов (схем) дегазаций одного источника газовыделения, например, подрабатываемых и надрабатываемых пластов, различных схем отсоса метана из выработанного пространства.

Схемы комплексной дегазации сближенных пластов и выработанного пространства выбираются с учетом горнотехнических условий разработки угольных пластов и структуры газового баланса выемочного поля или участка. При значительном метановыделении из выработанного пространства ранее отработанных участков пласта применяется схема дегазации сближенного пласта скважинами и отсос газа из старого выработанного пространства, например, через отросток перфорированной трубы, заведенной за перемычку.

При отработке участка пласта, примыкающего с двух сторон в выработанному пространству, может быть применена дегазация дорабатываемого пласта фланговыми скважинами и отсос газа из-за или дегазация выработанного пространства вертикальными скважинами с поверхности и фланговыми скважинами, пробуренными над куполами обрушения. В аналогичных условиях отработки участка пласта дегазацию сближенных пластов и выработанного пространства можно осуществлять вертикальными скважинами с поверхности и скважинами, пробуренными над куполами обрушения из выработки, погашаемой за лавой.

При бесцеликовой технологии отработки угольного пласта у прямоточной схеме проветривания выемочного участка в условиях Воркутского месторождения весьма эффективны схемы комплексной дегазации сближенных пластов и выработанного пространства скважин, пробуренными из выработок на вынимаемом участке пласта и на флангах выемочного поля. Сущность таких схем комплексной дегазации заключается в бурении дегазационных скважин на сближенные подрабатываемые пласты из выработок, которое оконтуривают бремсберговое поле (блок, панель), и выработки действующей лавы, поддерживаемой в течение времени отработки участка.

ТЕХНОЛОГИИ ВИДЕНИЯ ДЕГАЗАЦИОННЫХ РАБОТ

Бурение и герметизация скважин

Оборудование для бурения дегазационных скважин следует выбирать с учетом крепости горных пород, вида энергии на вахте, размеров горных выработок и параметров дегазационных скважин. Оно включает буровой станок с комплектом бурового инструмента (буровые штанги, коронки, долота), средства для удаления буровой мелочи, пусковую и защитную аппаратуру.

Характеристика оборудования для бурения дегазационных скважин приведена в каталоге-справочнике дегазационного оборудования.

Буровые штанги изготавливаются из цельнотянутых труб или придётся к буровым станкам. Во втором случае штанги, как правило, выполнены специальной конструкции.

Для бурения скважин выбираются типовые буровые коронки, утвержденные для конкретных горногеологических условий с учетом крепости горных пород. Бурение скважин по углю осуществляется, в основном, коронками типа КПД, КЛД, КЛГ и СБП, а по породе кольцевыми, мелкоалмазными или коронками сплошного забоя.

Газопроводы и их расчет

Для шахтных газопроводов могут применяться трубы стальные бесшовные, водогазопроводные и электросварные с толщиной стенки не менее 2,5 мм.

Газопроводы подразделяются на участковые, прокладываемые на выемочных участках, магистральные, к которым подсоединяются соседние участковые газопроводы, групповые, объединяющие дегазационные ветви крыла (блока) шахты или группы пластов, и общешахтные, транспортирующие каптируемую газовоздушную смесь к поверхностной вакуум-насосной станции.

Участковые газопроводы обычно монтируются из облегченных труб, наращиваемых или сокращаемых (в зависимости от порядка отработки участка и принятой схемы дегазации) по мере развития горных работ. После окончания работ по дегазации на участке газопровод демонтируется и используется повторно. Дегазационные скважины к участковому газопроводу подсоединяются жестким соединением или с помощью резинотканевых рукавов. Участковый газопровод прокладывается в выработке преимущественно по стороне расположения дегазационных камер или скважин, пробуренных непосредственно из выработки.

При прокладке участковых газопроводов по горизонтальным заработкам необходимо соблюдать уклон в сторону магистрального газопровода. Если требуемый уклон не может быть обеспечен, то следует предусматривать установку водоотделителя. Газопроводы прокладываются так, чтобы имелась возможность осмотра и ремонта каждого соединения труб. Магистральные газопроводы предназначены для транспортирования газа, каптируемого на нескольких выемочных участках и имеют больший диаметр труб, чем участковые газопровода.

По групповым газопроводам транспортируется газовоздушная смесь, каптируемая на различных пластах, крыльях или блоках шахтного поля. Газ из групповых газопроводов поступает непосредственно в общешахтный газопровод, по которому транспортируется весь извлекаемый вакуум-насосной станцией газ. Магистральные, групповые и общешахтные газопроводы дегазационной системы должны прокладываться по выработкам с исходящей струей воздуха. Допускается прокладка газопроводов по наклонным выработкам со свежей струей воздуха, если по ним не производится откатка грузов и механизированная перевозка людей в вагонетках.

Вакуум-насосные станции

Вакуум-насосы и другое оборудование поверхностной вакуум-насосной станции (ВНС) размещаются на поверхности в специальном здании, которое состоит из следующих основных помещений:

- машинного зала, в котором располагаются вакуум-насосы с электродвигателями и приборами местного контроля во взрывобезопасном исполнении;

- помещения для пусковой аппаратуры в нормальном исполнении. Помещение изолируется от машинного зала и имеет отдельный вход. Электродвигатели в нормальном исполнении соединяются с вакуум-насосами при помощи промежуточных валов;

- помещения для водосборного бака и насосов для перекачки воды;

- помещения для газоанализаторов и приборов контроля, вы­полненных в нормальном исполнении.

При ВНС сооружается градирня с водосборником. Типовая открытая градирня брызгального типа выбирается в зависимости от расхода охлаждаемой воды.

ВНС, расположенные на промплощадке шахты, должны находиться за штакетной железобетонной оградой, а ВНС, расположенные за пре­делами промплощадки шахты, - за сборной железобетонной оградой.

Контроль работы дегазационной системы

Контролю подлежат работа вакуум-насосной станции, состояние газопроводной сети и продуктивность дегазационных скважин. Контроль осуществляется в соответствии с настоящими рекомен­дациями и требованиями "Инструкции по безопасному ведению дегазационных работ в шахтах". Контроль работы вакуум-насосной станции осуществляется дежурным машинистом (не реже трех раз в смену) по показаниям автоматических регистрирующих приборов или путем замера им контролируемых параметров. Контролируемыми параметрами являются разрежение на вакуум-насосах, давление на нагнетательном газопроводе, концентрация метана в отсасываемой смеси, температура отсасываемой смеси и воды, подаваемой для охлаждения вакуум-насосов. Результаты замеров контролируемых параметров и расчетов расхода газовой смеси и метана заносятся в "Книгу контроля работы дегазационной установки".

Контроль состояния газопроводов производится специально выделенным лицом не реже одного раза в неделю. Результаты наружного осмотра газопроводов заносятся в "Книгу осмотра и ремонта газопроводов".

Контроль продуктивности дегазационных скважин производная специально выделенными лицами. Периодичность замеров разрежения, перепада давлений на диафрагме и концентрации метана составляем: не реже одного раза в неделю при предварительной дегазации пластов (на группе скважин) и при дегазации сближенных пластов скважинами, пробуренными из выработок. Не реже двух раз в неделю при дегазации пласта барьерными скважинами и скважинами, функционирующими вблизи очистного забоя, а также при дегазации сближенных пластов и выработанного пространства скважинами, пробуренными навстречу очистному забою из подготавливаемых за лавой выработок.

Результаты замеров величин, характеризующих состояние каптируемой через скважины газовоздушной смеси, ее расход и объемы извлекаемого метана заносятся в "Книгу учета работы дегазационных скважин".

Сведения о состоянии и работе газоотсасывающей установки (вентилятора), концентрации метана в отсасываемой смеси отражаются в "Книге учета работы газоотсасывающей установки". Контроль концентрации метана производится не реже одного раза в час.

Заключение

Проблема дегазации метана угольных пластов в России требует новых эффективных технических решений. Существующие методы дегазации угольных пластов основаны в основном на их гидроразрыве и закреплении образованных щелей песком, а также на бурении протяженных горизонтальных скважин по угольному пласту. Однако созданные этими методами искусственные полости отличаются малой дренирующей способностью, а следовательно, обеспечивают невысокую степень извлечения угольного метана. В условиях современной интенсивной работы шахтных забоев высокая остаточная метаноносность угольных пластов приводит к взрывам метановоздушной смеси и авариям на шахтах.

Список использованной литературы

1. Дегазация угольных пластов, М., 1961; Лидин Г. Д., Айруни А. Т., Мировой опыт каптажа метана и развитие дегазации на шахтах Советского Союза, М., 1963; Вопросы теории дегазации угольных пластов, М., 1963; Временное руководство по дегазации угольных шахт, М., 1967.

2. Алексеев А. Д. Физическое состояние метана в ископаемом угле в аспекте его извлечения// Неделя горняка -- 2010.

3. Крейнин Е. В. Возможна ли рентабельная добыча метана угольных месторождений?// Уголь. -- 2005. -- № 6. -- С. 39-42.

Размещено на Allbest.ru