Дегазация угольных пластов

Проблема дегазации метана угольных пластов в РФ. Дегазация подрабатываемых пластов при разработке тонких и средней мощности пологих и наклонных пластов угля. Газопроводы и их расчет. Бурение и герметизация скважин. Контроль работы дегазационной системы.

Рубрика Геология, гидрология и геодезия
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 01.12.2013
Размер файла 27,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

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

Дегазацию при проведении капитальных и подготовительных выработок необходимо применять в тех случаях, когда средствами вентиляции невозможно разбавить содержание метана до допустимых ПБ норм.

Для снижения газообильности выработок может применяться предварительная дегазация пласта угля, осуществляемая до проведения выработки, или дегазация горного массива в период проведения выработки.

Наиболее эффективным способом снижения метановыделения в подготовительные выработки является предварительная дегазация угольного массива восстающими, горизонтальными или нисходящими скважинами. Срок предварительного каптажа газа до начала проходческих работ на подготавливаемом участке должен приниматься не менее 6 и 12 месяцев соответственно для восстающих (горизонтальных) и нисходящих скважин. В целях сокращения указанных сроков следует применять предварительную дегазацию в сочетании с гидроразрывом пласта.

При проведении выработок дегазация пласта осуществляется через скважины, пробуренные с опережением забоя выработки, и скважины, расположенные в ее боках. На пластах с невыдержанной гипсометрией дегазацию пласта целесообразно проводить через короткие скважины или шпуры. Устья скважин герметизируются на 3-5 м, шпуров - на 1,5-2м. Барьерные скважины, расположенные на расстоянии 300-400 м от забоя выработки, могут быть отключены от дегазационной сети.

При проведении вертикальных выработок (стволов, щурфов, гезенков) дегазация осуществляется скважинами, пробуренными с поверхности или из буровых камер. Скважины располагаются параллельно выработке на расстоянии 2,5-3 м от ее стенок, глубина скважин 30-100 м, диаметр 80-100 мм. Величина неснижаемого опережения скважинами забоя выработки должна быть не менее 10 м. Газоносный угольный пласт или слой газосодержащей породы перебуривается полностью.

При проведении квершлагов дегазация осуществляется скважинами, пробуренными из камер. Бурение скважин начинают до подхода забоя квершлага к угольному пласту или газосодержащему слою породы не ближе 5 м. Длина скважин не менее 30 м, диаметр 80-100 мм, количество скважин, пробуренных из одной камеры, в пределах 2-5. Направление бурения скважин выбирается исходя из условия, чтобы скважины пересекли газоносный слой или пласт по окружности диаметром от 1,5 до 3 диаметров выработки.

При проведении подготовительной выработки по газоносному угольному пласту дегазацию рекомендуется осуществлять с помощью барьерных (ограждающих, законтурных) скважин. На пологих и наклонных пластах барьерные скважины бурятся из камер параллельно или под некоторым углом к оси выработки.

Длина скважин до 100-150 м, диаметр 60-100 мм. Расстояние между камерами на 15-20 м меньше длины скважин. При длине подготовительных выработок до 200 м барьерные скважины бурятся на всю Длину будущей выработки.

Гидроразрыв

Гидроразрыв угольных пластов из горных выработок производится с целью интенсификации метановыделения в скважины путем искусственного повышения фильтрационной способности массиваугля. При гидроразрыве в пласте создается зона повышенной трещиноватости и в результате этого достигается:

- повышение эффективности предварительной дегазации разрабатываемых пластов;

- дегазация угольных пластов с малой газоотдачей в пластевые скважины;

- сокращение срока предварительного каптажа газа до 4 мес при комплексной схеме дегазации угольного массива скважинами гидроразрыва совместно с пластовыми скважинами;

- дегазация угольного массива при полевой подготовке шахтных полей до начала проведения подготовительных выработок по углю;

- дегазация угольных пластов с переменными углами падения и невыдержанной гипсометрией, когда невозможно бурение дегазационных скважин по пласту достаточной длины;

- предварительная дегазация угольного массива для снижения газообильности будущих подготовительных выработок, проводимых по разрабатываемому пласту.

Рациональная область применения гидроразрыва на дегазируемых скважинах и пластах определяется экономической оценкой затрат на бурение и осуществление гидроразрыва с последующим бурением в обработанной зоне пластовых скважин с затратами на бурение пластовых скважин без применения гидроразрыва.

дегазация скважина метан угольный

СПОСОБЫ ДЕГАЗАЦИИ СБЛИЖЕННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД ПРИ ИХ ПОДРАБОТКЕ И НАДРАБОТКЕ

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


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.