Снижение газоносности угольных пластов, как способ повышения метанобезопасности
Постоянное увеличение производительности угольных шахт проходит на фоне повышающейся нагрузки на очистные забои. Выполнение мероприятий по наращиванию объемов добычи немыслимо без снижения газоносности угольных пластов.
Имеющиеся сегодня достижения в области дегазации связаны, в первую очередь, с откачкой газов из отработанного пространства. Увеличение нагрузки на очистные забои приводит к увеличению выделения природного газа, с объемами которого не всегда справляется современная система дегазации.
Одним из основных направлений дегазации угольных разрезов является извлечение природного газа из мест предполагаемых выработок с помощью скважин до начала ведения основных работ.
Такой подход оправдал себя на многих месторождениях по всему миру. Мировая практика показывает, что с помощью гидравлического разрыва имеется вероятность извлечения из горных пород более 2/3 от всего объема метана, содержащегося в планируемых местах добычи угля.
Если еще раз взглянуть на опыт зарубежных коллег, то в большинстве развитых стран степень газоносности, при которой допускается вести работы по добыче угля, строго нормирована на уровне законодательства. В Австралии данный показатель, который ко всему прочему закреплен во всех проектных документах, составляет не более 8 м3/т.
В нашей стране, к сожалению, ситуация иная: осуществление дегазации предполагается при превышении значения в 13 м3/т, а также при условии, если вентиляция не обеспечивает концентрацию природного газа «в исходящей струе очистной горной выработки в размере менее 1 %». Такое значение позволяет осуществлять добычу практически в любых условиях газоносности, что нередко приводит к печально известным последствиям.
Если говорить про подземную дегазацию, то ее эффективность составляет менее 20 %.
Этот показатель оказывается зависимым от времени, которое необходимо затратить на дегазацию в интервалах между очистными работами. Кроме того, влияние оказывает низкая эффективность извлечения газов из загруженного угольного пласта.
В условиях угольного пласта основная масса природного газа находится в скованном состоянии. Для того, чтобы освободить газ от влияния удерживающих сил и направить его к скважине, требуется тратить существенные энергетические ресурсы, связанные с необходимостью строительства скважины и создания условий для повышения проницаемости горных пород. В этом случае зависимость между затратами на дегазацию и получаемым эффектом будет прямой.
На сегодняшний день сформированы основные принципы, позволяющие осуществлять дегазацию наиболее эффективно и целесообразно. Например, показатели газового барьера должны определяться математическими расчетами и моделированием в зависимости от условий конкретного угольного пласта.
Не менее важно при выборе способа пластовой дегазации определить ее эффективность с помощью газодинамических исследований. Однако те параметры, которые составляют разработанные математические модели, до недавнего времени не брались во внимание при осуществлении комплекса мероприятий, связанного с дегазацией на российских угольных шахтах. Имеется лишь определенный опыт, связанный с привлечением к этим работам иностранных компаний.
Несмотря на это, можно уверенно заявить, что внедрение данных исследований и создание научных лабораторий для этих целей – один из важнейших этапов создания эффективной системы безопасных работ в условиях угольных шахт.
Сегодня можно говорить о том, что определенные наработки в данном направлении имеются: разработана методика, позволяющая не только определять нагрузку на очистные забои угольных шахт, но и осуществлять полноценные проектные работы, направленные на увеличение эффективности дегазационных работ.
С этой целью отобранные образцы горных пород подвергаются газодинамическим исследованиям в условиях лаборатории, а пластовое давление определяется в процессе бурения скважин.
Отсутствие газодинамических характеристик на шахтах подвергает сомнению эффективность проводимого комплекса работ по дегазации, а также не позволяет оценить действительную нагрузку на очистную зону. Выходит, что современная дегазация представляет собой мероприятия, цель и первоначальные данные которой являются неопределенными, что не позволяет говорить об обоснованности этих работ. На метанобезопасность в условиях угольной шахты оказывает влияние также и то, что дегазация осуществляется по стандартным схемам, не учитывающим геологические особенности пластов и разрезов.
Разработанные методические рекомендации по выбору способа пластовой дегазации позволяют осуществить необходимый комплекс технологических решений, предусматривающих не только обоснование выбора, но и использование предварительных дегазационных мероприятий.
Эффективность применения методики доказана практическими показателями, взятыми с двух десятков шахт, на которых:
- газоносность снизилась на половину;
- средний дебит достиг значения в 0,3-0,7куб. м/мин;
- до 10 лет увеличился срок службы скважин;
- до 150 метров увеличился радиус влияния скважин;
- процент содержания природного газа в извлекаемой смеси достиг значения в 95-99 %.
Необходимо сказать, что предварительная дегазация – это всего лишь возможность снизить опасность выбросов, то есть она не дает гарантии на полное исключение такой вероятности.
Дополнительным мероприятием в данном направлении является строительство скважин, устье которых располагается на поверхности и в зонах предварительной подготовки, а окончание – в зонах повышенной трещинноватости.
Глубокая дегазация – одно из условий безопасной разработки газоносных угольных пластов. В зонах интенсивной дегазации следует заблаговременно (за 3-5 лет) осуществлять предварительные дегазационные мероприятия. Только в этом случае удастся добиться необходимого эффекта.