Закономерности дебита метана при комбинированной дегазации отрабатываемого угольного пласта

На основе современной теории газофильтрационных процессов в искусственно созданной плазменно-импульсным воздействием пористой среде отрабатываемого угольного пласта и анализа результатов практического применения дегазации угольных пластов рекомендована организация работ по применению комбинированного способа поэтапного снижения метаноносности угольных пластов с использованием скважин, пробуренных с земной поверхности и из подземных выработок. Обоснованы условия применения комбинированного способа дегазации угольного пласта без снижения производительности длинного комплексно-механизированного забоя и сокращения простоев по газовому фактору. Для оценки эффективности комбинированного способа дегазации использовался статистический метод обработки и анализа данных, полученных при проведении натурных измерений параметров эксплуатации 24 скважин в течение четырех лет. Основными результатами исследований являются установленные зависимости дебита метана от времени формирования миграционных каналов в угольном пласте: возрастание дебита метана в начальный период эксплуатации дегазационных скважин, последовательное снижение выделения метана после достижения максимума. Обоснована эффективность комбинированного способа дегазации угольных пластов с использованием заблаговременной дегазации поверхностными скважинами с плазменно-импульсным воздействием на пласт и скважинами направленного бурения из подземных выработок. Отличие разработанного подхода состоит в синергетическом эффекте плазменно-импульсного воздействия на угольные пласты через скважины и снижении в три раза плотности расположения скважин направленного бурения на участках с заблаговременной дегазацией.

Фрянов В. Н., Павлова Л. Д., Исаченко А. А., Корнев Е. С. Закономерности дебита метана при комбинированной дегазации отрабатываемого угольного пласта // Горный информационно-аналитический бюллетень.– 2022.– № 9. – С. 109–119. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_9_0_109.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Кемеровской области в рамках научного проекта № 20-41-420004.

Фрянов Виктор Николаевич¹ — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: zzz338@rdtc.ru, ORCID ID: 0000-0001-6803-458X,
Павлова Лариса Дмитриевна¹ — д-р техн. наук, профессор, директор института Информационных технологий и автоматизированных систем, e-mail: ld_pavlova@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-2480-8165,
Исаченко Алексей Александрович — канд. техн. наук, заместитель главного инженера по технологии, Филиал АО «ОУК «Южкузбассуголь» — Шахта «Ерунаковская-8», 654006, e-mail: aleksey.isachenko@evraz.com,
Корнев Евгений Сергеевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: ekornev@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-1811-6007,
¹ Сибирский государственный индустриальный университет.

Корнев Е.С., e-mail: ekornev@yandex.ru.

1. Забурдяев В. С., Захаров В. Н., Артемьев В. Б., Ясюченя С. В. Шахтный метан: проблемы извлечения и утилизации. — М.: «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2014. — 256 с.

2. Качурин Н. М., Воробьев С. А., Качурин А. Н. Прогноз метановыделения с поверхности обнажения угольного пласта в подготовительную выработку при высокой скорости проходки // Горный журнал. — 2014. — № 4. — С. 70—73.

3. Колесниченко Е. А., Артемьев В. Б., Колесниченко И. Е. Внезапные выбросы метана: теоретические основы. — М.: «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2013. — 232 с.

4. Качурин Н. М., Ермаков А. Ю., Сенкус Вал. В. Аэрогазодинамика очистных и подготовительных участков при отработке мощных пологих пластов. — Кемерово: АИ «Кузбассвузиздат», 2017. — 287 с.

5. Fan C., Li S., Luo M., Mingkun W. Du, Yang Z. Coal and gas outburst dynamic system // International Journal of Mining Science and Technology. 2017, vol. 27, no. 1, pp. 49—55.

6. Feng Gao, Yi Xue, Yanan Gao, Zhizhen Zhang, Teng Teng, Xin Liang Fully coupled thermo-hydro-mechanical model for extraction of coal seam gas with slotted boreholes // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2016, vol. 31, pp. 226—235.

7. Каркашадзе Г. Г., Мазаник Е. В., Пащенков П. Н. Результаты определения пластового давления, газопроницаемости и параметров сорбции угольного пласта по результатам шахтных измерений истечения метана из коротких скважин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 9. — С. 259—264.

8. Имгрунд Т., Шалашинский А. Направленное бурение — новая технология для повышения эффективности предварительной дегазации в российских угольных шахтах // Глюкауф майнинг репорт. — 2015. — № 1. — С. 16—19.

9. Плаксин М. С. Родин Р. И., Альков В. И. Газокинетическая реакция углеметанового пласта при создании в нем трещин посредством нагнетания флюидов // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сборник научных статей. — Новокузнецк: СибГИУ, 2017. — С. 63—67.

10. Каркашадзе Г. Г., Сластунов С. В., Ермак Г. П., Мазаник Е. В. Интенсификация дегазации угольного пласта на основе учета его геомеханического состояния в условиях нестационарных механических и сорбционных деформаций // Уголь. — 2015. — № 11. — С. 62—65.

11. Чанышев А. И., Абдулин И. М. Исследования упругого, упруго-пластичного и запредельного состояний массива горных пород вблизи выработок по данным измерений на границах // ФТПРПИ. — 2019. — № 4. — С. 27—35.

12. Павленко М. В. Формирование волновых возмущений через скважины в угольном массиве в виде вибрационных колебаний для создания в них газопроводящих трещин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 5. — С. 36—42.

13. Gent Jiabo, Xu Jiang, Nie Wen, Peng Shoujian, Zhang Chaolin, Luo Xiaohang Regression analysis of major parameters affecting the intensity of coal fnd gas out-bursts in laboratory // International Journal of Mining Science and Technology. 2017, vol. 27, pp. 327—332.

14. Плаксин М. С., Рябцев А. А. Особенности развития динамических газопроявлений при проведении подготовительной выработки / Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сборник научных статей. — Новокузнецк: СибГИУ, 2017. — С. 67—73.

15. Zhang Y., Underschultz J., Langhi L., Mallants D., Stran J. Numerical modelling of coal seam depressurization during coal seam gas production and its effect on the geomechanical stability of faults and coal beds // International Journal of Coal Geology. 2018, vol. 195, pp. 1—13.

16. Fryanov V. N., Pavlova L. D., Petrova O. A., Shiryaev S. N. Numerical simulation of interaction of methane filtration and rock massif deformation during mining of methane-bearing seams // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019, vol. 377, pp. 1—7. DOI: 10.1088/1755-1315/377/1/012036.

17. Цветков А. Б., Павлова Л. Д. Численное моделирование распределения метана при отработке свиты пластов // В мире научных открытий. — 2014. — № 2.1(50). — С. 815—827.

18. Агеев П. Г., Агеев Н. П., Агеев Д. П., Десяткин А. С., Пащенко А. Ф. Плазменно-импульсное воздействие — инновационный подход к добыче традиционных и нетрадиционный подход к добыче традиционных и нетрадиционных углеводородов и заблаговременной дегазации угольных пластов // Бурение и нефть. — 2016. — № 7-8. — С. 34—40.