О дегазации углепородного массива в кровле отрабатываемого угольного пласта

Рассмотрены различные аспекты массопереноса метана в углепородном массиве и возможности использования протяженных горизонтальных скважин в кровле угольного пласта для его дегазации. Значительное внимание уделено анализу изменения напряженно-деформированного состояния пород кровли по мере развития выработанного пространства. Показано, что при отработке пласта протяженными выемочными столбами с длиной лавы в несколько сотен метров практически вся отработка происходит в режиме с полной посадкой кровли в центральной части столба. На большей протяженности остальной части происходит частичная посадка, и только вблизи забоев и боковых границ столба формируются зоны зависающей кровли. В соответствии с характером взаимодействия пород кровли и почвы в массиве формируются области разгрузки от вертикальных сжимающих напряжений. В этих зонах создается значительная проницаемость, обеспечивающая интенсивную фильтрацию метана. При этом расположение дегазационной скважины относительно кровли пласта существенным образом определяет эффективность удаления метана из массива. Вместе с тем в большей степени выход метана определяется величиной зоны разгрузки в кровле пласта и выходом через кровлю в выработанное пространство, даже при наличии нескольких дегазационных скважин.

Захаров В. Н., Трофимов В. А., Филиппов Ю. А., Шляпин А. В. О дегазации углепородного массива в кровле отрабатываемого угольного пласта // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 11. – С. 20–36. DOI: 10.25018/ 0236_1493_2022_11_0_20.

Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, Соглашение № 075-15-2021-943 и European Commission Research Fund for Coal and Steel (RFCS) funded project «Advanced methane drainage strategy employing underground directional drilling technology for major risk prevention and greenhouse gases emission mitigation» GA: 847338-DD-MET-RFCS-2018/RFCS-2018.

Захаров Валерий Николаевич¹ — академик РАН, директор, e-mail: ipkon-dir@ipkonran.ru, ORCID ID: 0000-0002-9309-2391,
Трофимов Виталий Александрович¹ — д-р техн. наук, зав. лабораторией, e-mail: asas_2001@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-9010-189X,
Филиппов Юрий Алексеевич¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: filippov.yury@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-3347-677X,
Шляпин Алексей Владимирович¹ — канд. техн. наук, заместитель директора по научной работе, e-mail: ipkon-dir@ipkonran.ru, ORCID ID: 0000-0002-9442-0983,
¹ Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

Шляпин А.В., e-mail: Shlyapin@mail.ru.

1. Yang J. H., Yao C., Jiang Q. H., Lu W. B., Jiang S. H. 2D numerical analysis of rock damage induced by dynamic in-situ stress redistribution and blast loading in underground blasting excavation // Tunnelling and Underground Space Technology. 2017, vol. 70, pp. 221—232. DOI: 10.1016/j.tust.2017.08.007.

2. Lubosik Z., Waclawik P., Horak P., Wrana A. The influence of in-situ rock mass stress conditions on deformation and load of gateroad supports in hard coal mine // Procedia Engineering. 2017, vol. 191, pp. 975—983. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.05.269.

3. Игнатов Е. В. Зависимости и особенности смещений и формирования зон разрушения кровли и краевой части пласта при взаимодействии с элементной базой бесцеликовой технологии // Техника и технология горного дела. — 2020. — № 4. — С. 4—41. DOI: 10.26730/2618-7434-2020-4-4-41.

4. Шванкин М. В., Бондарев А. В. Особенности отработки удароопасных пластов в условиях труднообрушаемых кровель // Вестник Научного центра ВОСТНИИ по промышленной и экологической безопасности. — 2019. — № 2. — С. 81—88. DOI: 10.25558/ VOSTNII.2019.10.2.010.

5. Семенцов В. В., Осминин Д. В., Нифанов Е. В. Устойчивость выемочных горных выработок при отработке пластов с труднообрушающимися кровлями // Вестник Научного центра ВОСТНИИ по промышленной и экологической безопасности. — 2021. — № 3. — С. 14—25. DOI: 10.25558/VOSTNII.2021.47.12.002.

6. Трофимов В. А., Шиповский И. Е. Триггерный характер потери прочности и разрушения кровли выработки в горном массиве при изменении свойств породы / Актуальные вопросы прочности: Сборник материалов LXIV Международной конференции. — Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2022. — 401 с.

7. Трофимов В. А., Филиппов Ю. А. Особенности формирования массопереноса метана в породах междупластья // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. — 2021. — № 3. — С. 71—78. DOI: 10.33285/1999-6934-2021-3(123)-71-78.

8. Кузнецов С. В. Общие наблюдения и характерные особенности перераспределения в массивах горных пород при развитии выработанного пространства // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1988. — № 6. — С. 3—16.

9. Trubetskoi K. N., Kuznetsov S. V., Trofimov V. A. Stress state and failure of seam contacts with enclosing rocks in driving stope // Journal of Mining Science. 2001, vol. 37, no. 4, pp. 345—353.

10. Kuznetsov S. V., Trofimov V. A. Deformation of a rock mass during excavation of a flat sheet-like hard mineral deposit // Journal of Mining Science. 2007, vol. 43, no. 4, pp. 341—360.

11. Sa A., Ep A., Zheng S. B. A review of transport mechanisms and models for un-conventional tight shale gas reservoir systems // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2021, vol. 175, article 121125.

12. Li Y., You X., Zhao J., Zhang X. Production forecast of a multistage fractured horizontal well by an analytical method in shale gas reservoir // Environmental Earth Sciences. 2019, vol. 78, no. 9, pp. 2721—27220.

13. Cong X. A., Leng T. B. Modelling of fractured horizontal wells with complex fracture network in natural gas hydrate reservoirs // International Journal of Hydrogen Energy. 2020, vol. 45, no. 28, pp. 14266—14280.

14. Dongxu Z., Liehui Z., Huiying T., Yulong Z. Fully coupled fluid-solid productivity numerical simulation of multistage fractured horizontal well in tight oil reservoirs // Petroleum Exploration and Development. 2021, vol. 49, no. 2, pp. 1—10.

15. Li N., Fang L., Sun W., Zhang X., Chen D. Evaluation of Borehole hydraulic fracturing in coal seam using the microseismic monitoring method // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2021, vol. 54, no. 2, pp. 607—625.

16. Hosseini N., Khoei A. R. Modeling fluid flow in fractured porous media with the interfacial conditions between porous medium and fracture // Transport in Porous Media. 2021, vol. 139, no. 1, pp. 109—129.

17. Cai H., Li P., Feng M., Hao Y., Lu D. A fully mass conservative numerical method for multiphase flow in fractured porous reservoirs // Transport in Porous Media. 2021, vol. 139, pp. 171—184.

18. Liu K., Yin D., Sun Y. The mathematical model of stress sensitivities on tight reservoirs of different sedimentary rocks and its application // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2020, vol. 193, article 107372.

19. Zafar A., Su Y. L., Li L., Fu J., Mehmood A. Tight gas production model considering TPG as a function of pore pressure, permeability and water saturation // Petroleum Science. 2020, vol. 17, no. 5, pp. 1356—1369.

20. Zhong X., Zhu Y., Liu L., Yang H., Li Y., Xie Y., Liu L. The characteristics and influencing factors of permeability stress sensitivity of tight sandstone reservoirs // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2020, vol. 191, article 107221.

21. Захаров В. Н., Шляпин А. В., Трофимов В. А., Филиппов Ю. А. Изменение напряженно-деформированного состояния углепородного массива при отработке угольного пласта // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 9. — С. 5—24. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-0-5-24.