Исследование и совершенствование технологии разведки и дегазации угольных месторождений Кузбасса методом бурения многофункциональных скважин
СОДЕРЖАНИЕ ………………………………………………………………………………………………. 2
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………… 5
ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ДЕГАЗАЦИИ
УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА И НАУЧНОЕ
ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ К ЕЕ РЕШЕНИЮ ………………………………. 14
1.1. Сущность загазованности угольных пластов метаном и его роль при
добыче угля …………………………………………………………………………………………………….. 14
1.2 Факторы, определяющие объем газовыделения в выемочный участок с
учетом геомеханических и газодинамических процессов …………………………………. 22
1.3 Современное состояние и перспективы добычи метана из угольных
пластов ……………………………………………………………………………………………………………. 28
1.4 Направление переработки и использования метана. ………………………………….. 36
1.5 Анализ нормативной документации и меры государственной поддержки
при добыче метана из угольных пластов ………………………………………………………….. 39
1.6 Количественная оценка выбросов метана в атмосферу при добыче угля в
кузнецком угольном бассейне …………………………………………………………………………. 42
ГЛАВА 2 АНАЛИЗ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ
УСЛОВИЙ ОТРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА С
ЦЕЛЬЮ ОБОСНОВАНИЯ ПЕРЕОБОРУДОВАНИЯ
ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ
ЗАБЛАГОВРЕМЕННОЙ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ……………… 49
2.1 Общие сведения о методах воздействия на угольные пласты с целью их
дегазации ………………………………………………………………………………………………………… 49
2.2 Порядок осуществления работ по технологии плазменно-импульсного
воздействия …………………………………………………………………………………………………….. 56
2.3 Природная газоносность и обоснование необходимости
переоборудования геологоразведочных скважин для производства
заблаговременной дегазации ……………………………………………………………………………. 58
2.4 Технологические особенности оборудования скважин для проведения
плазменно-импульсного воздействия ………………………………………………………………. 63
2.5 Технология проведения плазменно-импульсного воздействия на
угольные пласты ……………………………………………………………………………………………… 69
2.6 Исследование изменения физико-механических свойств горных пород
после применения пив на угольный пласт ……………………………………………………….. 73
2.7 Микросейсмическое районирование радиуса воздействия после
проведения плазменно-импульсного воздействия на угольные пласт ……………….. 75
2.8 Объемы добычи метана при эксплуатации скважин заблаговременной
дегазации после проведения плазменно-импульсного воздействия на
угольные пласты ……………………………………………………………………………………………… 76
2.9 Разработка конструкции скважины с учетом горно-геологических
условий угольных месторождений …………………………………………………………………… 79
2.9.1 Общие требования к сооружению многофункциональных скважин с целью
проведения заблаговременной дегазации …………………………………………………………………… 79
2.9. 2 Геофизические методы изучения гидрогеологических условий угольных
месторождений………………………………………………………………………………………………………………… 81
2.9.3 Геофизические методы для контроля качества цементации затрубного
пространства скважины …………………………………………………………………………………………………. 82
2.9.4 Технология и техника сооружения многофункциональных скважин
(разведочно-дегазационных) на угольных месторождениях с высокой природной
газоносностью …………………………………………………………………………………………………………………. 86
ГЛАВА 3 ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИХ
КРИТЕРИЕВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ МЕТОДИКУ РАЗВЕДКИ УГОЛЬНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ С УЧЕТОМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РАЗВЕДОЧНО-ДЕГАЗАЦИОННЫХ
СКВАЖИН ………………………………………………………………………………………………….. 100
3.1 Изучение природной газоносности с целью получения информации,
необходимой для разработки технологии добычи метана из угольных пластов
в промышленных масштабах …………………………………………………………………………. 100
3.2 Определение контуров угленосных отложений для производства
заблаговременной дегазации ………………………………………………………………………….. 105
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАЗВЕДКИ УГОЛЬНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ С УЧЕТОМ БУРЕНИЯ
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СКВАЖИН …………………………………………….. 128
4.1 Общие требования к исходной информации об угольных пластах,
подлежащих дегазации ………………………………………………………………………………….. 128
4.2 Определение количества многофункциональных скважин для
максимального перекрытия площади участка при производстве
заблаговременной дегазации ………………………………………………………………………….. 132
4.3 Расчет количества извлекаемого метана по периодам проведения
заблаговременной дегазации ………………………………………………………………………….. 141
4.4 Экономическая эффективность использования многофункциональных
скважин для дегазации метаноугольных месторождений ……………………………….. 149
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………… 155
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ТЕРМИНЫ И ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ ………………. 171
СПИСОК ТАБЛИЦ……………………………………………………………………………………… 173
СПИСОК РИСУНКОВ ………………………………………………………………………………… 174
СПИСОК ПРИЛОЖЕНИЙ …………………………………………………………………………. 175
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ………………………………………………………………………………………… 176
Сведения об ежегодных объемах выбросов метана в атмосферу
угледобывающими предприятиями Кемеровской области за 2004-2014 гг. ……….. 176
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ………………………………………………………………………………………… 177
Сведения о ежегодных объемах выбросов метана в атмосферу угледобывающими
предприятиями Кемеровской области за 2015 г. ……………………………………………………… 177
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ………………………………………………………………………………………… 178
Акт внедрения предложения ООО «ГеоСтартПроект»…………………………………………… 178
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ………………………………………………………………………………………… 179
Акт внедрения предложения ООО «Георезонанс» ………………………………………………….. 179
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ………………………………………………………………………………………… 180
Смета по бурению типовой геологоразведочной скважины по участку I……………. 180
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ………………………………………………………………………………………… 200
Смета по переоборудованию типовой геологоразведочной скважины по участку I 200
Актуальность. Взрывы метана в угольных шахтах и массовая гибель
горняков определяют необходимость изменения подхода к геологической
разведке и отработке угольных месторождений с высокой природной
газоносностью. Обеспечение безопасной добычи угля на угольных шахтах
основывается на горно-геологических и горнотехнических условиях
отработки месторождения.
Сложность прогнозирования газодинамических процессов при отработке
месторождений с высокой природной газоносностью и их влияние на
газовыделения в выемочный участок препятствуют использованию горно-
шахтного оборудования в соответствии с заявленной производительностью,
так как приводит к простоям оборудования по газовому фактору.
Проведенные зарубежные и российские исследования подтверждают
необходимость проведения эффективной дегазации угольных пластов и
организации добычи метана в промышленных масштабах.
Несмотря на значительные финансовые и временные затраты на
производство дегазации угольных пластов с высокой природной
газоносностью, эффективность данных мероприятий не всегда имеет
ожидаемый результат. Увеличение глубины ведения горных работ, а
следовательно, и увеличение природной газоносности разрабатываемых
угольных пластов существенно влияет на безопасность ведения работ, объемы
добычи угля и увеличение количества выбросов метана в атмосферу.
В настоящее время нормативно-техническая документация обязывает
пользователей недр проводить дегазацию угольных пластов при превышении
природной газоносности 13 м3/т с.б.м. [1]. По статистическим данным,
большая часть угольных шахт Кузбасса отнесена к сверхкатегорным и
опасным по внезапным выбросам угля и газа. Добыча угля на данных шахтах
сопровождается применением различных способов дегазации (барьерной,
предварительной, купола обрушения и т.д.) путем бурения огромного
количества дегазационных скважин, что влечет за собой большие временные и
финансовые затраты. Однако при проведении геологоразведочных работ в
соответствии с установленными методическими рекомендациями [2] в целях
изучения геологического строения месторождений бурится большое
количество разведочных скважин. Плотность разведочной сети может
составлять от 8 до 24 скважин на 1 км2. При соответствующем
переоборудовании большая часть этих скважин может быть использована для
производства заблаговременной дегазации угольных пластов с высокой
природной газоносностью еще задолго до начала добычи угля.
Актуальность данной работы заключается в решении научной задачи по
совершенствованию геологического изучения, а также созданию эффективной
технологии дегазации угольных месторождений за счет разработки методики
переоборудования геологоразведочных скважин с целью обеспечения
безопасной добычи угля подземным способом и рационального освоения
недр.
Степень разработанности. Проблемы горнодобывающих предприятий,
связанные с газоносностью угольных месторождений, изучаются многими
научными институтами России. Однако сложность горно-геологических
условий и процесса добычи угля, сопровождающегося обильным
газовыделением, требует постоянного совершенствования методов их
изучения для оптимизации освоения данных месторождений.
Успешной работе автора в формировании своих предложений
способствовали научно-исследовательские работы Н.П. Агеева, П.Г. Агеева,
А.И. Гресова, А.С. Десяткина, С.С. Золотых, Б.М. Зимакова, К.С. Коликова,
О.Е. Казанцева, Н.В. Ножкина, В.Г. Натурова, М.В. Павленко, Л.А. Пучкова,
С.В. Сластунова, В.В. Стрельченко, О.В. Тайлакова, В.Т. Хрюкина,
М.П. Хайдиной, В.О. Яркова и других научно-производственных работников.
Анализ результатов ранее выполненных исследований горно-геологических и
горнотехнических условий добычи угля подземным способом, а также
экологической обстановки в Кузбассе позволяет обосновать необходимость
разработки новых технологий, направленных на совершенствование
геологоразведочных работ, дегазации метаноугольных месторождений и
развитие комплексного освоения недр.
Объектом исследований является сеть геологоразведочных скважин,
предназначенных для изучения геологического строения угольных
месторождений с высокой природной газоносностью.
Предметом исследований является технология многофункционального
использования скважин путем переоборудования геологоразведочных
скважин для производства заблаговременной дегазации угольных пластов.
Идея работы заключается в проведении геологической разведки и
дегазации угольных месторождений за счет создания (разработки) технологии
бурения многофункциональных разведочно-дегазационных скважин
Цель работы – оптимизация процесса геологического изучения и
дегазации угольных пластов, проектирования и разработки угольных шахт
путем совершенствования конструкции геологоразведочных скважин.
Задачи. Для достижения поставленной цели в процессе работы
необходимо:
– изучить состояние нормативной базы применяемой при изучении
природной газоносности угольных пластов и составлении проектов
геологоразведочных работ (далее ГРР);
– исследовать направления развития угледобывающей отрасли и
государственной поддержки предприятий по добыче метана из угольных пластов;
– выполнить анализ объемов добычи угля, относительной газообильности
шахт и выбросов метана в атмосферу по Кузнецкому бассейну;
– изучить горно-геологические и горнотехнические условия добычи угля
подземным способом и другие факторы, оказывающие влияние на определение
объема газовыделения в выработанное пространство при отработке
месторождения;
– разработать технические и технологические решения по переоборудованию
геологоразведочных скважин в скважины разведочно-дегазационного назначения
с целью проведения заблаговременной дегазации шахтных полей с высокой
природной газоносностью.
Настоящая диссертация является научно-квалификационной работой, в
которой решается научная задача по совершенствованию геологического
изучения угольных месторождений и их отработки с учетом бурения
многофункциональных скважин с целью обеспечения безопасных условий
добычи угля и рационального освоения недр. В работе приведены результаты
широкого анализа технических и технологических решений по оптимизации
разведочных сетей и переоборудованию геологоразведочных скважин с целью
выбора определяющих направлений для производства заблаговременной
дегазации угольных пластов. Изложены научно обоснованные выводы об
увеличении количества выбросов метана в атмосферу при отработке более
глубоких горизонтов и изменении горно-геологических и горнотехнических
условий добычи угля подземным способом действующими угледобывающими
предприятиями.
В работе показаны существенные преимущества технологии дегазации
угольных месторождений за счет широкого использования многофункциональных
скважин, предназначенных для заблаговременной дегазации угольных
месторождений. Основные научные и практические результаты, полученные
автором, заключаются в следующем:
– в процессе работы выполнен анализ выбросов метана в атмосферу при
добыче угля в Кузбассе открытым и подземным способами. Выполненный анализ
позволил оценить горно-геологические и горнотехнические условия при разных
способах отработки угольных месторождений с точки зрения безопасности
отработки метаноугольных месторождений. На основании анализа установлено
изменение горно-геологических и горнотехнических условий добычи угля
подземным способом;
– доказано, что горно-геологические, экологические и экономические
условия добычи угля требуют совершенствования методики геологического
изучения, проектирования и отработки метаноугольных месторождений;
– на основе сведений о природной газоносности угольных районов
Кузбасса, теоретических исследований, включающих в себя анализ и обобщение
данных государственной статистики, баланса полезных ископаемых,
нормативных и литературных источников, а также публикаций научно-
исследовательских работ по проблематике исследований впервые научно
обоснована возможность производства заблаговременной дегазации с
применением переоборудованных геологоразведочных скважин;
– разработана конструкция геологоразведочной скважины и технология ее
переоборудования для производства заблаговременной дегазации угольных
пластов;
– предложен вариант оптимизации геологоразведочных, проектных и
производственных работ, направленных на создание возможности на стадии
составления проекта ГРР обосновывать расположение разведочных скважин с
учетом их переоборудования для производства заблаговременной дегазации;
– методом аналогии выполнен сравнительный анализ эффективности
применения многофункциональных скважин для безопасного освоения угольных
месторождений с высокой природной газоносностью;
– установлена экономическая целесообразность переоборудования и
многофункционального использования разведочно-дегазационных скважин;
– доказано, что переоборудование геологоразведочных скважин в
разведочно-дегазационные позволяет более рационально использовать период
времени строительства угледобывающего предприятия на проведение
заблаговременной дегазации угольных пластов, так как ее эффективность во
многом зависит от времени эксплуатации скважин.
Полученные результаты работы представляют интерес для пользователей
недр, геологоразведочных и проектных организаций, деятельность которых
направлена на изучение геологического строения, проектирование и отработку
угольных месторождений с высокой природной газоносностью.
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.5 (330 отзывов)
4 (15 отзывов)
5 (158 отзывов)
4.8 (9 отзывов)
4.8 (17 отзывов)
5 (8 отзывов)
5 (18 отзывов)
4.3 (248 отзывов)
4.9 (37 отзывов)
