Понедельник, 14 июня, 2021

Технология плазменно-импульсного воздействия для дегазации углей

текст: Сергей Ширяев, Петр Агеев, фото: suek.ru

Инвестпроекты

Концепция развития угольной промышленности до 2035 года в России предусматривает дегазацию угольных пластов до безопасного уровня до начала эксплуатации.

ООО «Распадская угольная компания» совместно с ООО «Георезонанс» вот уже на протяжении 4-х лет ведет опытно-промышленное внедрение технологии плазменно-импульсного воздействия (ПИВ) для заблаговременной дегазации углей марки ГЖ, Ж на Ерунаковском каменноугольном месторождении (филиал «Шахта «Ерунаковская-VIII») и углей марки К на Ольжерасском каменноугольном месторождении (шахта АО «Распадская-Коксовая») с газоносностью угольных пластов 20–25 м3/тонну.

Технология ПИВ для заблаговременной дегазации угольных пластов 48 и 45 марки ГЖ, Ж показала высокую эффективность. Достаточно сказать, что с марта 2017 по март 2021 года из 14 скважин, которые последовательно вводились в эксплуатацию по мере их бурения на расстоянии 120 метров друг от друга, извлечено 17,067 млн м3 метана чистотой 97,41%. Это позволило, по предварительным оценкам специалистов (ООО «РУК»), снизить природную газоносность угольных пластов в контуре лавы 48-9 с 24 до 14 м3/тонну.

Угли марки ГЖ, Ж, занимающие промежуточное положение между бурыми углями и антрацитом, насыщенные свободной водой (влажность угольного пласта 48 составляет 1,18%, угольного пласта 45 – 1,28%), являются идеальными для применения технологии ПИВ с целью заблаговременной дегазации и добычи метана.

Потому что вода, насыщенная газом, является рабочим агентом, принимающим участие в процессе растяжения-сжатия среды. А это позволяет создать объемную (вторичную) проницаемость и перевести значительную часть газа из сорбированного и растворенного состояния в свободное с последующим отбором метана через пробуренные с дневной поверхности скважины, в которых проводилось воздействие.
Практика работы подтвердила, что системы природных трещин, кливажи в угольном пласте, связанные искусственно созданной с помощью ПИВ сетью микротрещиноватости, являются основным наиважнейшим каналом фильтрации флюида и метана к скважинам.

Стало очевидным, что при созданной развитой объемной вторичной проницаемости такие факторы, как тип углей, категория, метаморфизм, будут играть второстепенную роль для фильтрации метана.

Показатель влажности свидетельствует об отсутствии свободной воды в угольном пласте, а сам уголь марки К насыщен связанной водой, которая удерживает газ в порах и капиллярах, в связи с чем «уголь плохо отдает метан» скважинам пластовой дегазации. А это приводит к 27% временных простоев из-за проветривания.

Проблема заключается в том, что связанная вода оказывает большое влияние на процесс тепломассопереноса, прочно удерживается в тонких микропорах, капиллярах и микротрещинах и к тому же обладает повышенной вязкостью, она не подчиняется обычным законам фильтрации.
Связанная вода сильно влияет на прочность и деформированность любой горной породы. И только в случае ее «сдвига» в угольном пласте можно понизить поверхностную энергию в капиллярах минералов и тем самым облегчить развитие механических микротрещин, особенно в тех случаях, если порода находится под напряжением.

По этим причинам заблаговременная и даже опережающая дегазация углей марки К с помощью применения традиционных технологий, включая VLD-1000, весьма проблематична.

Как уже отмечалось, рабочим агентом при ПИВ является насыщенная газом свободная вода, которая отсутствует в углях марки К. А для того чтобы включить в работу связанную воду с помощью ПИВ, были проведены дополнительные стендовые испытания, геофизические и микросейсмические исследования, а также внесены существенные поправки в методику воздействия.

В частности, перед применением ПИВ был разработан и утвержден план воздействия, по которому десятиметровый угольный пласт по вертикали был условно разбит на фракталы по 0,25 метра каждый.

Количество периодических импульсов одинаковой мощности, разнесенных на равные промежутки времени в каждом фрактале, значительно увеличено таким образом, чтобы воздействие максимально соответствовало закону наращивания масштабов локализации деформационных процессов, а накопление малых возмущений оказывало существенное влияние на вовлечение связанной воды в работу, снятию поверхностной энергии в капиллярах и развитию микротрещиноватости.

Разработчики исходили из того, что при выбросе плазменной энергии возникает ударная волна сжатия. В соответствие с уравнением Ван-Дер-Ваальса «процесс перехода давления из точки в точку в жидкой среде обусловлен перемещением объектов этой среды по тем же точкам, по которым распространяется волна». Затем происходит обратный процесс растяжения среды к источнику возбуждения, которого вполне достаточно для эволюции геологической структуры. Известно, что уголь разрушается не при приложении нагрузки, а при ее снятии.

В итоге плазменно-импульсное воздействие привело к «сдвигу» связанной воды по всей мощности пласта. В результате произошла переполяризация и снятие поверхностной энергии в капиллярах, при этом легкая фаза – газ – стала замещать тяжелую – связанную воду.

Таким образом, удалось вовлечь связанную воду в работу и создать благоприятные предпосылки для расширения депрессионной воронки и фильтрации газа к скважине.

Уголь марки К достаточно быстро стал отдавать метан, при этом уже через два месяца скважина вышла на устойчивый режим эксплуатации с дебитом 780–820 м3/сутки. По состоянию на 1 апреля накопленный объем извлеченного чистого метана составил более 65 тысяч м3.

Необходимо отметить, что формирование депрессионной воронки в углях марки К происходит гораздо медленнее, чем в углях марок ГЖ, Ж, а фильтрация к скважине по мере расширения газодинамической эрозии угольного пласта за счет инициированной ПИВ самомодуляции идет скачкообразно в виде периодических выбросов, что обусловлено спецификой этих углей.

Опыт применения технологии плазменно-импульсного воздействия (ПИВ) для заблаговременной дегазации углей повышенной твердости с низкой влажностью и проницаемостью свидетельствует о перспективности этого направления работы для обеспечения безопасной работы шахтеров.
Для создания общей депрессионной воронки и максимального извлечения метана с учетом специфики углей марки К скважины заблаговременной дегазации должны располагаться на расстоянии друг от друга не более 50–70 метров.

Повышенная проницаемость после заблаговременной дегазации позволит более эффективно применять скважины пластовой дегазации.
Значительно сократится время простоя шахты на проветривание, что, в свою очередь, повысит экономическую эффективность добычи угля.

spot_img

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here

spot_img

Новости

Производитель ДЗРА презентует современные пункты распределительные рудничные ПР-99

Электрическая схема распределительных шкафов ПР-99 предусматривает возможность оснащения данного устройства отдельным комплектом автоматических выключателей, и также применения способа трансляции данных на удаленные устройства с помощью протокола Modbus RTU.
spot_img

Читайте также:

spot_img