Министерство угольной промышленности СССР

ВОСТОЧНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВостНИИ

Методика

ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ВАРИАНТОВ И ПАРАМЕТРОВ РАЗДЕЛЬНОГО ИЛИ СОВМЕСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ДЕГАЗАЦИИ И УВЛАЖНЕНИЯ НЕЗАЩИЩЕННЫХ ВЫБРОСООПАСНЫХ ПЛАСТОВ

Кемерово

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности

ВостНИИ

МЕТОДИКА

ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ВАРИАНТОВ И ПАРАМЕТРОВ РАЗДЕЛЬНОГО ИЛИ СОВМЕСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ДЕГАЗАЦИИ И УВЛАЖНЕНИЯ НЕЗАЩИЩЕННЫХ ВЫБРОСООПАСНЫХ ПЛАСТОВ

Кемерово I960

10

отбярегг бороздовые пробы угля согласно ГОСТ 3249-46 иля ГОСТ 9815-61, для которы. производят лаборвторны!» анализ на влажность согласно ГОСТ ПЭ14~о4)*

VL, определяют анализом на влажность проб угля, взятых в 10-20 см от скважины после опытного нагнетания воды. Для углей средней степени метаморфизма величину Wma« можно принимать равной 8%.

Wrna» я iWrne. оиределяют НО фОДОПМ)

aVm=6-Wo % ;    (б)

A^/ma* ⁼Ww«i ^ .    (б)

Величины ,6 н Г определяются по результатам опытного нагнетания воды в скважину до дегазации на данном или соседнем участке того же пласте. После опытного нагнетания отроится осреднении 8 график (рю.1,а) завясвмостя удельного суммарного расходе Q (объеме 38каченной роды не X м длину скваг;пш,У³/м) от чистой продолжительности (исключая перерывы! нагнетания 1ио. Затем по опятым о итого Грефов точкем строится второй график (рио.1,6) зависимости в*^ж1^(1ио) в масштабе hfi/tr * X ч. По конечным точкам второго графика строится касательная, отсекатвя на соях 1м в и Q² отрезки С (J По величинам этих отрезков определяется коэ^фьгиенты fio и 6 согласно формулам:

.    <⁷>

S’ ='[$'    •    О)

(Jb определяется    по данным опытного    нагнетания    воды через    скважину, перебуриваютую пласт вкреот наслоения,    согласно формуле

9-—

где R_e выбивается в пределах:

R, < Рио < 0,2    Н.    (ТО)

a

II

Рис.I. Схема определения гидравлических параметров и 5 во результатам одутлого па гнете яия:

"" а - динамике удельного су*?«рного расходе Q ъо времени £ ; б - то *е, квадрата удельного расхода Q^i ^ - продолжительность не пре ри в-ного нэгнетания воды в опытную сквятту

12

монет быть выбрано в тех же пределах, что и Гх.о ,но ближе ч верхвеку пределу 0,2.

У принимается жъ условия обеспечения плановой добычи угля учаотком I шахтой.

fij* принимаются с учетом технических и организационных возможностей участке (шахты).

у,,х, е>:,ь;,Б,,г,ч„%,%,0,.я*.м,

А',, А',,А,,А,, Э*, Э', Э, , Э,,П определяете.'! акон^

мяческой службой шэхть или производственного объединения с учетом принятых тарифов, норм, ресцонок, стоимости оборудования и материалов и необходимых объемов работ в конкретных условиях.

4. КОЗШШЕНТЫ, ВХОДЯЩИЕ В РАСЧЕТЫ

Для упрощения г~юцесса расчетов введены коэффициенты,отражающие многократно повторяющиеся сочетания отдельны : характеристик я параметров (табл.2).

Таблица 2

1 Коэффициенты и расчетные формулы	Ра «.арность	!Чнсленные 1значения но (участкам II блока!)
. - .. X !	2	! 3
	руб-м
С;=2[£(Б;оН<+М*Г+А:кт с; --[^(Вг^+б^м+г+а;*	пуб- М2
♦ А^-(в:>з:ши	губ
г Д М, + :)5	руб/оут
С	РУ6/-.УТ

13 _Прмюдюиц    ика.2

I 1 ? ! . 3 q —&a-^ ft u‘ 0**h) сут/м Па4р. a< 2?рЬ(***Я) сут/м2 сут/м2 a‘ щл^Ржг a‘*“ т4г~ сут/м2 а, iB-^г.ЮХ. 1 24J3. П сут.м-кгс/ом2 П _ (Рил'Го^Ж. 1 сут-м^-кго/см2

^{а? = еут}-*^го/с^^{! а}**^1 1^{0' ^1/м2 а; =*,ш[-pMir а /<У 1/«⁴

^{L u} Л V/«,, / ^j

15

Для случаев различного соотношения мощности пласта и расстоя*-ния между скважинами, а также для различных технологически возможных схем расположения профилактических скважин эта задача может быть сформулирована следующим обрезом.

вначале находится наименьшее значениеС(уФункции C(fyj(PiR), выражающей экономические затраты на профилактическую обработку участка (блока) пласта при совместном применении дегазации и увлажнения в допустимой области изменения Р и Я .

Для скважин, расположенных по наслоению пласта, значение

Cq.j)mtn и соответствующие значения    R    находятся    с

помощью ЭВМ по составленной заранее программе минимизации фикции

С(з->)(РД)=с₁-^₁ + С₂{^С₅{|+П(ЬЧ|Н^ игв.    (ц)

при огоаничениях:

м)

б^Р^Ро КГс/см²;

WWi*T ^су^т

или функции

С(|*з)(Р,Я)=С^+    доб.    (12)

при ограничениях:

2m<fc620 м;

6 i Р 6 Я> кгс/см²;

l,*l,4,*T cyt.

где р - давление газа в пласте после его дегазации,кгс/см^;

R - расстояние между сквэжинарл! (по наслоению пласта),м;

~ продолжительность дегазации;сут;

(уДу - продолжительность увлажнения,сут;

- продолжительность бурения скважин ,сут.

Для скважин, расположенных вкрест наслоения пласта, значение Ciq.,)** ч сзотчетствувсие г:чччв!зм Р, РД,,Ц _я ( тчкич •«-

да 622.831.Э22:(622.807.4+622.831.325.3)

".'Летодаха..." составлена на основание выполненных институтом ЬостНИИ в 1976-79 гг. исследований по установлению области раздельною или совместного применения и экономической оптимиеациа вариантов и параметров региональных способов дегазации и увлажнения незащищенных пластов для предотвращения внезапных выбросов угля и газа.

"Me .дика..." предназначена .идя использования проектными ю.~ ститутами, ироектными конторами up нзволственыых объединений по добыче угля, техническими отделами июхт я участками профилактических работ по технике безопасности под методическим контролем ЬостНИИ. "Методика...** одобрена производственным* объединениями "Прокопьевскур" ть^н ■ "Куебасоуголь".

Ответственный за выпуск кьнд.гехп.наук В.У.Пузырев Составители: кавд.техк.неук В.Н.Пузырев, В.С.Черкасов,В.НДаяин

Редактор Г.А.Оле?/Пскове. Корректор Д.фД'уиявэ-Квятковсгстя Технолог А.М.Чигарег

ОП 02786. Кемерово. Ротапринт ЧостНЕИ. «Формат 60x84 I/X6 Объем 1,95 ги-кад.л. Тарах 370 ека, 8екае »1?3 . 1960г.

3

ьовдз шсдаш

1.1.    кзт'щика экономической оптимизации вариантов и параметров раздельного или совместного применения региональных способов дегазации и увлажнения пластов д*я предотвращения внезапных выбросов угля и газе используется на незащищенных выбросоопасных и угрожаемых шахтопластах ниже критической глубины появления выбросов, установленной для данного бэссейна месторождения или района, шахтного поля, шахтошгаста или его крыла.

1.2.    Схемы и технология дегвзацик неэеииг >шшх выбросоопас-иых и угрожаемых шахтопластов должны выбираться в основном в соответствии с "Руководством нс дегазации угольных шахт" издания 1975 г. Схемы и технология увлажнения таких шахтопластов принимаются в основном в соответствии о разделом 17 "Инструкции ао безопасно^ ведению горных рбот на пластах, склонных к внезапным выоросам угля, породы и гава" (Приложение к разделу

5 главы П "Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах") издания 1977 г.

Б отличие от указанных нормативных документов настоящая методика позволяет устанавливать область раздельного ’/ли совместного применения спосооов дегазации и увлажнения выбросоопасных и угрожаемых шахтопластов ж оптимальные (с учетом обеспечения минимума экономических затрат и осуществления профилактических работ в технологически приемлемые для вахты сроки) вариант и параметры указанных способов для любой мощности гласта н любой схемы расположения профилактических скважин относительно эго наслоения.

Условиями эффективного применения указанных способов являются снижение давления гав- в пласте до невыбрососпасного значения 6 кгс/см* (для одной дегаизшиО млн повышение влажности угля до 62 (для увлажнения, ь том числе и после предварительной дегазация пласта).

1.3.    Наиболее потенциально выбросоопасные зоны крупных дизьюькТибчых. на рутений, в особенности с разрывом сплошности пластов, целесообразно тотько дегазировать z не звкачжва.* в них воду, поскольку высока вероятность, что вода уйдет в крупные трещины, не обводнив угольный пласт равномерно до требуемого предела.

1.4.    При отсутствии крупных дизъюнктивных нэрулений, но в случаях, когда в пласте преобладают поташшвльно выбросооазс-

чые внутркиластовые послойные тектонические нарушения, приводящие к образованию на рушэнных тектонических структур угля (брвкчиеыщ-ной, ланаови.яноЧ, вбмлкото-8срнястой и землистой,см.табл,4 и -»ио.4 "Инструкции..." указанной в разделе 1.2), дегазация предпочтительна при возможности Оурения скважин с подъемом на восстание для устранения влияния воды, снижающей газоотдачу угольного массива, при условии длительного сохранения скважин в эксплуатации Воли давление газа в пласте высоко и снижение его до безопасного предела в приемлемые для шахты сроки дегазацией невозможно, целесообразно сочетать предварительную дегазацию с после*увджм увлажнением пласта через одни и те же свежины. При этом следует иметь в виду, что снижение давления газа в пласте за счет дегазации ус-оряет процесс последующего его увлажнения.

I.u. Нисходящие скважины, например пробуренные с подготавливаемого венти. щионного горизонта или из откаточного игреке, или кв кверашга на действующем откаточном горизонте задолго до начала подготовки нижнего горизонта, пр! отсутствии крупных дизъюнктивных нарушений целесообразно иепольвоввть только для увлажнения иласта, так как эти скважины, в результате заполнения их во-вой, при дегазации дают низкий дебит газе.

1.6. Более точное решение вопросе о том, в каких случаях с учетом имевшегося времени на исдготоьку участка к эксплуатации и расходования минимума экономических затрат на профилактику пласта следует применять гегеваиию,увлажнение или дегазап ю с последующим увлажненрем, осуществляй -ся путем установления оптимального варианта применения дегазации и увлажнения и ос*имелъных параметров этих способов (расстояния между профилактическими скрожи-нь.я и продолжительности профилактической обработки плвстя). Оптимальный вариант и оптимальные параметры определяются иэ решения соотьвтству^ей задачи оптимизации. При решении задачи используются исходные денные; геометрические и физические харяк-тврт тики обрабатываемого участка пласта и профилактических скважин, удельные аатраты на выполнение различных операций профилактических работ я др.

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ

Дя установления экономически оптимального вариояте раздельного клж совместного приме зния дегазации и увлажни пн незащищенного ьыброзоопесного пласта и оптимальных параметров этих

способов необходим исходные данные, приведенные в тобл.1.

Таблица I

Исходные данные !Обоз на-!Числе иное {чение 1 значение ! I Размерность I \ 2 ! 3 1 4 Длина обрабатываемого участке (блоке) по простиранию пласта L м Наклонная высота обрабатываемого блока (по падению) к м Мощность пласта (средняя в блоке) пг м Глубина от земной поверхности до нижней границы блоке н м Длина профилактических скважин по углю (при бурении по наслоению пласта): полная i м Фильтрующая (полезная) м Средняя .длина скважин при бурении вкрест наслоения: по породе L,f м по углю trcp м Коэффициент расположения скважин г N Число одновременно увлажняемых скважин п Удельный вес вышележащих пород Гп тс/м3 Удельный вес угля г. тс/м3 Выход летучих из угля Vr rf /• Константы сорбции угля: предел сорбции а м3/т константа цавле;гия Ь СМ2/кгi Начальное (природное) давление п кгс/otc газа в пласте р. Начальное удельное г/етановыделе-иие в скважину при свободном истечении (начальный дебит I м^/м.сут фильтрующей части скважины) Коэффициент влияния разряжения (вакуум'») -

Продолжение таблЛ

4

!    2    1    3_!

Влажность угия:

природная

максимнльно вовмаглея для данного угля

Прирост влажности угля: необходима

МБПСИМвЛЬНО ВОЗМОЖНЫ*

Коеф^чшиент скорости ьсуонэошэ-нкя угля при опытном нагнетании

Масштаб расхода г-'цы

Удельный темп опытного шзгнета-над воды (дтя оквожад.перебури-В8ПЦ2Х пласт вхрост нзслоония,

взамен величин jU и S )

Давление вода при ог твои йегнете пня

Рабочее давление вода при увлажнения пласта

Теологически допустимая поодоч-жстельяость п; филэктсгчеоко!* обработки участка пласта

Число рабочих смой в сутки ггра буре»ли скважин:

по углю

ао переде

Число одноврекенно реботвиенх буровых установок

Комплексная ьоржз выработка при буре:шп охват (студневзвезенная, с учетом учеяк.лгад нормы по глубино бурения):

по угдр

по породе.

Затрет* времени нэ гегметнвацию одро" сквг.жинн

Затраты по ваработной плате: при бурлти скважин

ни углю

по аороде

We	%
W_	%
AWh	%
	%
I-	1/ч н8/м
	М3/м.ч
Р«	кгс/см^
Р8	кгс/см2
Т	оут
*«.	смеч/сут
Пщ	смея/сут
•Ч,	-
у/	м/смену
Д,	м/смену
t,	сут/скв.
В?	руб/смену
б;	руб/смону

JL_2_J__2_si

при перемещении и установке

бурового оборудования длг буреНИЯ НОРОЙ СКВ8ЖЯНЫ Б, ,76/скв. при герметизации скважин Г руб/скв. при нагнетании воды У.- руб./сут на ремонт оборудования для нагнетания роды Уа руб./сут на доставку,монтаж и демонтаж оборудования для нагнетания воды У, РУ . на достатку, монтаж и демонтаж дегазационного газопроводе д. руб. на оемонт и обслуживание дего8ацконнс газопровода (ьа участке) л. руб./сут Стоимость материалов для гссмети-8апни скважин м руб./скв. Затрети на амортизацию оборудо-зния: для бурения скважин || по углю А, руб./скв. по породе А* руб./скв. для нагнетания воды А, руб./скв. для дегазации надета (на участке) 8атреты на энергию приводе: А руб./смену при бурении скважин а! по углю ь руб./смену по породе эг руб./смену при нагнетании воды -i руб./сут при дегазации (на участке) э. руб./сут Затраты на поддержание выработок по пласту, из котеппа производится его профалакпнеская обработка л руб./сут

4

3. ПОЛУЧЕНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Исходные данные дли расчетов ословльного вариак-э раздельного иди совместного применения дегазепжи I увлажнения ке за акне иного и*-бросоопзсного пласта и его остжмальных параметров определяются ель-

a

дутара» обрезом.

Величины £,    берутся    из    планов    развития    горных работ с

учетом матзрк. .ов геологячесисЛ разведки.

I принимается в соответствии с пленом развития горных работ,проектируемой схемой взаимного расположения подготовительных выработок на участке и возможными схемами расположения скважин для дегазации (увлажнения) пласта. Величине I зависит от величины А, гипсометрии пласте, возможностей буровой техники, наличия соседних выработок к расстояния между ними. Если скважины бурятся в одном направлении (только по падению, восстанию иля простиранию), то конго скваждн должны выходить на 5 м за контур выработки, которая будет проходиться впоследствии параллельно выработке, из которой производится бурение. Вели такая параллельная выработка уже пройдена, то кочпы скважин должны отстоять от ее контура на 10 м. Вели скважины бурятся навстречу друг другу из параллельных выработок, то концы должны располагаться на одной линии, чередуясь в шахматном порядке.

If равна I ва вычетом длины герметизации (10 м).

принимается равной аолуэу|**е определенных графически расстояний от места бурения (устья скважин) до блядаЗшей и наиболее уделенной точки обрабатываемого блока (подусу>лла длин самой короткой к самой длинной скважин по породе).

принимается равной полусумме определенных графически наименьшей и наибольшей протяженности скважин по углю.

*1 принимается равным I при бурении скважин на восстание пласта ■ 1,26 - при бурении по простиранию пласте.

М принимается в соответствии со средней производительностью насосной установки (или группы установок, размещенных в одной выработке) r<j_M и удельным темпом опытного нагнетания воды в скважину с учетом ео фильтгуивей длины If , т.е.

п =    •    (D

Гл м J~_v устанавливаются по данным лабораторного анализа (ГОСТ 2160-75) проб пород я угля ив геологоразведочных скважин. При отсутствии ух8ванных проб или результатов лабораторных определений можно принимать р, - 2,6 тс/ы^а, р, « 1,35 тс/м⁸.

Vr, Д н & устанавливаются по данным лабораторного а.шлива (ГОСТ 63Я2-76) про' угля из геологоразведочных скважин или принимаются по каталогу матяноемкб^ти углей бассейна (месторождения).

9

Пои отсутствии в каталоге величин 0* и 8 для данного пласта принимают указанные величины вля одного из сосед лх плэстов с близкие значением.

ft определяется на основании измерений по разведочным скважинам на данном или соседнем участке па уровне нг’яей границы обрабатываемого блока. Замеренное значение ft проверяется путем сопоставления с величиной ft , рассчитвН’")# по эмпирическим ^ojv мулам, пошитым ля данного бассеЯ.ш, месторождения, района или шахтного поля.

Для Прок^пьевско-Киселевского района Кузбасса В можно рассчитать по Формуле

R *КЛ(н-н.)^{а кгс/см2}.    «)

где Кп - в зонах -акрытых антиклинальных складок равен 0,7;

для пластов, вводящих под наносы, при неотработанном верхнем горизонте - 0,5; для пластов, выходящих под наносы, ори отработанном верхнем горизонте -С,4;

Но - глубина зоны газового выветривания,

Если замеренное значение ft ьоныае расчетного, принимают расчетное значение ft *

jo определяется путем измерений двух значений скорости га-зовыделения из скважины в различные промежутки времени после окончания ее бурения, например через I и 24 ч и послсдутпмяд расчетов по формуле

где

I = AiLT к.Si 1,„    (4)

t₂ -t<

Qj Qj - соответственно перги? и второ? значения скорости то-<f ^г о выделения из скважины,м^а/ч;

il t i 2 - соответственно первый и второй интервалы времени изменений, ч (например, * I, t₂ « 24).

'л.а - ярИ''Т**эют ровным I jjw Зочкутг'оиого мссто^тч»дечкя ¹ж Донбассе), а для Карегакдинсксго беесвйаа к Кузбасса - 1,25.

w. принимают дамой средней кл шостж угля не дз»»чо" «ж яа соседнем неуплежкенном участке того же пласта (в забоях шраб гое