Дегазация угольных пластов реферат
Обновлено: 14.06.2024
Разработал: ст.гр. ПД-041
Проверил: проф. Мирошников А.М.
Кемерово 2017
1. Метан дегазация угольных пластов…………………………………………. 4
1.1 Критерии применения дегазации и ее эффективность……………. ……. 6
1.2 Извлечение (дегазация, добычи) метана из угольных пластов в России………………………………………………………………………. ……9
2. Основные факторы добычи и транспортировки….…………………………13
2.1 Особенность метана и его опасность….……………………………………13
2.2. Экологические последствия и профессиональные заболевания..………..14
3. Причины и возможные методы предотвращения взрывов метана и пожаров в шахтах России …………………………. ……………………………………..15
Заключение……………………………………………………………………….18
Введение
Процесс дегазации, с помощью которого извлекается шахтный газ, изначально развивался в целях повышения безопасности угольных шахт. При подземной добыче угля угольной компании приходится бороться с шахтным метаном, который выделяется в процессе разработки угольных пластов. Так как метано-воздушная смесь является взрывоопасной при концентрации метана от 5 до 14%, угольной компании необходимо принимать соответствующие меры, чтобы избегать опасного диапазона.
До середины 1970-х годов общепринятым способом борьбы с метаном было проветривание горных выработок с помощью больших объемов воздуха. Однако с развитием подземного способа добычи и разработкой более метаноносных угольных пластов использование одной лишь системы вентиляции стало недостаточным. Введение заблаговременной дегазации посредством бурения дегазационных скважин и вакуумного отсасывания позво лило снизить нагрузку на системы вентиляции и дополнительно повлекло за собой увеличение производительности угольных шахт. Дело в том, что при неэффективной вентиляции приходится приостанавливать добычу угля всякий раз, когда доля метана в воздушной смеси приближается к взрывоопасному уровню. Адекватная система дегазации позволила значительно снизить время подобных простоев и свести к минимуму количество чрезвычайных происшествий на шахтах.
Развитие технологии также облегчило задачу дегазации угольных шахт. В зависимости от геологических особенностей пластов дегазация может проводиться посредством бурения вертикальных скважин в неотработанные и отработанные участки или горизонтальных и наклонных скважин из шахтного пространства. Накопленный опыт в изучении метаноносных пластов позволил лучше адаптировать систему дегазации к конкретному резервуару и повысить эффективность производимых операций.
Дегазация шахт, мероприятия по отсосу, сбору и выводу из подземных горных выработок на поверхность рудничного газа или газо-воздушной смеси. Вывод газа из шахты производится по проложенным в горных выработках трубопроводам или по буровым скважинам, соединяющим выработки с поверхностью.
Дегазация шахт применяется для уменьшения поступлений метана из угольных пластов и пород в горные выработки и облегчает проветривание шахты, полностью прекращает или значительно снижает простои выемочных (добычных) участков из-за загазирования выработок; позволяет применять в газовых шахтах электроэнергию вместо менее эффективной пневматической энергии; повышает производительность труда рабочих и безопасность ведения горных работ в газовых шахтах и при определенных условиях предотвращает полностью или частично (снижает интенсивность) необычные газопроявления -суфляры, внезапные выбросы угля и газа и т.п.
Дегазационные системы состоят из дегазационных горных выработок или буровых скважин, шахтных газопроводов с защитными устройствами, дегазационных установок, регулирующей, регистрирующей и защитной аппаратур и устройств, а в случаях утилизации каптируемого газа -- также и газопровода к потребителю (оборудуются на поверхности шахт и состоят из вакуумнасосов или ротационных воздуходувок с неискрящими лопатками, обеспечивающих движение газа в дегазационной системе, приводов к ним и аппаратуры, регулирующей и контролирующей работу машин и приводов).
Применение дегазации шахт привело к созданию новой технологии разработки газоносных угольных пластов, которые в ряде наиболее газоносных месторождений разрабатываются комплексно с учётом попутной добычи метана.
Предварительная дегазация разрабатываемых угольных пластов;
3 Отсос концентрированных метановоздушных смесей из выработанных пространств.
Предварительная дегазация шахт проводится до начала разработки угольного пласта и заключается в бурении параллельных скважин глубиной по 100-250 м и диаметром 80-120 мм через 10--25 м. Каждая дегазационная скважина через водоотделитель подсоединяется к шахтной сети газопроводов. Отсос газа из угольного пласта производится под разрежением до 13,5--27 кн/м2 (100--200 мм pm. cm.) в течение длительного периода времени (свыше 100--150 суток).
При дегазации смежных угольных пластов используется эффект частичной их разгрузки от горного давления, способствующий переходу сорбированного этими пластами метана в свободное состояние. При этом способе дегазации скважины бурят из горных выработок до смежных пластов, залегающих выше и ниже разрабатываемого пласта на различных расстояниях, не превышающих радиус эффективной дегазация шахт скважины подсоединяются к газопроводной системе. При отсосе газа из выработанных пространств они тщательно изолируются перемычками и воздухонепроницаемыми (например, из породы с различными уплотнителями) полосами от действующих горных выработок и при помощи шахтных газопроводов производится отвод газа с высоким содержанием метана, скопившегося в пустотах, образованных между обрушившимися кусками пород.
Сущность метода управления газовыделением в угольных шахтах путем извлечения и вывода метановоздушных смесей из изолированных выработанных пространств заключается в тщательной изоляции выработанных пространств от воздухо-проводящих выработок с помощью специальных перемычек, породных полос и т. п. и в отсосе из них концентрированных метановоздушных смесей. Отсос газа производится через скважины, пробуренные в выработанное пространство, и через стальные трубы, оставленные в закладке или в специальных герметизирующих перемычках. Изолирующие перемычки и породные полосы для большей воздухонепроницаемости иногда усиливаются слоем глины или сланцевой инертной пыли толщиной 0,20-0,25 м. Разрежение в газоотсасывающих системах создается за счет общешахтной депрессии (малоэффективно), эжекторами, вентиляторами частичного проветривания с пневматическими двигателями, а также воздуходувками и вакуум-насосами.
Впервые промышленная дегазация шахт была применена в 1943 в Руре (Германия), а в СССР -- в 1952 в Донбассе. В 1970 применялась в 518 шахтах 15 стран с суммарным количеством каптированного метана около 3 млрд. м3 в год, в том числе на 156 шахтах СССР (свыше 750 млн. м3).
1.1. Критерии применения дегазации и ее эффективность
1. Критерием, определяющим необходимость выполнения работ по дегазации источников метановыделения, является повышение метанообильности выработок I сверхдопустимой по фактору вентиляции I в (без дегазации), то есть
где I - метанообильность выработки (фактическая или по прогнозу), м 3 /мин;
I в - допустимое по фактору вентиляции метановыделение в выработку без дегазации источников метановыделения, м 3 /мин;
v - скорость движения воздуха в выработке, м/с;
S - сечение выработки для прохода воздуха, м 2 ;
с - допустимая концентрация метана в вентиляционной струе, %;
с 0 - концентрация метана в поступающей вентиляционной струе, %;
k н - коэффициент неравномерности метановыделения; принимается согласно нормативному документу по проектированию вентиляции угольных шахт.
2. Необходимое значение коэффициента дегазации , доли ед., выработки (призабойного пространства лавы, выемочного участка или подготовительной выработки) определяется по формуле
3. Фактическая эффективность дегазации оценивается коэффициентом Кд, доли ед., дегазации, равным отношению величины снижения газообильности горной выработки за счет дегазации к газообильности выработки без применения дегазации:
где I' - метановыделение в выработку при применении дегазации, м 3 /мин.
При фактически измеренном расходе каптируемого метана величина коэффициента Кд может быть определена по формуле
где G д - суммарный расход (дебит) метана, извлекаемого на выемочном участке средствами дегазации, м 3 /мин.
4. Суммарное значение коэффициента дегазации Кдег нескольких источников метановыделения на выемочном участке, горные работы которого воздействуют на угленосную толщу или свиту угольных пластов, слагается из величин:
где п пл , п с.п , п с.н , п п - долевое участие в метанообильности выработки соответственно разрабатываемого пласта, сближенных подрабатываемых пластов, сближенных надрабатываемых пластов и газоносных пород, доли ед.;
k д.пл , k д.с.п , k д.с.н , k д.п - коэффициент дегазации соответственно разрабатываемого пласта, сближенных подрабатываемых пластов, сближенных надрабатываемых пластов и газоносных пород, доли ед.
Долевое участие i -го источника п i , доли ед., метановыделения в газовом балансе участка без дегазации устанавливается из отношения
где Ii - метановыделение на участке из i -го источника метановыделения, м 3 /мин;
I - метанообильность выемочного участка, м 3 /мин.
Значения п i , Ii , I устанавливаются согласно нормативному документу по проектированию вентиляции угольных шахт.
5. Коэффициент дегазации i -го источника метановыделения k д i , доли ед., рассчитывается по формуле
где G д i - дебит метана, извлекаемого средствами дегазации из i -го источника, м 3 /мин.
6. Контроль эффективности дегазации способа (схемы) осуществляется путем замера дебитов метана на скважинах, расчета фактического коэффициента дегазации и сравнения его с проектным значением.
При оценке эффективности комплекса способов (схем) дегазации выемочного участка определяются фактические коэффициенты дегазации каждого способа и комплексной схемы в целом.
Эффективность отдельных способов и схем дегазации источников метановыделения приведена в приложениях № 4, 6, 8, 10, 12, 14.
7. Эффективность работы дегазационной системы на шахте оценивается величиной коэффициента
где k - число дегазируемых подготовительных и очистных выработок;
j - индекс дегазируемого участка;
G д i - дебит извлеченного средствами дегазации метана на j -м дегазируемом участке, м 3 /мин;
- метановыделение в вентиляционную сеть на j -м дегазируемом участке, м 3 /мин.
Количество извлеченного средствами дегазации метана G д i , м 3 /мин, и газовыделение в вентиляционную сеть , м 3 /мин, принимаются по отдельно взятым участкам.
1.2 Извлечение (дегазация, добычи) метана из угольных пластов в России
С углем как нетрадиционным резервуаром связаны огромные ресурсы газа. В России только в Кузбассе они могут достигать 13 трлн куб. м, что сопоставимо с Уренгойским месторождением — одним из крупнейших в мире. Инициативы, направленные на стимулирование добычи метана из угольных пластов в настоящее время очень актуальны. Метан из угольных пластов необходимо извлекать любыми способами, так как его наличие является основной причиной взрывов на угольных шахтах. Пути решения проблемы – это метод заблаговременной дегазации угольного пласта через горизонтальные скважины, пробуренные с дневной поверхности. Применительно к шахтной добыче угля метод горизонтального бурения позволяет: осуществлять заблаговременную, предварительную дегазацию разрабатываемого пласта, организовать прогноз и контроль внезапных выбросов метана, проводить противовыбросовые мероприятия, осушать месторождения, повысить эффективность геологоразведочных работ.
Для реализации этих целей в Кемеровской области реализуются инновационные проекты по извлечению, добыче и дегазации угольного метана из угольных месторождений в Кузбассе. Эти строительные проекты являются одними из перспективных направлений в стратегии социально-экономического развития Кемеровской области. В ходе реализации этих проектов в богатой природными ресурсами России была открыта новая глава в горнодобывающей промышленности, позволяющая повысить безопасность труда шахтеров, улучшить экологическую обстановку и создать новые рабочие места.
1.3 Дегазация угольных пластов в Кузбассе
Кузбасс является уникальным угольным бассейном земного шара. Ресурсы углей в его пределах оцениваются цифрой около 600 млрд. т, по марочному составу здесь имеется весь известный спектр углей, от бурых до термоантрацитов. Указанному количеству запасов и ресурсов угля соответствуют ресурсы метана угольных пластов в количестве 13 трлн. м3 , а общий объём метана в Кузбассе, по различным оценкам, составляет 70–100 трлн. м3 . Огромные ресурсы газа Кузбасса заключены в угольных пластах мощностью от 0,1 до 10 и более метров и распределены в разрезе бассейна неравномерно. Наиболее высокая плотность ресурсов достигается на глубинах от 500 до 1800 м. Там же заключено основное количество газа. Длительный опыт промышленного использования шахтного метана в России и за рубежом убедительно свидетельствует о технической, экономической и экологической целесообразности комплексного подхода к разработке углегазовых месторождений. В Кузбассе действуют более 200 котельных, работающих на угле. Перевод этих котельных на комбинированное сжигание угля и метана позволит снизить ежегодные выбросы вредных веществ. Достоинством этого варианта утилизации шахтного метана являются низкие капитальные затраты и возможность перехода на сжигание угля при отсутствии газа, что значительно снижает технологический риск.
Еще одним из перспективных направлений утилизации метана является производство электроэнергии с использованием газогенераторов и газовых турбин с мощностью порядка десятка киловатт и нескольких мегаватт. Это позволит использовать метан для покрытия электроэнергии угольных шахт, а также поставлять ее излишки местным потребителям.
Другим возможным направлением является использования метана в качестве газомоторного топлива в компримированном или сжиженном виде, на базе существующих систем газозаправки и газобаллонного обору- дования. Для заправки транспорта компримированным природным газом используются автомобильные газонаполненные компрессорные станции (АГНКС) производительностью от 4 до 50 тысяч кубометров газа в сутки. Для условий Кузбасса наиболее предпочтительными являются модульные, блочно-контейнерные станции типа АГНКС БКИ-50 (20 заправок в сутки, давление 1-1,6 кг/м2 ), АГНКС-25 (25 заправок в сутки, давление 1,1–1,8 кг/м2 ).
Метан угольных бассейнов самостоятельное полезное ископаемое
метан – самостоятельное полезное ископаемое (генетически и пространственно сопутствующее углю), добыча которого может осуществляться самостоятельным газовым промыслом;
метан – попутное полезное ископаемое, извлечение которого осуществляется средствами шахтной дегазации при добыче угля, для обеспечения газобезопасности.
Следует отметить, что системная дегазация по предлагаемой двухскважинной системе в шахте Им. С.М. Кирова отличается от строительства горизонтальных скважин за рубежом, например, как в Австралии, Канаде или Китае, тем, что здесь после встречи стволов горизонтальной скважины с вертикальной скважиной, бурение продолжается. После осуществляется дегазация угольного пласта, простирающегося слева от скважины. Горно-геологические условия залегания угольного пласта таковы, что пласт вначале имеет угол падения 7°, затем угол выполаживается до 0° и снова возрастает до 3°. Таким образом, при бурении скважин, с учетом конкретных горно-геологических условий и возможности применения буровой установки соответствующей грузоподъемности, будет увеличиваться эффективность системной дегазации. Известно, что успешное (безаварийное, с высокими технико- экономическими показателями) бурение горизонтальной скважины в значительной степени зависит от правильно выбранного типа профиля, его параметров и параметров конструкции скважины.
Представленная система дегазации предусматривает строительство горизонтальных скважин по двум методам:
- бурение горизонтального ствола по пласту;
- бурение двух горизонтальных стволов, выходящих из основного ствола скважины, проложенные параллельно угольному пласту. Гидравлическая связь между ними устанавливается путем бурения боковых ответвлений от верхнего пласта до нижнего.
Предпочтение отдается второму варианту, как наиболее эффективному методу с точки зрения интенсификации дегазации пласта, так как боковые стволы будут способствовать снижению пластового давления, десорбции газа, увеличению оттока пластовой воды. Вместе с тем, применение этого метода из-за хрупкости породы (угля), в отдельных случаях, может резко ограничить длину горизонтального ствола, вплоть до невозможности ведения проходки скважины.
На входе и выходе наклонно-направленных скважин, из-за действия сил сопротивления движения колонн,в скважине возникают осложнения, ставящие под угрозу выполнение геологического назначения скважины.
Горизонтальные стволы проложены параллельно угольному пласту, на расстоянии по вертикали 4 м и под углом 45°.
Читайте также: