Выбор схемы и параметров увлажнения угольных массивов

Увлажнение угольного массива может осуществляться по скважинам, пробуренным параллельно очистному забою из вентиляционного или откаточного штреков, по скважинам, пробуренным перпендикулярно очистному забою из призабойного пространства лавы или проводиться по комбинированным схемам, предусматривающим бурение скважин параллельно и перпендикулярно очистному забою.

Достоинство схемы, предусматривающей бурение скважин, параллельных забою, состоит в том, что операции по увлажнению можно проводить одновременно с работами в очистном забое. Недостатком этой схемы является меньшая равномерность увлажнения и трудность бурения глубоких направленных скважин.

Схема, предусматривающая бурение скважин из призабойного пространства перпендикулярно очистному забою, не позволяет совмещать по времени очистные работы с работами по увлажнению. Вместе с тем при ее применении достигается большая равномерность увлажнения, а длина скважин не определяется длиной очистного забоя.

Выбор той или иной схемы увлажнения должен определяться горнотехническими условиями и наличием соответствующего оборудования.

К основным параметрам нагнетания относятся: глубина увлажнительных скважин, расстояние между ними, глубина герметизации, количество воды, подаваемой в пласт, давление и темп нагнетания.

При нагнетании по скважинам, параллельным очистному забою, их глубина определяется длиной лавы. При увлажнении по скважинам, перпендикулярным очистному забою, длина их (L) должна определяться с учетом необходимой ширины увлажненной защитной зоны (n), подвигания за один цикл (b) и количества выемочных циклов, приходящихся на один цикл увлажнения (r):

Ширина защитной зоны определяется условиями, изложенными в главе VI. Как показал опыт ведения работ в бассейне, во всех случаях защитная зона не должна быть менее 4 м.

Расстояние между скважинами зависит от их глубины. Так, исследования, проведенные Ю.А. Осиповым, показали увеличение радиуса распространения воды в пласт с ростом глубины увлажнительной скважины. Однако для получения большей эффективности и лучшего качества работ расстояние между скважинами, как показали исследования, в Кизеловском бассейне не должно превышать 8 м.

Глубина герметизации определяется глубиной расположения зоны максимальных опорных нагрузок и шириной защитной зоны. Герметизатор размещается за зоной максимальных нагрузок вне зоны ранее увлажненного угля. Как указывалось, вода с большей интенсивностью распространяется по увлажненному массиву, чем по сухому, поэтому размещение герметизатора в ранее увлажненной зоне приведет к ухудшению качества работ.

Количество воды, которое необходимо подать в скважину, определяется из выражения

где Q — общее количество воды, которое необходимо подать в скважину, м3;

m — мощность пласта, м;

у — объемный вес угля, т/м3;

L — глубина скважины, м;

В — расстояние между скважинами, м;

Kв —удельный расход воды, т. е. количество воды, которое должна принять каждая тонна угля.

На основании опыта работы для шахт Кизеловского бассейна Kв может быть принят равным 0,04 (40 л/т).

Ку — коэффициент, учитывающий утечку воды при нагнетании в зависимости от трещиноватости пласта, качества герметизации, надежности оборудования и др. Его величина может приниматься в пределах 1,05—1,10;

Кд — коэффициент, учитывающий дополнительный расход воды на увлажнение массива угля, расположенного за забоем скважины. На основании анализа изолиний влажности после нагнетания можно принять:

Общая глубина скважины равна сумме глубины герметизации (lг) и длины водопринимающей части ее (lв):

Оптимальное соотношение между глубиной герметизации и длиной водопринимающей части скважины, исходя из минимальных затрат времени (T) на увлажнение, можно определить из выражения

где w — количество воды, принимаемое скважиной в единицу времени.

С учетом выражений (54, 55)

Из графика T = f [A(lг+bв)2/lв] видно, что при lв/lг<0,5 затраты времени велики (рис. 122). Поэтому минимальное соотношение между глубиной герметизации и длиной водопринимающей части скважины должно приниматься таким, чтобы lв > 0,5 l.

Длина водопринимающей части скважины, темп нагнетания (или объемная скорость нагнетания), давление нагнетаемой воды взаимосвязаны друг с другом и зависят от технических возможностей и характеристик применяемого оборудования, а также от фильтрационных свойств угольного пласта. Эти параметры в каждом отдельном случае определяются опытным путем.

Давление воды должно быть возможно большим, по меньше величины, при которой происходит гидроразрыв пласта. Тогда под воздействием высокого давления в пласте угля образуются значительные трещины. В результате быстро падает давление нагнетания. Вместе с тем должен сохраняться необходимый темп нагнетания.

В процессе промышленного применения нагнетания воды в пласт параметры его, схемы и оборудование уточняются и совершенствуются.