Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка комплекса методических и скважинных технических средств гидроразрыва углепородного массива химически активными составами, вибрационного воздействия, прогнозной оценки газодианамической активности и измерений геомеханического состояния угольных пластов для повышения безопасности и производительности подземной добычи угля

Докладчик: Курленя Михаил Владимирович

Должность: и.о.директора

Цель проекта:
Цели прикладного научного исследования: а) разработка методических принципов и технических решений в области измерений геомеханического состояния и газоотдачи угольных пластов; б) создание научно-технических основ технологии вибрационного воздействия на угольный пласт в комплексе с направленным гидроразрывом углепородного массива для повышения продуктивности дегазационных скважин; в) создание научно-технических основ технологии направленного гидроразрыва углепородного массива химически активными составами для разупрочнения монолитных песчаников в кровле угольного пласта, закрепления разрушенных участков углепородного массива и снижения опасности обрушения пород кровли при подземной добыче угля. Проект направлен на повышение эффективности и безопасности подземной разработки угольных пластов.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта ожидается получение следующих основных научных и научно-технических результатов:
а) методические принципы и прототипы технических решений в области скважинных измерений геомеханического состояния и газоотдачи угольных пластов, вибрационного воздействия на угольный пласт в комплексе с направленным гидроразрывом углепородного массива для повышения продуктивности дегазационных скважин, разупрочнения монолитных песчаников в кровле угольного пласта, закрепления разрушенных участков и снижения опасности обрушения пород кровли с использованием направленного гидроразрыва углепородного массива химически активными составами;
б) экспериментальные образцы скважинного оборудования вибрационного воздействия на угольный пласт в дегазационных скважинах и направленного гидроразрыва углепородного массива химически активными составами, а также для измерения геомеханического состояния и газоотдачи угольных пластов;
в) составы и технологическая инструкция для изготовления в лабораторных условиях экспериментальных партий химически активных составов гидроразрыва;
г) лабораторный технологический регламент измерений геомеханического состояния и газоотдачи угольных пластов, вибрационного воздействия на угольный пласт и направленного гидроразрыва углепородного массива химически активными составами;
д) рекомендации и предложения по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках;
е) проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка технологии разупрочнения монолитных песчаников в кровле угольного пласта, закрепления разрушенных участков углепородного массива и снижения опасности обрушения пород кровли при подземной добыче угля с использованием направленного гидроразрыва химически активными составами»;
ж) проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка технологии интенсификации предварительной дегазации угольных пластов с использованием направленного гидроразрыва и вибрационного воздействия».
Новизна работы состоит в комплексном решении технических и методических вопросов создания автономной роботизированной системы доставки скважинного оборудования в необсаженных скважинах, в повышении комплексности исследований геомеханического состояния и газоотдачи угольных пластов, в применении комплексна направленного гидроразрыва химически активными составами и вибрационного воздействия для повышения продуктивности дегазационных скважин.
Полученные на первом этапе выполнения проекта прототипы технических и технологических решений соответствует мировым тенденциям развития комплексных скважинных измерительных технологий шахтного исполнения, технологий интенсификации газоотдачи угольных пластов и управления состоянием пород кровли.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанные в ходе выполнения проекта научно-технические основы создания комплекса методических и скважинных технических средств гидроразрыва углепородного массива химически активными составами, вибрационного воздействия, прогнозной оценки газодинамической активности и измерений геомеханического состояния угольных пластов способствуют повышению безопасности и производительности подземной добычи угля.
Область применения результатов – повышение эффективности подземной разработки газоносных угольных пластов за счет применения следующих разрабатываемых технологий:
а) предварительной дегазации угольных пластов и добычи из них метана путем комплексного физического воздействия низкочастотной вибрацией и гидроразрывом горных пород в дегазационных скважинах;
б) разупрочнения труднообрушаемой кровли угольных пластов путем направленного гидроразрыва химически активными составами, действующими на горные породы и снижающими фрикционное трение вдоль плоскости образующихся трещин (уменьшение сцепления берегов трещин гидроразрыва);
в) обнаружения и упрочнения участков разрушенных (сыпучих) горных пород в кровле угольных пластов до подхода фронта очистных работ путем создания дренажной системы методом гидроразрыва и пропитки горных пород связующими химическими составами.
Способы использования полученных результатов:
а) в качестве научной основы для выполнения ОКР по разработке технологии управления прочностью горных пород в кровле угольного пласта методом направленного гидроразрыва химически активными составами и технологии интенсификации предварительной дегазации угольных пластов комплексным методом гидроразрыва и вибрационного воздействия в дегазационных скважинах;
б) прямое использование отдельных научно-технических результатов для развития существующих технологий, например разрабатываемых химически активных составов для повышения эффективности применения известного способа направленного гидроразрыва (НГР) в угледобывающей промышленности в различных технологических схемах для посадки кровли в очистных и подготовительных забоях;
в) в качестве отправной точки для выполнения дальнейших научных исследований, в том числе в рамках международного сотрудничества, в области повышения безопасности и эффективности подземной разработки месторождений твердых полезных ископаемых.

Текущие результаты проекта:
Разработаны прототипы технических решений по вибрационному воздействию на угольный пласт, направленному гидроразрыву углепородного массива химически активными составами, скважинным измерениям геомеханического состояния и газоотдачи угольных пластов, в т.ч.:
а) прототип конструкции технологического модуля вибрационного воздействия на угольный пласт;
б) прототип конструкции устройства направленного гидроразрыва скважин для интенсификации продуктивности дегазационных скважин, совмещающий в себе устройство разрыва, инициатор поперечного разрыва и роботизированную систему доставки;
в) прототип эффективной конструкции комплексного устройства для разупрочнения труднообрушаемой кровли методом гидроразрыва, совмещающий возможность выполнения операций бурения шпуров, создания инициатора поперечного гидроразрыва в крепких породах, герметизации скважин и выполнения гидроразрыва;
г) прототип конструкции устройства для укрепления разрушенных горных пород в кровле угольного пласта двухкомпонентными полимерными составами, предназначенного для совместной работы с буровыми станками;
д) блок схема роботизированной системы доставки технологических модулей в заданный интервал скважин;
e) прототип комплексного скважинного измерительного прибора, обеспечивающий проведение деформационных измерений поперечного сечения скважины в трех направлениях под углом 120° друг другу, температуры газа и вмещающих пород, угла поворота и зенитного угла, ориентации трещин гидроразрыва.
Определены способы создания специализированных рабочих жидкостей гидроразрыва для решения задач повышения продуктивности дегазационных скважин (кислотные и пенообразующие составы), повышения эффективности разупрочнения труднообрушаемой кровли (кислотные составы), упрочнения разрушенных пород в кровле угольного пласта (двухкомпонентные полимерные составы). Поставлена задача разработки методики подбора модифицирующих добавок к составам в зависимости от горно-физических условий.