Низкая газопроницаемость каменноугольных пластов обусловливает их невысокую метаноотдачу. Отсюда, очень важно при дегазации применять методы искусственного увеличения метаноотдачи углепородного массива путем его гидравлического разрыва.
Первые гидравлические разрывы угольного пласта с целью его разупрочнения были осуществлены в Донбассе в 1955 г., на Лисичанской станции «Подземгаз», при научном и инженерном руководстве ученых Всесоюзного научно-исследовательского института подземной газификации угля. Позже к этой проблеме активно подключились ученые Московского горного института, Института горного дела им. А. А. Скочинского, Научно-исследовательского института геомеханики и маркшейдерского дела, Института проблем комплексного освоения недр Российской академии наук и др.
Очень эффективными для интенсификации метаноотдачи оказались способы физико-химической обработки созданных щелей гидравлического разрыва в угольном пласте [31]. В качестве рабочих жидкостей применялись химически-активные растворы (например, соляная кислота), поверхностно-активные вещества, а также растворы комплексов.
Опыт физико-химического воздействия на угольные пласты Карагандинского и Донецкого угольных бассейнов показал следующее:
воздействие соляной кислоты повышает метаноотдачу на 2535 %, по сравнению с обычной скважинной вакуумной дегазацией, степень дегазации возрастает до 4050 %;
последовательное воздействие на угольный пласт растворов соляной кислоты и поверхностно-активных веществ повышает метаноотдачу на 5060 %, а степень извлечения метана возрастает до 6070 %.
В настоящее время
идет поиск и апробирование новых методов повышения метаноотдачи угольных пластов как при шахтной (предварительной), так и при промысловой (заблаговременной) дегазации метаноугольных месторождений. К этим методам следует отнести: протяженные горизонтальные скважины, волновое и вибрационное воздействие на угольный пласт, закачка в метаноносный пласт инертных газов (углекислого газа, азота), а также другие методы.
Работы по промысловой (заблаговременной) дегазации угольных пластов в Российской Федерации только начинаются, в то время как в США, Австралии, Китае, Индии, Польше и других странах они находятся на промышленной стадии.
1.4.1. Экспериментальный опыт в Кузбассе
Первые экспериментальные работы по обоснованию промышленной добычи метана из угольных пластов Кузбасса были начаты ОАО «Газпром» в 2001 г. В результате проведенных геолого-разведочных работ наиболее перспективными для добычи метана были признаны Талдинская и Нарыкско-Осташкинская площади [15].
Первые четыре экспериментальных скважины были пробурены в 20032004 гг. на Талдинской синклинали, а в 2008 г. Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых (ГКЗ «Роснедра») утвердила первые запасы метана по промышленным категориям С1 + С2 в количестве 45 млрд м3 [32].
Основные характеристики метаноугольной толщи:
угленосность от 5 до 12 %;
метаноносность до 25 м3/т;
плотность ресурсов метана 2,02,5 млрд м3/км2;
газопроницаемость угольных пластов 0,0010,02 мкм2.
На рис. 4 представлен геологический разрез по одной из экспериментальных скважин (УМ-1.1). Как правило, в каждой скважине вскрывалось 35 угольных пластов, в каждом из которых проводили гидравлический разрыв с закачкой твердого пропанта в количестве от 8 до 20 т.
В процессе пробного освоения экспериментальных скважин на Талдинском метаноугольном месторождении были отработаны основные технологические этапы:
бурение и обустройство метаноугольных скважин;
процесс и последовательность гидравлического разрыва нескольких угольных пластов;
откачка подземных вод и понижение их динамического уровня;
извлечение угольного метана и его промысловая подготовка;
варианты использования добытого метана.
За два года (20102011 гг.) эксплуатации 7 экспериментальных скважин было извлечено 11 млн м3 метана.
На Нарыкско-Осташкинской площади в течение 20112012 гг. бурили первые промысловые скважины (30 скважин, в соответствии с проектом) и в дальнейшем планируют их промышленную эксплуатацию.
Рис. 4 Геологический разрез по экспериментальной скважине УМ-1.1
Если шахтную дегазацию осуществляют в основном скважинами, пробуренными из шахтных выработок, то при заблаговременной дегазации добычные скважины бурят с поверхности земли. При этом в первом случае угленосный массив уже частично разгружен, а во втором не разгружен. Статистика аварий свидетельствует о том, что опережающая шахтная дегазация не гарантирует безопасности труда шахтера. На наш взгляд, только интенсивная заблаговременная
дегазация угольного пласта (за несколько лет до шахтной разработки) способна обезопасить дальнейшую его шахтную выемку. Тем более что, в соответствии с американскими данными, при заблаговременной дегазации степень извлечения метана из угольных пластов достигает 8090 %.
Ниже представлены некоторые новые технологии интенсифицированного извлечения метана, которые используют в основном при заблаговременной дегазации угольного пласта.