Способ бурения направленной трассы скважины в угольной шахте Российский патент 2024 года по МПК E21F7/00 E21C41/18 

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано при дегазации метаносодержащего массива на выемочном участке газовой шахты.

Известен способ бурения направленной трассы скважины с поверхности через породную толщу массива горных пород с последующим выводом её на угольный пласт, герметизацию устья скважины и извлечение метана [Руководство по дегазации угольных шахт, Недра, 1975, 189с.; стр. 107-109].

Недостатком способа является трудоемкость выполнения работ по бурению скважины и выводом её забойной части в плоскость угольного пласта.

Известен способ направленного бурения скважины из горной выработки вдоль выемочного столба, герметизацию её устья, подключения скважины к дегазационному трубопроводу и извлечение метана [Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт. РД 15-09-2006. Серия 05. Выпуск 14. ОАО «НТЦ по безопасности в промышленности», 2007. – 256с., стр. 70-71].

К недостаткам способа следует отнести бурение скважин поперёк выемочного столба.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ бурения скважины направленной трассы на сближенные подрабатываемые пласты угля вдоль выемочного столба из пластовой выработки через породную толщу с последующим выводом скважины в плоскость угольного пласта, залегающего в кровле отрабатываемого [«Шахтный метан: проблемы извлечения и утилизации» авторы: В.С.Забурдяев, В.Н. Захаров и др. М.: Изд-во «Горное дело», 2014. – 256с.; стр. 57-59 (прототип)].

Данному способу присущи недостатки, заключающиеся в том, что требуется благоприятное сочетание местоположения пластовой выработки для установки бурового агрегата, выработок выемочного участка и очистного забоя в технологической схеме отработки выемочного поля.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности дегазации сближенных угольных пластов при разработке свиты пластов угля на выемочном поле высокопроизводительной шахты, а именно повышении эффективности показателей дегазации сближенного угольного пласта (пластов), обеспечении заданного объема извлечения метана из сближенного пласта (пластов угля), нормализации газового режима на участке, повышении производительности очистного участка по газовому фактору и безопасности ведения горных работ, снижении объемов бурения и герметизации скважин.

Поставленная цель достигается тем, что изучают структуру пород междупластья, используют современную буровую установку, до начала работ по бурению скважины на подрабатываемые пласты угля ослабляют жесткость бурения буровых штанг, применяют коронку со скосом, исключающим преждевременное внедрение бурового снаряда в породу крепкого слоя и прямолинейность трассы скважины, изменяют скорость вращения буровой коронки и усилие подачи бурового снаряда, в условиях сложной структуры пород междупластья.

Способ осуществляют следующим образом.

В метанообильной шахте на выемочном участке проводят подготовительные выработки в плоскости отрабатываемого пласта, проветривают их, определяют темп подвигания очистного забоя, геометрические параметры залегания сближенных пластов угля относительно отрабатываемого, состав пород междупластья. Отбирают пробы угля, определяют в них содержание метана в соответствии с положениями «Инструкции по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геологоразведочных работах» (1977г.) и «Инструкции по дегазации угольных шахт» (2012).

Место установки бурового комплекса определяют с учётом технологической схемы подготовки выемочного поля (подготовительные выработки, схема их проветривания, геологические и горнотехнические условия, технология отработки пласта угля, углы разгрузки пород кровли от горного давления, объёмы извлечения метана из подрабатываемых пластов угля). Предъявляют требования к буровой установке и её техническим возможностям выполнения параметров скважины направленной трассы. Такой установкой может служить например установка VLD-1000, которая способна бурить скважины направленной трассы по угольным пластам и вмещающим породам, с последующим бурением скважины по сближенному угольному пласту.

Предварительно, до начала бурения скважины, ослабляют жесткость крепления штанг бурового снаряда, обеспечивают их частичную подвижность во время бурения по крепкому слою пород. Осуществляют это с помощью, например, кольцевых шайб из менее прочного материала например отожженная медь, жесткая резина и пр.. Применительно к мощному слою крепких пород (4-5 м и более, по шкале буримости свыше 4) допускают уменьшение длины штанг от стандартного в 1,5-2 раза. В соответствии с технической характеристикой буровой установки изменяют скорость вращения буровой коронки и усилие подачи снаряда. При необходимости параметры и режимы работы буровой установки определяют на стенде, оборудованном соответствующими датчиками и самописцами.

Технические показатели и параметры процесса направленного бурения скважины по трассе как по вмещающим породам, так и по углю обеспечивает буровой агрегат, оператор буровой установки, геологи и маркшейдеры шахты.

Исходные данные о составе горных пород на выемочном участке, их геометрических размерах, крепости и буримости принимают по результатам геологоразведочных работ, нормативной и справочной литературе, горнотехнической характеристике, вмещающих пород, изложенной в паспорте выемочного участка на ведение горных работ.

В лавах по восстанию (падению) угольного пласта буровую установку размещают в штреке, пройденному между ходками выемочного участка. Используют стратиграфический разрез свиты пластов угля и пород, геометрические их размеры, крепость породных слоев, характеристику вмещающих пород по шкале буримости, ширину целика угля между лавами. Угол разгрузки пород кровли отрабатываемого пласта устанавливают в соответствии с рекомендациями «Инструкции по дегазации угольных шахт» (2012 г.), показателям реперов, фиксирующих деформации пород в связи с их разгрузкой от горного давления, либо иным доступным для измерения путём, например, датчиками горного давления в контрольных скважинах. При этом с помощью маркшейдерской службы и бурового мастера оператора установки просчитывают маршрут скважины направленной трассы от устья скважины до сближенного угольного пласта и далее в плоскости сближенного пласта, подвергаемого дегазации.

Трассу скважины ориентируют в направлении движения очистного забоя вдоль участковой выработки на расстоянии 5-10 м. от зоны разгрузки массива горных пород очистным забоем, сохраняя устойчивость скважины от её разрушения. Протяженность скважины, пробуренной по сближенному угольному пласту, принимают равной расстоянию между промежуточными штреками, причем с превышением его на 50-60 м.

Параметры выемочного участка, очистного забоя, проветривания выработок, транспорта добытого угля, управления кровлей принимают по паспорту выемочного участка. Измерение расхода каптируемой смеси, разрежение на устье скважины, режим контроля и эксплуатации дегазационной системы на участке осуществляют в соответствии с положениями ПБ и «Инструкции по дегазации угольных шахт» (2012 г.).

В зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий ведения горных работ на участке междупластья 35-40 м. применяют прямолинейную форму ствола скважины, при превышении – увеличивают радиус закругления скважины на участке вскрытия сближенного пласта угля (сближенных пластов).

Определяющим сближенным пластом угля принимают пласт с наибольшим газовым потенциалом в пределах 60 м. междупластья.

Обеспечивают соосность бурения всех скважин на выемочном участке, как при вскрытии сближенных пластов угля, так и при их обуривании навстречу движению очистного забоя.

Реализация данного способа бурения скважины направленной трассы в подземных условиях позволяет повысить эффективность дегазационных работ на выемочном участке газообильной шахты, уменьшить объём бурения скважин.

Преимущество способа бурения скважины направленной трассы на выемочном участке состоит в эффективности показателей дегазации сближенного угольного пласта (пластов), обеспечении заданного объема извлечения метана из сближенного пласта (пластов угля), нормализации газового режима на участке, повышении производительности очистного участка по газовому фактору и безопасности ведения горных работ, снижении объемов бурения и герметизации скважин.

Изобретение относится к способу бурения направленной трассы скважины в угольной шахте. Техническим результатом является повышение эффективности показателей дегазации сближенного угольного пласта, обеспечение заданного объема извлечения метана из сближенного пласта, нормализация газового режима на участке, повышение производительности очистного участка по газовому фактору и безопасности ведения горных работ, снижение объемов бурения и герметизации скважин. Способ включает проведение выработок на выемочном участке. Также включает проветривание выработок. Также включает определение темпа подвигания очистного забоя и места размещения буровой установки в сети выработок. Также способ включает соосное направление бурения скважин и герметизацию устья скважин от подсосов воздуха. Также способ включает подключение скважины к дегазационному трубопроводу и извлечение метана. Также способ включает определение геометрических параметров залегания сближенных пластов угля относительно отрабатываемого пласта. Также определяют состав пород междупластья. Также отбирают пробы угля и определяют в них содержание метана. Трассу скважины ориентируют в направлении движения очистного забоя вдоль участковой выработки на расстоянии 5-10 м от зоны разгрузки массива горных пород очистным забоем. Сохраняют устойчивость скважины от её разрушения, обеспечивая соосность бурения всех скважин на выемочном участке. Буровую установку размещают в штреке, пройденном между ходками выемочного участка. До бурения скважины ослабляют жесткость крепления штанг бурового снаряда, обеспечивая частичную подвижность штанг во время бурения по крепкому слою пород. Применяют прямолинейную форму ствола скважины. На участке бурения скважины по крепкому слою породы изменяют скорость вращения коронки и усилие подачи бурового снаряда. Протяженность скважины, пробуренной по сближенному угольному пласту, принимают равной расстоянию между промежуточными штреками с превышением его на 50-60 м.

Способ бурения направленной трассы скважины в угольной шахте, включающий проведение выработок на выемочном участке, их проветривание, определение темпа подвигания очистного забоя, места размещения буровой установки в сети выработок, также включающий соосное направление бурения скважин, герметизацию устья скважин от подсосов воздуха, подключение скважины к дегазационному трубопроводу и извлечение метана, отличающийся тем, что определяют геометрические параметры залегания сближенных пластов угля относительно отрабатываемого пласта, определяют состав пород междупластья, отбирают пробы угля и определяют в них содержание метана, трассу скважины ориентируют в направлении движения очистного забоя вдоль участковой выработки на расстоянии 5-10 м от зоны разгрузки массива горных пород очистным забоем, сохраняя устойчивость скважины от её разрушения, обеспечивая соосность бурения всех скважин на выемочном участке, буровую установку размещают в штреке, пройденном между ходками выемочного участка, до бурения скважины ослабляют жесткость крепления штанг бурового снаряда, обеспечивая частичную подвижность штанг во время бурения по крепкому слою пород, применяют прямолинейную форму ствола скважины, при этом на участке бурения скважины по крепкому слою породы изменяют скорость вращения коронки и усилие подачи бурового снаряда, при этом протяженность скважины, пробуренной по сближенному угольному пласту, принимают равной расстоянию между промежуточными штреками, причем с превышением его на 50-60 м.