Способ дегазации шахт Советский патент 1989 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации газсобильных шахт вертикальными скважинами, пробуренными с поверхности.

Цель изобретения - повышение эффективности дегазации за счет обеспе

чения равномерного отсоса газа по длине скважины.

Способ осуществляется следующим образом.

С дневной поверхности на источники метановыделения бурят вертикальную скважину, обсаживают ее колонной

J14

обсадных труб, герметизируют устье скважины, перфорируют участки колонны оосадных труб в зонах, проходящих через источники метановыделения, которые подлежат дегазации. Перфорационные отверстия в обсадных трубах образуют рядами, а вакуум, подводимый к перфорационным участкам колонны обсадных труб, подводят равно- мерно по длине участка, а при дегазации нескольких источников метановыделения вертикальной скважиной вакуум распределяют между перфорированными участками колонны обсадных труб пропорционально потокам газа из каждого дегазируемого источника газовыделения, сообщающегося с перфорированным участком трубы.

Q 5

0

Часть колонны расположенных в рабочей камере скважины труб перфорируют, разделяют на ярусы произвольным количеством рядов перфорированных отверстий, при этом величину суммарной площади ближайшего к забою скважины ряда перфорационных отверстий принимают равной сечению обсадной трубы, а суммарную площадь каждого из последующих рядов перфорационных отверстий Sn+ уменьшают на величину, при которой площадь ряда перфорационных отверстий Зц.ц будет создавать аэродинамическое сопротивление потоку, увеличенное на величину аэродинамического сопротивления отрезка трубы, равного расстоянию между рядами перфорационных отверстий, и определяют по формуле

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации скважинами с поверхности. Цель изобретения - повышение эффективности дегазации за счет обеспечения равномерного отсоса газа по длине скважины. С дневной поверхности на источник метановыделения бурят вертикальную скважину. Скважину обсаживают трубами, устье герметизируют. В зоне обсадных труб, проходящих через источник метановыделения, выполняют перфорационные отверстия. Отверстия располагают кольцевыми рядами по высоте скважины. Диаметр отверстий уменьшается от забоя к устью скважины. Равномерное распределение вакуума вдоль всей перфорированной части обеспечивают выбором диаметра отверстий. Суммарную площадь ближайшего к забою скважины ряда отверстий принимают равной площади сечения обсадной трубы. Площадь сечения каждого из последующих рядов отверстий определяют из математического выражения. Расчетная зависимость включает полученные авторами эмпирические коэффициенты и геометрические параметры перфорированных участков труб. При дегазации нескольких источников метановыделения обсадные трубы перфорируют напротив каждого источника. Для равномерного распределения вакуума между несколькими источниками метановыделения рекомендуется математическое выражение, включающее величину потока газа из каждого источника, геометрические и аэродинамические характеристики обсадных труб и перфорационных отверстий. 1 з.п. ф-лы.

Sn-ч rroIi7Z(Si D + .Iud,, s

L.sL:sn v ds J s

V0,177+ 1

где S

- сечение обсадной трубы,

м

°п-и

и

суммарная площадь каждого из последующих и предыдущих рядов перфорационных отверстий, м12, коэффициент аэродинамического сопротивления трубы, кг- са/м 4; расстояние между последующим и предыдущим рядами перфорационных отверстий, м;

Sn

я„ R

поток газа, проходящий через сечение Stt, аэродинамическое сопротивление ближайшего к забою скважины ряда перфорационных отверстий,

м

Ц

- поток газа, проходящий через первый ряд перфорационных отверстий, мъ/с ,

(1)

6,5 - эмпирические коэффицианты, кг-с /мй, относит. ед. соответственно;

d - внутренний диаметр обсадной трубы, м.

При дегазации нескольких источ- ников газовыделения скважинами, оборудованными одной перфорированной трубой, суммарную площадь перфорационных отверстий Sn, выполненных напротив источника газовыделения, в зависимости от потока из данного источника газовыделения определяют по формуле

(2)

1-; - расстояние между определяемым и предыдущим рядом отверстий, м;

q. - суммарный поток газа, подходящий к сечению вычисляемого ряда перфорационных отверстий, м./с; 2,38 - эмпирический коэффициент, м /кг° 5 .

5I4

Сущность способа дегазации шахт вертикальными скважинами с поверхности заключается в том, что при его применении устраняются застойные зоны газа, существующие при большой мощности источника газовыделения (например, при дегазации под- и надра- ботанных выработанных пространств), когда при неравномерном прикладывании вакуума вдоль перфорированной части колонны труб влияние вакуума на транспортировку скопившегося в нижней части скважины газа не распространяется. Для устранения этого недостатка вакуум, прикладываемый к рабочей камере скважины, распределяют равномерно вдоль всей перфорированной части колонны труб, При таком приложении вакуума отсос газа по дли не рабочей камеры скважины происходит равномерно

В случае необходимости дегазации нескольких источников газовыделения одной скважиной (например, дегазации неразгруженной от горного давления свиты газоносных угольных пластов) для достижения равномерной дегазации отдельных источников газовыделения вакуум, прикладываемый к перфорированному отрезку труб, расположенному напротив каждого источника, подают к отдельному источнику величиной, пропорциональной потоку из него.

Сущность определения параметров перфорированных отверстий заключается в том, что перфорированную часть трубы условно разбивают на произвольное количество ярусов (границей яруса служит ряд перфорационных отверстий, выполненных по периметру трубы) , при этом по мере удаления рядов перфорационных отверстий от забоя скважины их суммарная площадь отверстий уменьшается, аэродинамическое сопротивление растет Это обусловлено тем, что для получения равномерного потока вдоль всей перфорированной части трубы и равномерного отсоса газа из источника газовыделения большой мощности распределение вакуума вдоль перфорированной части трубы необходимо иметь равномерное о Для этого величина суммарной площади ближайшего к забою скважины перфорационного отверстия S.J принимается равной сечению обсадной трубы, т,е

8,-1Гф.(3)

где d - внутренний диаметр обсадной

трубы,

А величиная суммарной площади каждого из последующих рядов перфорационных отверстий уменьшена с таким расчетом, чтобы аэродинамическое сопротивление каждого ряда отверстий в отличии от аэродинамического сопротивления предыдущего ряда отверстий было увеличено на величину аэродинамического сопротивления отрезка трубы, расположенного между рядами отверстий, т.е.

R п+1 - R г + AR где Rn+( и Rn

(4)

соответственно аэро- ,,динамическое сопротивление последующего и предыдущего ряда перфорационных отверстий;

дК - величина аэродинамического сопротивления отрезка трубы между рядами перфорационных отверстийо

Аэродинамическое сопротивление ближайшего к забою скважины отвертия R4 равно (с учетом того, что депрессия прямоугольника аэродинамическому сопротивлению и квадрату потока га- за)

OJ77.S. л

RI сЪ-(с 1 0. & | Ь

(5)

0

5

0

5

Аэродинамическое сопротивление отрезка труб между рядами перфорационных отверстий определяется по формуле (с учетом того, что депрессия прямопропорциональна аэродинамическому сопротивлению и квадрату потока газа

AR 6,5-tf- 1/d5, кг. , (6) где о(

коэффициент аэродинамического сопротивления трубы, кг«с VM ; 1 - длина отрезка трубы между

рядами перфорационных отверстий, м (при равномерной раз7 бивке перфорированной части колонны труб на яруса величина l const)о

Тогда, учитывая (5) и (6), аэродинамическое сопротивление следующе71481433

го (второго) ряда перфорационных отверстий R вычисляется по (4) как

Re Ri+dR 0+6,5-o(- lQ/d

- f а ъ $

(7)

где IQ - длина отрезка трубы между

первым и вторым рядами перфорационных отверстий, м, - суммарная площадь- второго

от забоя скважины ряда перфорационных отверстий,, Преобразуя (7), получают формулу для определения величины S, т.е. суммарной площади второго ряда перфорационных отверстий

С- ,.,

1 ГОХ177,8, ..г 6,5-оЈ- 1ь1 С2

-J (se 1) + + ,

ц6ТТ77 + 1

Соответствующие вычисления прово- онных отверстий по общей форму- дят для каждого из рядов перфораци- 30 ле

Г QUIZ (Si - DI + i.jii.1 ,

d J S

- - ---- --- t- i,

0,177

I

В случае дегазации нескольких ис- источника газовыделения и вычисляет- точников газовыделения скважинами, 40 ся по формуле оборудованными одной перфорированной

Sn . (12) qn+2,38-S,

трубой, когда перфорация колонны труб производится напротив каждого источника газовыделения (т„е« суммарная длина перфорации L равна сум- 45 гДе Ч поток газа, проходящий через сечение Sn, м5/с,

участков L; , L /li ) , а суммарный

отбор газа Q составляет сумму потоков из отдельных источников газовыделения

г3-50

q.j , (т«е. Q ) , суммарная плоi-1щадь перфорированных отверстий SM,

находящихся напротив каждого из источников газовыделения, выполняется пропорциональной потоку из данного 55

hn - потеря депрессии в сечении Sn определяемая, исходя из закона параллельного соединения вентиляционных сетей, как

hn-Rnq RiqUr 6, ij()a.

d ,.., (13)

Тогда окончательно

Sh

q«-s,

qn

+ 2,38-8(11

J (..l, 1 ds 0,177

(8)

IzlSj

+ 1

Соответственно для следующего (третьего) ряда перфорационных отверстий имеют

R,R, + (l1 1)+6,5 oM3/d5- ь, ь

2l) - г (9)

где 13 - длина отрезка трубы между

вторым и третьим рядами перфорационных отверстий, м; Sj - суммарная площадь третьего от забоя скважины ряда перфорационных отверстий, м2, Тогда величина Sj определяется как

(10)

(11)

- -

0,177

I

hn - потеря депрессии в сечении Sn определяемая, исходя из закона параллельного соединения вентиляционных сетей, как

hn-Rnq RiqUr 6, ij()a.

d ,.., (13)

Тогда окончательно

Vйli

(14)

+L7 6f5.d.Ueq

де q

1, 91481433

поток газа, проходящий через первый ряд перфорационных отверстий, , расстояние между вычисляемым и предыдущим рядом перфорационных отверстий, м;

ни ни но ч по сч га пр

q.j - суммарньй поток газа, подние труб, герметизацию устья, создание вакуума в перфорированной обсадной трубе и каптаж газа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности дегазации за счет обеспечения равномерного отсоса газа по длине скважины, вакуум распределяют равномерно вдоль всей перходящий к сечению, вычисляе- 10 форационной части труб, при этом пер1

мого ряда перфорационных отве рстий,

(1,п).

Формула изобретения

.

п+

Л5% --

I57T77

де S - сечение обсадной трубы, мг;

S п-ч

и Sn - суммарная площадь каждого из последующих и предыдущих рядов перфорационных ч .

30

отверстий, м о( - коэффициент аэродинамического сопротивления тру- 35 бы, кг-с2/ м ,

-расстояние между последующим и предыдущим рядами отверстий, м;

-внутренний диаметр обсад- 40 ной трубы, м;

J-n (

d 0,177

Sn

qn + 2,38-S, l| R,q2 H(Јt q, )

TTiQ , . 0

О

ние труб, герметизацию устья, создание вакуума в перфорированной обсадной трубе и каптаж газа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности дегазации за счет обеспечения равномерного отсоса газа по длине скважины, вакуум распределяют равномерно вдоль всей перфорационные отверстия выполняют кольцевыми рядами по высоте скважин с уменьшающимся диаметром от забоя к устью скважин, причем суммарную площадь ближайшего к забою скважины ряда перфорационных отверстий принимают равной сечению обсадной трубы, а суммарную площадь каждого из последующих рядов отверстий определяют из

+ 1

и 6,5 - эмпирические коэффициенты соответственно относите ед.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при дегазации нескольких источников газовыделения одной скважиной обсадную трубу дополнительно перфорируют напротив дегазируемых источников газовыделения, а вакуум распределяют пропорционально потоку из отдельных источников газовыделения, при этом суммарная площадь дополнительных перфорационных отверстий, выполненных напротив n-го источника газовыделения, определяют из выражения