Способ предотвращения выбросов угля и газа Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для обеспечения безопасности работ на выбросоопасных пластах.

Известен способ предотвращения выбросов угля и газа, заключающийся в бурении по угольному пласту опережающих скважин длиной не менее 5,0 м, диаметром 80-250 мм на расстоянии друг от друга не более двух радиусов эффективного влияния скважин.

Недостатком известного способа является отсутствие контроля состояния краевой части угольного пласта в процессе

бурения, что в определенных ситуациях приводит к развязыванию выброса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ прогноза степени удароопас- ности участков угольного пласта, включающий бурение по угольному пласту скважин, регистрацию максимальной амплитуды импульса при бурении метрового интервала, определение по этому параметру степени удароопасности пласта. Чем больше амплитуда регистрируемого импульса, тем выше категория удароопасности пласта.

Такая оценка справедлива лишь для весьма крепких, удароопаскых пластов и оказывается непригодной для выбросоопасXI

4 Ю

Xf 4

ных пластов, сложенных из мягких угольных пачек. Даже при явных признаках выбросо- опасности (затягивание и зажатие бурового инструмента, интенсивный вынос газа и штыба из скважин) появление отдельных импульсов на фоне общего сейсмоакустиче- ского сигнала, возбуждаемого бурением, регистрируется крайне редко. Таким образом, основным недостатком способа является использование параметров единичных импульсов, по которым невозможно определить степень выбросоопасности угольного пласта.

Целью изобретения является повышение безопасности за счет своевременной оценки состояния краевой части угольного пласта.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предотвращения выбросов угля и газа, заключающемуся в бурении опережающих скважин в очистном или подготовительном забое, определении параметров сейсмоакустического сигнала, установлении степени выбросоопасности по показа- телю сейсмоакустического параметра, предварительно бурят скважины малого диаметра, определяют в процессе бурения в равных интервалах параметр сейсмоакустического сигнала, возникающего при взаимо- действии бурового инструмента с массивом, выделяют интервал с максимумом среднего значения параметра, опреде- ллют отношение этого максимума к средним значениям параметра в последующих интервалах, причем бурение скважины продолжают до проектной длины, если это отношение не достигает критического уровня, а затем разбуривают скважину до проектного диаметра, при этом осуществляют поинтервальный контроль параметра сейсмоакустического сигнала и его соответствие критическому уровню.

В качестве параметра сейсмоакустического сигнала используют энергию или амплитуду высокочаст ,тной составляющей. При бурении скважины в краевой части угольного пласта многие параметры сейс- моакустическо/о сигнала, возникающего в процессе взаимодействия буровой коронки с пластом, изменяются с глубиной в зависимости от изменения горного давления. При перебуривапми зоны максимума горного давления сейсмоакустический сигнал обладает минимальной энергией. Анализ изменения средней энергии сейсмоакустического сигнала при бурении скважин в различных условиях показал, что в безопасных зонах отношение) максимума к минимуму обычно составляет 1,5-2,0, а при бурении э опасных зонах 3,5-5,0 и более.

На фиг. 1 и 2приведены графики и схема реализации способа.

На фиг.2 обозначены подготовительная выработка 1, опережающая скважина 2, бу5 ровой агрегат 3, сейсмоприемник 4, прибор 5 для измерения среднего значения параметра сейсмоакустического сигнала в равных интервалах.

Способ осуществляют следующим об10 разом.

В подготовительном забое 1 в соответствии с паспортом проведения противовыб- росных мероприятий намечают точки заложения опережающих скважин 2, для бу- й 15 рения которых используют агрегат 3. На расстоянии от буримой скважины, приблизительно равном проектной ее глубине, закрепляют сейсмоприемник 4, к которому подключают прибор 5, позволяющий в вы20 бранном интервале бурения определить среднее значение параметра сейсмоакустического сигнала и отношение К максимума этого параметра к текущим значениям. Для этой цели можно использовать персональную

25 ЭВМ,например, типа ДВК-3. При этом необходимо установить двустороннюю связь между забоем и дневной поверхностью для передачи в ЭВМ сейсмоакустического сигнала, а в забой - команды по результатам

30 обработки. Для условий данного забоя или аналогичного по горно-геологическим условиям устанавливают для выбранного параметра сейсмоакустического сигнала, например средней энергии критический

35 уровень отношения средних энергий (ККр). Для этого можно использовать два способа.

Если при бурении скважин малого диаметра (42 мм) проявляются признаки выбро40 соопасности (удары, интенсивный вынос штыба и газа, выталкивание инструмента) или такие скважины пробурены в предвыб- росной ситуации, то по трем-пяти таким скважинам определяют максимальное зна45 чение отношения, которое и является критическим уровнем. Второй способ используется в случае, когда бурение скважин малого диаметра протекает без осложнений. В этом случае критический уровень

50 отношения энергий - это удвоенное значение параметра, определенное в процессе бурения 10-15 скважин. Критический уровень отношения параметров для данного забоя по мере его подвигания и накопления

55 данных может быть уточнен.

Интервал бурения, в пределах которого выполняют осреднение параметра, принимают равным около полумощности пласта, но не более 0,7 м. Для шахт Донбасса оптимальный интервал 0,3-0,5 м. После определения критического уровня отношения параметра бурят скважину малого диаметра. В процессе бурения скважины непрерывно регистрируют параметр сейсмоакустическо- го сигнала, например среднюю энергию. Как правило, на первых интервалах бурения скважины средняя энергия сигнала растет и на некоторой глубине (1-3 м) достигает своего максимума. Это значение фиксируют и при дальнейшем бурении скважины вычис- ляют отношение К максимального значения энергии к средним -тоинтервальным значениям. Отношение максимальной энергии к средней (К) сравнивают с критическим уровнем (ККр). Бурение останавливают, если К превысит ККр, так как продолжение бурения связано с опасностью развязывания выброса. В такой ситуации необходимо перейти к бурению других скважин согласно паспорту, а затем вернуться к добуриванию остав- ленной, осуществляя контроль К, а затем разбурить ее до расчетного диаметра.

Если степень выбросоопасности в забое такова, что при разбуривании скважины К превышает Ккр, то необходимо разбурива- ние осуществлять постепенно, увеличивая диаметр буримой скважины, вплоть до расчетного.

В очистном или подготовительном забое часто есть возможность установить уча- стки, потенциально наиболее опасные по выбросам (в подготовительном забое это угловые части или зоны геологических нарушений, в очистном забое также зоны геологических нарушений, краевые части лавы, особенно при сплошной разработке). Если в забое установлен такой участок, то в его пределах бурят две-три скважины, если при бурении величина К имеет среднее значение, то в других частях забоя скважину малого диаметра не бурят, а приступают к бурению скважины расчетного диаметра, контролируя К.

Если, по мере подвигания забоя при бурении не менее двух-трех циклов величи- на К находится в пределах средних значений, то в последующих циклах скважины малого диаметра предварительно не бурят. В проектных точках заложения скважин бурятскважины расчетного диаметра, контролируя состояние краевой части угольного пласта по величине К.

В качестве параметра сейсмоакустиче- ского сигнала предпочтительно использовать энергию сигнала,или амплитуду его высокочастотной составляющей, расположенной выше группы резонансных частот.

Предлагаемым способом исключается возможность развязывания выброса за счет постоянного контроля краевой части уголь-, ного пласта; осуществляется бурение в различных по степени опасности забоях и можно выбирать наиболее оптимальный режим бурения.

Формула изобретения

1.Способ предотвращения выбросов угля и газа, включающий бурение опережающих скважин в очистном или подготовительном забое, определение параметров сейсмоакустического сигнала, установление степени опасности пласта по показателю сейсмоакустического параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности за счет своевременной оценки состояния краевой части угольного пласта, предварительно бурят скважины малого диаметра, определяют в процессе бурения в равных интервалах параметр сейсмоакустического сигнала, возникающего при взаимодействии бурового инструмента с пластом, выделяют интервал с максимумом среднего значения параметра, определяют отношение этого максимума к средним значениям параметра в последующих интервалах, причем бурение скважины продолжают до проектной длины, если это отношение не достигает критического уровня, а затем разбуривают скважину до проектного диаметра, при этом осуществляют поинтервальный контроль параметра сейсмоакустического сигнала и его соответствие критическому уровню.

2.Способ дпо п.1, отличающийся тем, что в качестве параметра сейсмоакустического сигнала используют энергию или амплитуду его высокочастотной составляющей.

Использование: обеспечение безопасности работ на выбросоопасных пластах. Сущность изобретения: в очистном или подготовительном забое бурят опережающие скважины. В процессе бурения определяют в равных интервалах параметр сейсмоаку- стического сигнала, возникающего при взаимодействии бурового инструмента с пластом. Выделяют интервал с максимумом среднего значения найденного параметра и определяют отношение этого максимума к средним значениям параметра в последующих интервалах. Бурение скважины до проектной длины продолжают в том случае, если упомянутое отношение не достигает критического уровня. Затем скважину разбуривают до проектного диаметра, осуществляя при этом поинтервальный контроль параметра сейсмоакустического сигнала и его соответствие критическому уровню. В качестве параметра сейсмоакустического сигнала используют энергию или амплитуду его высокочастотной составляющей. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.