Способ дегазации подрабатываемой угленосной толщи Советский патент 1992 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при дегазации подрабатываемой угленосной толщи и попутной добычи метана через направленные скважины, пробуренные с поверхности.

Известен способ дегазации угленосной толщи, включающий бурение скважины с поверхности до разрабатываемого угольного пласта, обсадку ее трубами, тампонаж затрубного пространства, перфорацию обсадной колонны в зоне газонасыщенных вы- шег ежащих угольных пластов-спутников и породных слоев и отсос газа после подработки скважины разрабатываемым угольным пластом.

Известен также способ дегазации подрабатываемой угленосной толщи, включающий сооружение направленной скважины, ствол которой состоит из вертикального,

криволинейного и наклонного участков, и извлечение через скважину газа из подрабатываемого углепородного массива.

Этот способ обладает существенным недостатком, так как при подработке очистным забоем часть ствола скважины, находя- щаяся в зоне попн ых сдвижений, деформируется в основном с поперечным смещением ее продольной оси и нарушением целостности обсадной колонны, что приводит к закупорке газопроводного коллектора и снижению или прекращению газовыделения из скважины.

Цель изобретения - повышение эффективности и экономичности дегазации угленосной толщи путем создания условий увеличения длительности сохранения ствола скважины в рабочем состоянии в подрабатываемом массиве горных пород.

ч|

СЛ N О

а

о

Сущность изобретения заключается в том, что при выполнении способа, включающего сооружение направленной скважины ствол которой состоит из вертикального, криволинейного и наклонного участков, по- следний проводят в боковой плоскости границы зоны полного сдвижения боковых пород, при этом, когда расстояние отточки заложения скважины на поверхности до проекции на поверхность боковой границы очистной выработки будет меньше расстояния от этой же проекции до проекции на поверхность вершины области зоны полных сдвижений боковых пород, наклонный участок ствола скважины направлен в плоско- сти границы полных сдвижений, на которую проецируется точка заложения скважины на поверхности.

Таким образом, до границы зоны полных сдвижений горных пород скважина бу- рится вертикальной. Это обусловлено тем, что на этом участке ствол скважины не подвергается деформациям разрывного характера, которые проявляются в зонах полных обрушений, разломов и активных трещин, возникающих при подработке горного массива, А при бурении скважины вертикальной на всю длину до разрабатываемого пласта в зоне полных сдвижений горных пород, где имеют место подвижки и смеще- ние толщи, происходит разрыв ствола скважины и его смещение относительно оси. Для сохранения ствола скважины от смещения и разрушения необходимо, чтобы участок дренирования газа находился в благоприятных условиях и имел значительную длину. Поэтому эксплуатационный участок скважины проводится по границе зоны полных сдвижений боковых пород.

На фиг.1 приведена горизонтальная проекция схемы расположения направленной относительно трайиц очистной выработки и границ сдвижения горных пород; на фиг.2 - вертикальная проекция той же схемы.

Способ осуществляется следующим образом.

Определяют расстояние S по формуле

S - Е, а tg (У1 +а,)- s 3

tg( + a)+tg (pi-a} Ml

где I - длина лавы, м;

а- угол падения пласта, град;

углы полных сдвижений боковых пород, град,

На плане горных работ наносят вершину области зоны полных сдвижений 7 и точку заложения скважины 1 и определяют масштабным замером расстояние S от точки заложения скважины 1 до боковой границы очистной выработки 6.

Из вынесенной на дневную поверхность точки заложения скважины 1 бурят направленную скважину, ствол которой состоит из вертикального 2, криволинейного 3 и наклонного 4 участков, причем наклонный участок 4 ствола скважины проводят в той боковой плоскости границы 5 зоны полного сдвижения боковых пород 7, на которую проецируют точку заложения скважины 1. Производят бурение вертикального участка 2 скважины, длину которого определяют из зависимости

U H- -sin«-S tg(2-a)-R-tg(9°-f+0).M.

в случае, когда наклонный участок 4 направлен в сторону верхней боковой границы очистной выработки, и зависимости

U Н - тЈ sin а - S tg (tp + а) D . , 90 - р - a . - R tg (1), м ,

в случае, когда наклонный участок 4 направлен в сторону нижней границы очистной выработки, причем Н - глубина залегания отрабатываемого пласта, отсчитываемая по середине длины очистного забоя; R-радиус кривизны криволинейного участка 3 скважины.

Затем производят бурение криволинейного участка 3 скважины, который заканчивают при входе в боковую плоскость 5 зоны полных сдвижений боковых пород 7. Его длину определяют из следующих зависимостей;

. jrR(90-ci5 +a) . м,

при направлении наклонного участка 4 в сторону верхней боковой границы очистной выработки;

. 1 л:Я( -а)

LK180 м

при направлении наклонного участка 4 в сторону нижней границы очистной выработки.

Вертикальный и криволинейный участки скважины крепят обсадными трубами с последующей цементацией.

Далее производят бурение наклонного участка 4 скважины, располагаемого в плоскости 5, являющейся границей, обделяющей зону разгрузки от области зоны полного сдвижения боковых пород 7; в этой плоскости массив имеет большую сеть трещин и, следовательно, повышенную способность к газоотдаче, но уже не подвержен подвижкам разрывного характера, характерным для зоны полного сдвижения 7, что определяет длительную сохранность наклонного участка 4 скважины.

Его длину определяют из зависимости

(9o-%2+arR tgX хг °-#г+a л 5h , 1

V2 sin 02 J sln(90-pj lMl

при направлении в сторону верхней боковой границы очистной выработки и зависимости

LH

--R -tg X

sin ( 90 - ф - а ) , 90-(р1-ОГ у 5h .1

2 slnpl J sln(90-/3)

при направлении в сторону нижней боковой границы очистной выработки, причем h - мощность отрабатываемого угольного пласта, м; /3- угол, измеряемый в боковой плоскости 5 границы области зоны полного сдвижения боковых пород 7, между перпендикуляром, направленным от начала наклонного участка 4 скважины к боковой границе очистной выработки, и осью наклонного участка 4.

Наклонный участок скважины по всей длине крепится перфорированными трубами без последующей цементации для обеспечения дренажа газа из угленосной толщи в скважину.

После подработки наклонного участка 4 скважины очистной выработкой 8 из скважины в течение 2.,.5 лет извлекают газ.

П р и м е р. На поле шахты необходимо произвести дегазацию углепородного массива при отработке пласта тз.

Угольный пласт тз залегает под углом к горизонту на глубине м, имеет мощность ,5 м.

Система разработки - столбовая (лава- столб) по простиранию пласта, длина очистного забоя лавы м. Из известной таблицы найдены величины углов полных

СДВИЖеНИЙ .

Радиус криволинейного участка принят равным .

По данным поверхности скважину наметили заложить на расстоянии м от проектируемой на поверхность верхней боковой границы столбовой лавы Для увеличения эксплуатационной длины наклонного участка скважины принят угол/8 30°

На основании приведенных показателей определяли м, , м,

м, м. Пользуясь этими параметрами, пробурили скважину, наклонный участок которой проведен в боковой плоскости границы зоны полного сдвижения бокс вых пород, примыкающей к верхней

боковой границе столбовой лавы. По мере подработки скважины очистным забоем ее наклонный участок попадал в зону разгрузки углепородного , из которого в наклонный участок скважины дренировался

метан, извлекаемый далее по скважине на

поверхность в течение года.

Формула изобретения Способ дегазации подрабатываемой угленосной толщи, включающий определение точки заложения дегазационной скважины на дневной поверхности в пределах границ выемочного участка, бурение направленной скважины, ствол которой состоит из вертикального, криволинейного и наклонного участков, извлечение через скважину газа из подработанного углепородного массива, о т- личающийся тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности дегазации угленосной толщи путем создания условий увеличения длительности сохранения ствола скважины в рабочем состоянии в подработанном массиве горных пород, определяют проекцию на дневную

поверхность боковой границы очистной выработки и проекцию вершины области полных сдвижений боковых порбд, при этом наклонный участок ствола скважины проводят в боковой плоскости границы зоны полного сдвижения боковых пород, на которую проецируют точку заложения скважины на дневной поверхности, причем располагают точку заложения скважины от проекции боковой границы очистной выработки на дневную поверхность на расстоянии, меньшем расстояния между проекциями на дневную поверхность вершины области полных сдвижений боковых пород и боковой границы очистной выработки.

Использование: извлечение газа из подрабатываемого углепородного массива. Сущность изобретения: в пределах границ выемочного участка определяют точку заложения дегазационной скважины и проекции на дневную поверхность боковой границы очистной выработки и вершины области полных сдвижений боковых пород. Бурят направленную скважину, ствол которой состоит из вертикального, криволинейного и наклонного участков. Наклонный участок ствола скважины проводят в той боковой плоскости границы зоны полного сдвижения боковых пород, на которую проецируют точку заложения скважины. Точку заложения скважины располагают от проекции боковой границы очистной выработки на дневную поверхность на расстоянии, меньшем, чем расстояния между проекциями на дневную поверхность вершины области полных сдвижений боковых пород и боковой границы очистной выработки. 2 ил.