Способ контроля процесса бурения Советский патент 1981 года по МПК E21F17/18 

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к бурению скважин в угольных пластах, опасных по газу и пыли, с продувкой сжатым воздухом. Нарушение технологического режима бурения, имеющего место в определенных горно-геологиЧеских условиях, а именно, при перебуривании .твердых включений, встречающихся в угольных пластах при уходе бурового инструмента в твёрдые породы почвы или кровли, а также при заштыбовках его из-за газодинамических проявлений, способствует быстрому разогреву буро вого инструмента до высоких температур в метано-воздушной атмосфера скважин и приводят к возникновению пожаров в скважинах. Развитие пожара и вынос его очага за пределых скважины в горную выработку угрожает безопасности всего угольного предприятия, так как нали чие открытого пламени в горных выра ботках угольных шахт, опасных по га пыли и внезапным выбросам, может пр вести не только к пожарам, но и к взрывам газа и угольной пыли. Известны в горной промышленности газоаналитический и пирометрический способы обнаружения пожаров в скважинах. Сущность газоаналитического способа заключается в систематическом отборе и количественном анализе проб воздуха с помощью автоматических газоанализаторов tn. Сущность пирометрического, способа заключается в измерений температуры непосредственно в скважине Г2. Однако эти способы реализуются .с применением сложной и ненадежной в шахтных условиях измерительной аппаратуры, которая не позволяет определять момент возникновения пожаров в скважинах при промышленном бурении в угольных пластах. Известен также способ контроля процесса бурения в угольных пластах с продувкой скважин сжатым воздухом, включающий измерение величины расхода газовоздушной смеси, подаваемой в скважину СЗ . Однако известный способ не предусматривает обнаружение пожаров в скважинах и поэтому не обеспечивает безопасности ведения буровых работ. Цель изобретения - повышение безопасности при ведении буровых работ.

Поставленная цель достигает тем, что измеряют величину расхода газовоздушной смеси, выходящей из скважины, измеренные в личинь.расхода газовбздушной смеси, входящей в скважину и выходящей из нее, непрерывно сравнивают и по уменьшений величины разности между ними устанавливают момент возникновения пожара в скважине

Сущность способа заключается в следующем.

При нормальном протекании процесса бурения в опасном по газу угольйом пласте с продувкой скважины сжатым воздухом количество газовой смеси, исходящей из скважины в еЬиницу времени (дебит), будет больше, количество сжатого воздуха, подаваемого в скважину в единицу времени. Увеличение дебита газовой смеси на выходе из скважины по сравнению с дебитом подаваемого в скважину воздуха происходит в связи с тем, что содержарийся в угольном пласте метан при бурении выделяется в полость скважины. Дебит выделяющегося метана зависит от газоносности пласта. ;мешиваясь с подаваемым в скважину воздухом, метан образует в скважине способную к воспламенению воздушную смесь.

Общеизвестно, что процесс окисления выделяющегося из угольного пласта метана кислородом воздуха может быть представлен в виде уравнения химической реакции.

СН4.+ 20,j, С0, , т.де СНj - химический символ метана; хими 1еский символ кислорода СОч - химический символ углекислого газа} HO.O - химический символ воды. Стоящие перед химическими символами числовые коэффициенты характеризуют соотношение объемов газообразных компонентов, участвующих в реакции окисления метана, и объемов газообразных продуктов окИсления (значения числовых коэффициентов приведены для реакции окисления,протекающей при постоянной температуре и неизменном давлении газовой среды)

Из приведенного уравнения видно, что для окисления одной единицы объема метана необходимы две единицы объема газообразного кислорода, содерЖсццегося в подаваемом в скважину воздухе. В результате окисления метана образуется одна единица объема углекислого газа и две единицы объема воды в газообразном (в виде паров) состоянии . В начальный момент возникновения пожара в скважине пары воды, образовавшейся в результате окисления метана, интенсивно конденсируются за счет охлаждения имеющими более низкую температуру стенками скважины и находящимися вблизи очага возникновения пожара частями бурового инструмента. При конденсации паров образующейся в результате окисления метана воды на три единицы объема вступивших в реакцию окисления газов (метана и кислорода) в скважине будет получена одна единица объема углекислого газа, некоторая доля (част от двух объемов) несконденсировавшихся паров воды и часть образовавшейся воды в жидком сконденсированном состоянии. Поскольку плотность воды .в жидком состоянии значительно (в сотни раз) выше плотности паров воды то в начальный момент возникновения в скважине пожара существенно уменьшается дебит исходящей из скважины гаэовоздушной смеси.

Необходимо отметить, что по мере углубления скважины дебит исходящей из нее газовой смеси при постоянном дебите подаваемого в скважину воздуха увеличивается вследствие увеличения поверхности стенок скважины, через которую метан выделяется.из горного массива в полость скважины. ПоэтЬму уменьшение дебита исходящей из скважины гааовой смеси по сравнению с нормальным дебитом является достаточно убедительным сигналом о начальной стадии 1возникновения пожара в скважине. В этом случае уменьшение дебита исходящей из скважины газовой смеси (кроме уменьшения в момент возникновения пожара) возможно только при выходе скважины в какую-либо полость в горном массиве (например, в ранее пройденную горную выработку) . Однако выполнение мер по подавлению пожара в скважине в случае уменьшения дебита при выходе в ранее пройденную выработку уменьшения дебита при выходе в ранее пройденную выработку представляется оправданньил по сравнению с риском распространения возникшего пожара на всю шахту.Кроме того, неожиданный выход скважины в ранее пройденную выработку при четком ведении планов горных .работ является маловероятным.

На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации.

Устройство содержит подводящий гибкий шланг 1, манометр 2, расходомер 3, воздушный кран 4 буровой станок 5, герметизатор 6, шламоотводящий трубопровод ,7, шламовый расходомер 8, манометр 9, воздушный кран 10, шламоуловитель 11, воздушный кра 12, метанометр 13 и газовый расходометр 14.

Способ осуществляется следующим образом.

Сжатый воздух в скважину подается по гибкому шлангу 1, на котором установлен газовый расходометр 3 и манометр 2. Исходящая из скважины шлакогазовая смесь удаляется по трубопроводу 7, на ко.тором установлены газошламовый расходометр 8, манометр 9, метанометр 13, контролирующий процентное содержание метана в смеси, и газовый расходометр 14. Расходоме ры 3 и 14 сблокированы и оснащены световой и звуковой сигнализацией. При падении расхода на входе в сква жину или на исходящей срабатывает сигнализация и уменьшение подачи ежа того воздуха в скважину недопустимо так.как создается авари1йная ситуация Расходомер 8 сблокирован с расходометром 14 и дает информацию о повы шенном выходе штыба из скважины. Повышение кЪнцентрации метана в исходя щем потоке «онтролируется метаномером 13. При повышении содержания метана снижается скорость бурения и интенсифицируется продувка. Таким образом, предлагаемый способ позволяет установить возникновение пожара в скважине в начальный момент развития пожара путем использования освоенной промышленностью контрольно-измерительной аппаратуры расходомеров и не требует установки каких-либо контрольно-измеритель.ных устройств термопар и т.п. на находящемся в скважине буровом инструменте .

;: Sfilf f if$ ff f: l

. ., yniTKf Д . ill - , , i ,i; j,. ,, ,J ,jjk

)V. . . 7/./// //if. /У-У//.r//..

91 t2

.r.,..r

/Л

- tmntf/iffen « Формула изобретения Способ контроля процесса бурения в угольных пластах с продувкой скважин сжатым воздухом, включающий измерение величины расхода газбвоздушной смеси, . подаваемой в скважину, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности при ведении буровых работ, измеряют величину расхода газовоздушной смеси, выходящей из скважины,измеренные величины расхода газовоздушной смеси, подаваемой в скважину и выходящей из нее, непрерывно сравнивают и по уменьшению величины разности между ними устанавливают момент возникновения пожара в скважине. Источники информации, принятые во внимание при- экспертизе 1.Патент ПНР 63072, кл. G 08 В 17/12, опублик. 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 332205, кл. Е 21 В 47/06, 1969. 3.Магурдумов A.M. Разведочное бурение с продувкой забоя воздухом. М., Недра, 1970, с.-62.