Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями

Установлен механизм разрушения дегазационных скважин, пробуренных с земной поверхности при их подработке очистными забоями. Разработан метод обеспечения устойчивости и работоспособности скважин....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Назимко, В.В., Дедич, И.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2014
Назва видання:	Розробка родовищ
Теми:	Розробка вугільних родовищ
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104531
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями / В.В. Назимко, И.А. Дедич // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 61-66. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-104531
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1045312016-07-13T03:02:11Z Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями Назимко, В.В. Дедич, И.А. Розробка вугільних родовищ Установлен механизм разрушения дегазационных скважин, пробуренных с земной поверхности при их подработке очистными забоями. Разработан метод обеспечения устойчивости и работоспособности скважин. Визначено механізм руйнування дегазаційних свердловин, пробурених з земної поверхні при їх підробці очисними вибоями. Розроблено метод забезпечення стійкості та працездатності свердловин. Mechanism of drainage boreholes destruction that drilled from surface and undermined by longwalls is determined. Method of stability providing and labor ability of boreholes is developed. 2014 Article Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями / В.В. Назимко, И.А. Дедич // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 61-66. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2415-3435 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104531 622.243.415:622.817.47(477) ru Розробка родовищ УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Розробка вугільних родовищ Розробка вугільних родовищ
spellingShingle	Розробка вугільних родовищ Розробка вугільних родовищ Назимко, В.В. Дедич, И.А. Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями Розробка родовищ
description	Установлен механизм разрушения дегазационных скважин, пробуренных с земной поверхности при их подработке очистными забоями. Разработан метод обеспечения устойчивости и работоспособности скважин.
format	Article
author	Назимко, В.В. Дедич, И.А.
author_facet	Назимко, В.В. Дедич, И.А.
author_sort	Назимко, В.В.
title	Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями
title_short	Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями
title_full	Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями
title_fullStr	Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями
title_full_unstemmed	Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями
title_sort	повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями
publisher	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Розробка вугільних родовищ
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104531
citation_txt	Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями / В.В. Назимко, И.А. Дедич // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 61-66. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Розробка родовищ
work_keys_str_mv	AT nazimkovv povyšenieustojčivostidegazacionnyhskvažinproburennyhspoverhnostipriihpodrabotkeočistnymizaboâmi AT dedičia povyšenieustojčivostidegazacionnyhskvažinproburennyhspoverhnostipriihpodrabotkeočistnymizaboâmi
first_indexed	2025-07-07T15:29:47Z
last_indexed	2025-07-07T15:29:47Z
_version_	1837002588811165696
fulltext	61 УДК 622.243.415:622.817.47(477) © В.В. Назимко, И.А. Дедич В.В. Назимко, И.А. Дедич ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ДЕГАЗАЦИОННЫХ СКВАЖИН, ПРОБУРЕННЫХ С ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ИХ ПОДРАБОТКЕ ОЧИСТНЫМИ ЗАБОЯМИ Установлен механизм разрушения дегазационных скважин, пробуренных с земной поверхности при их подработке очистными забоями. Разработан метод обеспечения устойчивости и работоспособности скважин. ПІДВИЩЕННЯ СТІЙКОСТІ ДЕГАЗАЦІЙНИХ СВЕРДЛОВИН, ЯКІ ПРОБУРЕНІ З ПОВЕРХНІ ТА ПІДРОБЛЮЮТЬСЯ ОЧИСНИМИ ВИБОЯМИ Визначено механізм руйнування дегазаційних свердловин, пробурених з земної поверхні при їх підробці очисними вибоями. Розроблено метод забезпечення стійкості та працездатності свердловин. INCREASING OF DRAINAGE BOREHOLES STABILITY THAT DRILLED FROM SURFACE AND UNDERMINED BY LONGWALLS Mechanism of drainage boreholes destruction that drilled from surface and undermined by longwalls is determined. Method of stability providing and labor ability of boreholes is developed. ВВЕДЕНИЕ Текущая дегазация угольных месторо- ждений скважинами, пробуренными с по- верхности, является перспективным на- правлением при их комплексном освоении [1]. Применение указанного способа дега- зации позволяет решить комплекс про- блем, связанный с повышением безопасно- сти ведения подземных горных работ, снижением выбросов парниковых газов в атмосферу, возможностью полезного ис- пользования метановоздушной смеси в ка- честве энергоносителя. Также необходимо учитывать возможность выполнения буро- вых работ с земной поверхности. Ключе- вая особенность способов текущей дегаза- ции – обязательная подработка дегазируе- мого массива горных пород длинными очистными забоями. В связи с этим дега- зационные скважины, находящиеся в ак- тивной фазе извлечения метана, испыты- вают негативное влияние процессов в под- работанном массиве, выражающееся в их частичном или полном разрушении [2], что существенно снижает эффективность дега- зации [3]. ПРИМЕНЕНИЕ ДЕГАЗАЦИОННЫХ СКВАЖИН В ПАО «ШАХТОУПРАВЛЕНИЕ «ПОКРОВСКОЕ» Сбор данных по работе и состоянию дегазационных скважин выполнялся в ПАО «Шахтоуправление «Покровское», которое отрабатывает угольный пласт 4d на глубине 700 – 900 м в сложных горно- геологических условиях, характеризуе- 62 мых интенсивной нарушенностью пласта и вмещающих пород малоамплитудными геологическими нарушениями, высокой газоносностью пласта и газоносных пес- чаников, агрессивностью подземных вод. Средняя нагрузка на очистной забой на участках, где применяется рассматривае- мый способ дегазации, составляет более 3000 т/сут. Типичный стратиграфический разрез подрабатываемой толщи участков шахтного поля представлен осадочными слоистыми породами, перемежающимися слоями алев- ролитов, аргиллитов и песчаников в соот- ношении 3:2:1. Реже встречаются известня- ки, угольные пласты и их спутники нерабо- чей мощности. Прочность песчаников на одноосное сжатие изменяется в пределах 40 – 90 МПа. Песчаники имеют значитель- ную пористость (2 – 5%) и способны накап- ливать значительное количество газа и во- ды. Алевролиты имеют прочность 30 – 60 МПа и содержат разное количество гли- нистых минералов: от 10 до 60% в зависи- мости тот типа цемента. Аргиллиты харак- теризуются минимальной прочностью, ко- торая колеблется в пределах 20 – 50 МПа и способны выполнять функции водоупоров и газовых покрышек. Iсм, м3/мин Рис. 1. Дебит дегазационных скважин Наблюдения за дебитом дегазационных скважин показали, что суммарный объем извлекаемой метановоздушной смеси из скважин может различаться в несколько раз. Максимум интенсивности газовыделе- ния наблюдается через два – три дня после подработки скважин очистным забоем. Абсолютные показатели максимального дебита существенно варьируются (рис. 1), что объясняется изменяющимися условия- ми, в которых работают скважины. Иссле- дования показали наличие повреждений и разрушений в газопроводящей части сква- жин, что при определенных условиях мо- жет существенно снижать эффективность дегазации. Способ текущей дегазации скважинами, пробуренными с поверхности при средней глубине отработки запасов угля в Украине более 700 м, имеет сущест- венный недостаток в сравнении со спосо- бами дегазации скважинами, пробуренны- ми с подготовительных выработок – вели- чина газоприемной части скважины (для условий шахтоуправления «Покровское» около 100 м) существенно меньше газо- проводящей части скважины. Большая до- ля затрат идет на обеспечение канала вы- хода метановоздушной смеси на поверх- ность. Также в целях полезного использо- вания метановоздушной смеси в качестве энергоносителя на когенерационной стан- ции необходимо сооружать сеть газопро- водов на поверхности по протяженности сопоставимую с длиной подземного тру- бопровода. Плотность бурения скважин определяется из расчета минимизации из взаимного влияния. Для условий шахто- управления «Покровское» на этапе проек- тирования был определен шаг бурения скважин, равный 300 м. Таким образом, для выемочного столба длиной до 3000 м необходимо пробурить не более 9 – 10 де- газационных скважин. Разрушение или снижение пропускной способности газо- проводящего канала хотя бы одной сква- жины приводит к снижению эффективно- сти способа дегазации в целом на выемоч- ном участке. Следовательно, исследование процессов деформации углепородного массива после его подработки и степени их влияния на скважины, а также разработка мер, направленных на повышение устой- чивости скважин является ключевым на- 63 правлением по обеспечению эффективно- сти данного способа дегазации и определя- ет перспективы его развития. Установлено, что наиболее вероятной причиной повреждения ствола скважины является сосредоточенный сдвиг пород в слоистой толще вдоль напластования. Важно также отметить, что сосредоточен- ный срез ствола скважины имеет макси- мальную амплитуду в зоне наибольших изгибов, а после перехода скважины в зону полных сдвижений амплитуда среза может (но не обязательно) уменьшиться или со- всем исчезнуть. Этот процесс определяется эффектами, сопровождающими сложный процесс необратимых сдвижений массива горных пород. Установлено, что величина сосредоточенного среза ствола скважины существенно зависит от таких факторов, как механические свойства горных пород, физико-механические свойства контактов между смежными породными слоями, сте- пень обводненности подрабатываемого массива, скорость подвигания очистного забоя, который подрабатывает скважину, место расположения скважины относи- тельно боковых границ выработанного пространства, то есть относительно венти- ляционного или конвейерного штрека, рас- стояние до кровли отрабатываемого пла- ста. Достоверность факта преобладающего разрушения вертикальных скважин от со- средоточенных деформаций среза, ориенти- рованного вдоль слоистости массива, под- тверждена статистически визуальными на- блюдениями. Особенности перераспределения каса- тельных деформаций и напряжений иссле- дованы с помощью современной цифровой модели (FLAC3D manual. ITASCA Consulting group 2008). Моделирование процесса необратимых сдвижений осущест- влялось в трехмерной постановке с учетом разных скоростей подвигания очистного забоя. Пласт мощностью 1,7 м отрабатыва- ли на глубине 800 м. Дина лавы составляла 200 м, а темпы ее подвигания изменяли в пределах от 50 до 250 м/мес. Установлено, что после отхода лавы от монтажной каме- ры на величину примерно равную длине ла- вы касательные деформации вдоль напла- стования достигают максимума и стабили- зируются. При этом наибольший уровень касательных деформаций приурочен к об- ласти непосредственной и основной кровли отрабатываемого пласта. По мере удаления вверх амплитуда касательных деформаций вдоль слоистости затухает. Таким образом, чем больше глинистых минералов содер- жится во вмещающих породных слоях и чем больше их обводненность, тем вероят- нее возникновение сосредоточенного сдви- га вдоль межслоевого контакта и больше амплитуда самого сдвига. Важно отметить также то, что с ростом скорости подвига- ния очистного забоя величина деформаций сосредоточенного сдвига вдоль слоистости уменьшается. На рис. 2 приведено распре- деление касательных деформаций вдоль наслоения, полученное для среднего сече- ния зоны полных сдвижений вокруг лавы, отошедшей от монтажной камеры на 300 м. Скорость подвигания лавы в данном случае составляла 100 м/мес. Видно, что наибольшие величины деформаций сосре- доточенного сдвига концентрируются во- круг зоны максимальных изгибов в преде- лах зоны полных сдвижений. Именно эта область является наиболее опасной с точки зрения сосредоточенного среза ствола де- газационной скважины. Следует отметить, что в зависимости от содержания глини- стых минералов и водоносности слоев со- средоточенный сдвиг может возникнуть на любом интервале скважины, исключая, пожалуй, только тот ее участок, который расположен в наносах. МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ДЕГАЗАЦИОННЫХ СКВАЖИН Исходя из установленных закономер- ностей распределения опасных деформа- ций был предложен метод повышения ус- тойчивости дегазационной скважины, ос- нованный на выборе рациональных пара- метров расположения ее ствола относи- 64 тельно указанной опасной зоны. Общий принцип расположения дегазационной скважины иллюстрируется пунктирной линией на рис. 2. Газопроводящую (верх- нюю) часть скважины целесообразно рас- положить за пределами опасной зоны, по- скольку на компьютерной модели и с по- мощью мониторинга в натурных условиях была доказана возможность среза ствола скважины практически на любом ее интер- вале. Нижний (переходный) участок сква- жины целесообразно выполнить криволи- нейным с таким расчетом, чтобы ее ось была по возможности параллельна или по крайней мере конгруэнтна плоскости на- пластования. В этом случае срез будет происходить примерно вдоль оси скважи- ны, а не перпендикулярно к указанной оси. Благодаря этому сосредоточенный срез не приведет к потере сечения скважины на участке пересечения опасной зоны. Газо- приемный участок необходимо располо- жить примерно перпендикулярно к напла- стованию, что позволит пересечь макси- мальное число трещин, отдающих газ. На этом участке сосредоточенный срез не так опасен, поскольку проницаемость массива будет обеспечиваться за счет объемной сетки систем трещин, которая образуется непосредственно в зоне беспорядочного обрушения и полных сдвижений. FLAC3D 3.10 Itasca Consulting Group, Inc. Minneapolis, MN USA ©2006 Itasca Consulting Group, Inc. Step 9101 Model Perspective 09:57:48 Sat Apr 12 2014 Center: X: 3.468e+002 Y: 3.694e+002 Z: 4.094e+002 Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 30.000 Dist: 2.180e+003 Mag.: 1.25 Ang.: 22.500 Sketch Magfac = 0.000e+000 Live mech zones shown Linestyle Contour of SXZ Magfac = 0.000e+000 Live mech zones shown Gradient Calculation -3.8735e+006 to -3.0000e+006 -3.0000e+006 to -2.0000e+006 -2.0000e+006 to -1.0000e+006 -1.0000e+006 to 0.0000e+000 0.0000e+000 to 1.0000e+006 1.0000e+006 to 2.0000e+006 2.0000e+006 to 3.0000e+006 3.0000e+006 to 3.6267e+006 Interval = 1.0e+006 Рис. 2. Распределение касательных деформаций в окрестности движущегося очистного забоя На рис. 3 показан разрез и план вы- емочного участка с дегазационной сква- жиной, дизайн которой учитывает описан- ный выше метод повышения устойчивости. Газопроводящий канал скважины, прохо- дящий от земной поверхности до точки B , предлагается размещать вне зоны, опасной по сосредоточенным сдвигам для дегаза- ционных скважин, определенной углами δ , которые в свою очередь зависят от уг- лов зоны влияния выработанного про- странства и опасных деформаций β и γ . Вне этой зоны деформации сосредоточен- ного сдвига также присутствуют, однако их возможная величина не сможет повли- ять на пропускную способность скважины. Параметры переходного участка скважи- ны, между точками A и B , определяются углами ω и ε к проекции линии очистно- го забоя и к плоскости напластования. Со- 65 блюдение параметров переходного участка позволит минимизировать влияние дефор- маций сосредоточенного сдвига. Парамет- ры газоприемной части скважины, в пер- вую очередь, должны соответствовать тре- бованиям [4] и при возможности учиты- вать рекомендации [5]. δ1 δ2 λ1λ2 ψ1 ψ2 А В γη γо βη βо lо l А B ω α ε Рис. 3. Дизайн дегазационной скважины Пример реализации способа показан для условий шахтоуправления «Покров- ское» (см. рис. 3) [6]. Шахта отрабатывает одиночный пласт, который залегает под углом 10º к горизонту на глубине 800 м, вынимаемой мощностью =Bm 2 м. Систе- ма разработки столбовая по простиранию пласта. Длина очистного забоя лавы со- ставляет 300 м. Для реализации способа находят величины углов: =1ϕ 55º, =2ϕ 58º, =1λ 60º, =2λ 63º. Определяют шаг посадки основной кровли =ol 70 м. Затем находят граничные углы зоны влия- ния выработанного пространства в корен- ных породах. Со стороны восстания пласта =оγ 70º, со стороны падения пласта =оβ 62º, а также границы зоны опасных деформаций массива, выраженные углами со стороны восстания пласта =ηγ 90º, со стороны падения пласта =ηβ 82º. В заданных горно-геологических усло- виях выделена дегазируемая толща, высота которой оказалась равной 110 м. В эту зо- ну попадают четыре пласта-спутника не- рабочей мощности, которые размещаются в области газопроводящих трещин и явля- ются источником основного поступления метана. Затем определяют зону сосредото- ченных сдвигов массива, при этом угол между граничной линией зоны сосредото- ченных сдвигов массива и линией опасной трещиноватости составляют: =1δ 74º, =2δ 82º. Определяют расположение точек А и В в поперечном сечении очистного забоя. С поверхности бурят дегазационную скважину таким образом, чтобы основной участок газопроводящей части скважины находился за пределами границы зоны со- средоточенных сдвигов массива. При дос- тижении во время бурения глубины, соот- ветствующей расположению точки В , про- водят переходный криволинейный участок между точками А и В так, что проекция его оси лежит под углом =ω 45º к проекции линии очистного забоя, ориентированной в горизонтальной плоскости (см. рис. 3). При достижении во время бурения глу- бины, соответствующей точке А , газопри- емную перфорированную часть скважины проводят так, чтобы ее призабойный уча- сток располагался нормально к плоскости напластования на расстоянии от границы выработанного пространства =l 100 м, что соответствует условию oll < . 66 ВЫВОДЫ Таким образом, в результате реализа- ции способа получили достаточно полную и достоверную картину зоны сосредото- ченных сдвигов. Степень дегазации по сравнению с ближайшим аналогом повы- шена в 1,3 – 1,5 раза. Выполненные исследования позволили обосновать дизайн дегазационной скважи- ны, который обеспечит ее сохранность и работоспособность за счет рационального размещения газоприемной части относи- тельно границ выработанного пространства, а также оптимальной ориентации переход- ного и газоприемного участков. Ожидаемый экономический эффект от применения раз- работанного метода составляет 0,5 – 0,8 млн грн/километр выемочного столба. Этот эф- фект обусловлен возможностью получения дополнительной прибыли от реализации метана благодаря увеличению их дебита и продления жизненного цикла. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бурение скважин для освоения метаноугольных месторождений Донбасса / О.Д. Кожушок, М.А. Ильяшов, В.А. Турчин [и др.] // Бурiння. – 2012. – № 1(9) – 2012. – С. 89 – 92. 2. Обоснование методики прогноза мест разруше- ния стволов скважин, пробуренных с поверхности / М.А. Ильяшов, И.А. Дедич, Е.Н. Халимендиков [та ін.] // Уголь Украины. – 2014. – № 3. – С. 3 – 9. 3. Назимко В.В. Исследование связи между деформа- цией дегазационной скважины и ее аэродинамическими параметрами / В.В. Назимко, А.И. Демченко, П.А. Брюха- нов // Способы и средства создания безопасных и здоро- вых условий труда в угольных шахтах: сб. науч. тр. – Макеевка: МакНИИ, 2010. – № 2(26). –С. 25 – 42. 4. СОУ 10.1.00174088.001-2004. Дегазация угольных шахт. Требования к способам и схемы дегазации. – К., 2004. – 162 с. 5. Оптимизация размещения и конструкции дегаза- ционных скважин, пробуренных с поверхности / О.Д. Ко- жушок, А.В. Агафонов, В.Н. Кочерга [и др.] // Уголь Украи- ны. – 2013. – № 4. – С. 20 – 24. 6. Спосіб дегазації підроблюваного вуглепородного массиву. Заявка на патент 04.12.13. ОБ АВТОРАХ Назимко Виктор Викторович – д.т.н., профессор- кафедры маркшейдерского дела Донецкого националь- ного технического университета. Дедич Иван Александрович – инженер, специалист проектного и научно-исследовательского центра ПрАО «Донецксталь» – металлургический завод».

Повышение устойчивости дегазационных скважин, пробуренных с поверхности при их подработке очистными забоями

Репозитарії

Схожі ресурси