Спосіб запобігання викидам вугілля та газу

Спосіб запобігання раптовим викидам вугілля та газу, який полягає в бурінні випереджальних свердловин поперед вибою виробки, визначенні енергії акустичного сигналу в процесі буріння, визначенні в рівновеликих інтервалах коефіцієнта привантаження, що відповідає відношенню макси 3 17924 4 Крім того, у небезпечних за викидами вугілля дрібняку з кожного метра їх довжини. Установлета газу зонах найчастіше не вдається пробурити но, що у разі буріння свердловини по викидонебесвердловину навіть малого діаметра внаслідок зпечному пласту шнеком, діаметр якого 80мм, сеінтенсивного виносу штибу й газу, а також затисредній діаметр свердловини, визначений за нення бурового інструмента в інтервалах свердоб'ємом бурового дрібняку, становить 150-240мм, ловини з підвищеним напруженим станом масиву. досягаючи на окремих інтервалах - 700мм. Цей У основу корисної моделі поставлено завданфакт дозволяє скасувати розбурювання свердлоня зі створення способу запобігання раптовим вивини шнеком великого діаметра, тобто, замінити кидам вугілля та газу, у якому за рахунок буріння буріння випереджальних свердловин малого діавипереджальних свердловин оптимальних діаметметра з наступним їх розбурюванням на буріння ра та довжини досягнуто максимальне розвантасвердловини діаметром 80мм. ження викидонебезпечного гірського масиву, що За період (1953-1977 pp.) масового застосузабезпечує підвищення безпеки робіт. вання в Донбасі випереджальних свердловин, у Поставлене завдання розв'язується за рахунок процесі їх буріння сталося 155 раптових викидів того, що в способі запобігання раптовим викидам вугілля та газу, з них близько 80% при діаметрі вугілля та газу, який полягає в бурінні випереджасвердловин 150-300мм, близько 17% при діаметрі льних свердловин поперед вибою виробки, визна100-120мм і менше 4% при діаметрі 60-80мм. Сеченні енергії акустичного сигналу в процесі бурінредня інтенсивність викидів зменшується зі змення, визначенні в рівновеликих інтервалах шенням діаметра свердловини і дорівнює 170т коефіцієнта привантаження, що відповідає відновугілля, 45т, 4т відповідно. Середня глибина свершенню максимального значення енергії до його дловини, при бурінні якої можливий викид вугілля значення в наступних інтервалах буріння, порівта газу 5-6м, а максимальна -14м. Нерідкі випадки нянні цих значень із критичним і визначенні вели"внутрішніх" викидів без виносу вугілля у виробку й чини незнижуваного випередження, згідно з корисруйнування її привибійної частини. Такі випадки ною моделлю, коефіцієнт привантаження мали місце під час буріння свердловин завглибшвизначають роздільно для інтервалу свердловини ки 5м. Це пояснюється локалізацією й загасанням довжиною до 20м і більше 20м, незнижуване вивикиду вугілля та газу в початковій стадії його розпередження приймають рівним не менше відстані витку, внаслідок того, що в процесі буріння буродо першого максимального значення коефіцієнта вим інструментом перекривається значна частина привантаження, а довжину свердловини приймаканалу свердловини. При довжині свердловини ють більше подвоєної величини незнижуваного більше 14м зареєстровано тільки "внутрішні" викивипередження, причому, якщо в процесі буріння ди вугілля та газу. якої-небудь свердловини коефіцієнт привантаженЗважаючи на викладене, під час розроблення ня перевищив критичний рівень, буріння припинязаходів, що забезпечують безпеку робітників, приють, бурять сусідні свердловини до зменшення йнято різні методи буріння свердловин завдовжки коефіцієнта привантаження нижче критичного рівдо 20м і більше 20м. У зв'язку із цим, критичні знаня, а потім добурюють припинену свердловину до чення коефіцієнта привантаження, слід визначати проектної глибини. роздільно для свердловин завдовжки до 20м і заНа фігурах 1, 2 наведено значення коефіцієнвдовжки більше 20м. тів при вантаження, які було визначено під час Критичний рівень коефіцієнта привантаження буріння свердловин у вентиляційному хіднику 14-х може бути визначено під час перетинання свердлав. ловиною потенційно небезпечної з викидів зони, Дослідженнями встановлено, що енергія акусщо відзначається підвищеним виходом штибу та тичного сигналу залежить від залишкової міцності газу. вугілля на вибої свердловини, що, у свою чергу, у Відомо, що викиди в процесі виймання вугілля значній мірі, визначається величиною гірського відбуваються при наближенні вибою до області тиску. Так, у максимумі опорного тиску воно іноді максимуму гірського тиску на деяку критичну відсдосягає настільки великих значень, що відбуватань. Буріння випереджальних свердловин спряється мимовільне руйнування вугілля, яке супромовано на розвантаження привибійної частини воджується інтенсивним виходом штибу й газу. Це масиву й зсув максимуму тиску в углиб масиву. явище служить одним з ознак викидонебезпеки. Однак величина цього зсуву на практиці не відома, При цьому значення коефіцієнта привантаження, тому в особливо небезпечних за викидами зонах визначені по параметрах сигналу, досягають 10-15 не виключено наближення до максимуму гірського і більше. Установлено також, що локальні підвитиску на недопустимо близьку відстань. Із практищення концентрації напруг мають місце не тільки в ки відомо, що положення максимуму гірського тисобласті максимумі гірського тиску в привибійній ку змінюється істотно - від 3-5 метрів до 10-12 мечастині, але й за її межами в глибині масиву. Такі трів і більше. У зв'язку із цим актуальною задачею зони підвищених напруг можуть служити причиною є визначення фактичної відстані до максимуму здавлювання бурового інструмента, а також джегірського тиску й обмеження виймання вугілля на релом викиду вугілля та газу в свердловину, так величину так званого незнижуваного випередженназиваного "внутрішнього" викиду. ня. Відстань до максимуму гірського тиску відповіПідвищені напруги в масиві й руйнування вудає відстані до першого від устя свердловини макгілля на вибої й стінках свердловини призводять симального значення коефіцієнта привантаження. до збільшення її діаметра. У процесі експерименУраховуючи мінливість положення максимуму котального буріння свердловин на шахті ім. О. Ф. ефіцієнта привантаження, величину незнижуваноЗасядька, здійснювалися виміри об'єму бурового 5 17924 6 го випередження потрібно збільшити в 1,2-1,5 раЯкщо в процесі буріння свердловин ознак визу. кидонебезпеки не було, то за критичний рівень Спосіб здійснюють так. беруть максимальне з одержаних під час буріння Наприклад, у підготовчому вибої намічають у свердловин значення коефіцієнта привантаження. одному циклі, тобто при одному положенні вибою, При наступному бурінні свердловин здійснюють буріння не менше 5 свердловин, розташовуючи їх коректування критичного рівня, якщо в якій-небудь свердловині буде зафіксовано інтенсивний винос рівномірно по ширині вибою і розвертаючи на 3 -7 штибу та газу або інші ознаки викидонебезпеки. у бік масиву від середньої свердловини, що бурять Значення коефіцієнта привантаження на цьому по нормалі до вибою. Діаметр свердловин не поінтервалі приймають як новий критичний рівень. винен перевищувати 80мм, що дозволяє здійснюЗа критичний рівень беруть максимальне з одервати буріння з мінімальними обмеженнями. Довжаних значень, зменшене на 10%, ураховуючи жина свердловин повинна бути не меншою за точність вимірів енергії акустичного сигналу. подвоєну відому величину незнижуваного випереЯкщо не вдається пробурити які-небудь із задження, але не менше 20м. планованих 5 свердловин, то посередині між ними Для реєстрації акустичного сигналу в процесі бурять додаткові, а потім добурюють залишені. буріння й передачі його на поверхню використоУ 3-5 циклах розвідницького буріння визначавують сейсмоприймач із апаратурою передачі акують величину незнижуваного випередження й за стичного сигналу на поверхню. необхідності коректують довжину свердловин. ВеСейсмоприймач установлюють у шпурі заличина незнижуваного випередження повинна вглибшки до 1м у стінці виробки на відстані 2-3м бути не менше відстані до максимуму опорного від вибою. При бурінні в правій половині вибою тиску. Для його визначення використають резульсейсмоприймач установлюють у лівій стінці й натати буріння першої із циклу свердловини, і невпаки. Сейсмоприймач через переговірний признижуване випередження приймають таким, що стрій підключають до лінії зв'язку, по якій сигнал дорівнює відстані до першого максимуму коефіцієпередають на поверхню, де в наземному блоці він нта привантаження. Щоб урахувати мінливість проходить демодуляцію та посилення. До виходу цього параметра й точність його визначення, веназемного блока підключають персональний комличину незнижуваного випередження беруть тап'ютер, на якому оператор обробляє акустичний ким, що дорівнює 1,2-1,5 відстані до першого зафісигнал за програмою Мак НДІ. Гірничий майстер, ксованого максимуму коефіцієнта привантаження. що керує бурінням, через кожний метр буріння Виходячи з досвіду ведення робіт, величина не(або інший інтервал, який дорівнює довжині нарознижуваного випередження повинна бути не менщуваного бурового інструмента) повідомляє опеше 10м, а довжина свердловин - не менше 20м. раторові довжину свердловини й запитує резульПісля завершення буріння випереджальних тати обробки чергового пробуреного інтервалу. свердловин масив поперед вибою досить розванОператор на персональному комп'ютері обротажений. Виймання вугілля здійснюють засобами, бляє акустичний сигнал, визначаючи в результаті передбаченими паспортом, на безпечну відстань, енергію акустичного сигналу й коефіцієнт приваняка дорівнює довжині випереджальних свердловин таження. Для обчислення останнього при бурінні в за винятком незнижуваного випередження. межах 2-7м, де вугільний пласт розвантажений, Як приклад на фігурі 1 наведено розподіли кодегазований і має найвищу міцність на вибої сверефіцієнтів привантаження по довжині свердловин дловини, знаходять максимальне значення енергії діаметром 80мм, які пробурені у вентиляційному в якому-небудь інтервалі й потім обчислюють відхіднику 14-х лав пласта l1 шахти ім. О. Ф. Засядьношення цього максимального значення енергії до ка. При бурінні свердловини №1 на пікеті 18+9 м поточного середнього в інтервалі буріння. (фігура 1) підвищений вихід штибу та газу зафікДля визначення критичного рівня коефіцієнта совано під час буріння інтервалів 5-6м, коефіцієнт привантаження виконують розвідницьке буріння не привантаження досягає тут 3,82. При бурінні сверменше 30-ти випереджальних свердловин у межах дловини №3 на пікеті 24+1,5 (фігура 2) аналогічна безпечної за викидами вугілля та газу дільниці ситуація зафіксована на інтервалі 14-18м при вевиробки. Цю дільницю визначають, наприклад, личині коефіцієнта привантаження більше 2,6 і на автоматизованим контролем викидонебезпеки з інтервалі 32-34м при величині коефіцієнта більше параметрів техногенного акустичного сигналу. 3,4. Порядок буріння такий: першою бурять свердІз наведених даних випливає, що за критичний ловину в середині вибою по нормалі до нього, порівень коефіцієнта привантаження в інтервалі бутім по черзі ліворуч і праворуч від неї. ріння до 20м слід прийняти значення 2,6, а в інтеОдночасно виміряють об'єм виходу штибу. рвалі буріння більше 20м - 3,5. Якщо під час буріння якої-небудь зі свердловин Із наведених на фігурах 1 й 2 даних треба, буде зафіксовано ознаки викидонебезпеки, інтенщоб незнижуване випередження було не менше сивний вихід штибу (в 3-5 разів більше норми) або винос штибу в струмені газу, то буріння свердло6м 1,5=9м. По наведених свердловинах (як і по вини припиняють, а одержаний при цьому коефіцібільшості інших), досить інтенсивне привантаженєнт привантаження приймають за критичний ріня є на інтервалах 14-20м. вень. Поруч із припиненою свердловиною (ліворуч Експериментальне буріння випереджальних і праворуч) бурять інші передбачені паспортом, свердловин діаметром 80мм у підготовчих вибоях при цьому враховують критичний рівень коефіцієшахти ім. О.Ф. Засядька дозволило зробити такі нта привантаження. висновки. По-перше, залежно від положення устя свердловини у вибої, і її просторової орієнтації при 7 17924 8 бурінні серії з 5-7 свердловин, максимальні знабуріння сусідніх свердловин, які створюють потрічення коефіцієнта привантаження можуть змінюбне розвантаження масиву, після чого добурювати ватися в широких межах, досягаючи й критичного припинену свердловину через потенційно небезрівня. Це свідчить про нерівномірний розподіл напечну зону. Не можна допускати буріння свердлопруг поперед вибою. По-друге, у міру збільшення вин різної довжини, тому що при цьому не забезкількості свердловин, пробурених в одній серії при печується рівномірне оброблення масиву в межах одному положенні вибою, як правило, зменшуютьнезнижуваного випередження, що створює трудся середнє й максимальне значення коефіцієнтів нощі при бурінні наступної серії свердловин і не привантаження, що є наслідком розвантажувальвиключається ймовірність викиду вугілля та газу в ної дії пробурених свердловин. процесі виймання вугільного пласта. При зустрічі свердловиною потенційно небезпечної зони її подолання слід здійснювати шляхом Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601