Герметизатор шпурів або свердловин для контролю газовиділення

Винахід відноситься до гірничої промисловості і може бути використаний для локалізації газової камери в шпурах або свердловинах діаметром 42 - 50мм та вимірювання газовиділення при веденні прогнозу викидонебезпечності і контролю ефективності локальних та регіональних противикидних заходів. Відомий герметизатор свердловин для контролю газовиділення, який включає корпус, виконаний у вигляді патрубка з головним та хвостовим ніпелями, розподільний пристрій, рукав, що пружно розширяється, надітий на корпус і закріплений на ньому своїми кінцями з утворенням між місцями кріплення кільцевої камери герметизації, трубки засилання герметизатора в свердловину, з'єднувальні трубопроводи та контрольно-вимірювальні прилади (Авт. св. СРСР №544754, кл. E21F5/00). Недоліком цього герметизатора є великі затрати часу для засилання його в свердловину за допомогою жорсткого трубчастого складеного досильного пристрою, що знижує оперативність і надійність результату вимірювання газовиділення. Відсутність у даного герметизатора пристрою для фіксування та регулювання розміру газової камери шпура також знижує точність вимірювання газовиділення з неї. Відомий також герметизатор шпурів або свердловин для контролю газовиділення, обраний за прототип, який включає ущільнювальний елемент, виконаний у вигляді жорсткого трубчастого корпуса з кінцевими ніпельними опорами та пружною манжетою, яка надіта на корпус в його кінцевих ніпельних опорах-за допомогою бандажа і утворює з корпусом кільцеву камеру обмежувальний елемент, виконаний у вигляді перфорованого і заглушеного з боку вибою свердловини ковпака, закріпленого на вибійному кінці ущільнювального елемента, засіб досилання герметизатора в шпур або свердловину, контрольно-вимірювальний вузол, систему для подачі повітря, що складається з ручного насоса, повітропроводу та повітропідвідної трубки (Авт. св. СССР №787677, кл. E21F5/00). Недоліками даного герметизатора є велика трудомісткість робот (30 - 40 качків насосом) для утворення необхідного тиску (0,3 - 0,4МПа згідно ТУ) в ущільнювальному елементі внаслідок застосування ручного насоса з невеликим об'ємом повітряної камери та неможливість своєчасної (не пізніше 2хв після закінчення буріння інтервалу шпура у відповідності з вимогами нормативних документів) герметизації газової камери в шпурі. В основу винаходу поставлено завдання створити такий герметизатор шпурів або свердловин для контролю газовиділення, в якому нове виконання системи подачі повітря дозволило б забезпечити її підключення до шахтного трудопроводу стисненого повітря і за рахунок цього зменшити трудомісткість та підвищити оперативність і точність вимірювання газовиділення. Для цього в герметизаторі шпурів або свердловин для контролю газовиділення, який включає систему для подачі повітря, герметизуючий елемент, виконаний у вигляді жорсткого трубчастого корпусу з кінцевими ніпельними опорами та пружною манжетою, яка надіта на корпус, закріплена на корпусі в його кінцевих ніпельних опорах за допомогою бандажа і утворює з корпусом кільцеву камеру, обмежувальний елемент, закріплений на вибійному кінці герметизуючого елемента, засіб досилання герметизатора в шпур або свердловину та контрольно-вимірювальний вузол, згідно з винаходом система для подачі повітря обладнана рукавом, один кінець котрого виконано з можливістю підключення до контрольно-вимірювального вузла, другий - до шахтного трубопроводу стисненого повітря, а третій - до пневмосвердла, а обмежувальний елемент складається із телескопічно з'єднаних секцій. Зменшення трудомісткості робіт із застосуванням пропонованого герметизатора досягається тим, що система подачі повітря виконана з можливістю підключення до шахтного трубопроводу стисненого повітря для створення необхідного розпору і тиску в герметизуючому елементі на протязі короткого часу (менше 1хв), причому конструкція системи дозволяє на кожному з інтервалів вимірювання газовиділення проводити підключення герметизатора до трубопроводу стисненого повітря без відключення від нього пневмосвердла після буріння інтервалу шпура. Відомо (Ольховиченко О.Є. Прогноз викидонебезпечності вугільних пластів. - М.: Надра, 1982. - С.23 - 25), що в початковий момент після закінчення буріння шпура та його негайної герметизації, на протязі приблизно 0,5 - 2,0хв, відбувається наростання швидкості газовиділення із шпура (витрати газу), викликане процесом заповнення газової камери вільним газом із стінок шпура. Потім за рахунок дегазації пласта в радіусі дії шпура відбувається повільне зниження швидкості газовиділення. Тому скорочення розриву в часі між моментом закінчення буріння інтервалу шпура і початком вимірювання газовиділення дозволяє підвищити надійність результату вимірювання та його точність за рахунок виміру витрати газу, близької до максимальної, що зменшує похибку вимірювання. Підвищення точності вимірювань забезпечується також конструкцією обмежувального елемента, виконаного у вигляді телескопічно з'єднаних секцій, який дозволяє оперативно і достатньо точно встановлювати необхідну довжину газової камери в залежності від розв'язуваного завдання при веденні прогнозу викидонебезпечності та контролю ефективності противикидних заходів. Крім того, система подачі повітря може використовуватися для швидкого виймання герметизатора із шпура шляхом подачі в газову камеру стисненого повітря у випадку заштибування шпура (свердловини) вугільним дріб'язком після чи під час виконання вимірювань. На фіг.1 показано загальний вид герметизатора; на фіг.2 - переріз А - А на фіг.1 (внутрішня труба обмежувального елемента максимально висунута). Герметизатор містить обмежувальний елемент 1, герметизуючий елемент 2, пристрій 3 для досилання елементів 1 і 2 в шпур (свердловину), контрольно-вимірювальний вузол 4 та систему 5 для подачі стисненого повітря. Указані частини з'єднані між собою різьбовими і ніпельними з'єднаннями. Обмежувальний елемент 1 складається з двох телескопічно з'єднаних трубок 6 і 7. На обох кінцях трубки 7 є різьба для фіксування трубки 6 в повністю висунутому та засунутому положеннях, які визначають розміри утворюваної між герметизуючим елементом 2 та вибоєм шпура газової камери довжиною 0,5 і 0,2м відповідно. Герметизуючий елемент 2 складається з жорсткого трубчастого корпусу 8, на який надіта манжета 9, закріпена на кінцевих ніпельних опорах 10 за допомогою дротяного бандажа 11. Всередині корпусу 8 розташована жорстка трубка 12 для подачі повітря, яка проходить і через пристрій 3. Один кінець трубки 12 виведено на зовнішню поверхню корпуса 8 в середній його частині. Кінець герметизуючого елемента 2, до якого приєднаний обмежувальний елемент 1, названо "забійним". Пристрій 3 для досилання елементів 1 і 2 в шпур (свердловину) являє собаю порожнистий гнучкий шланг, всередині якого розташована трубка 12 і по якому відводиться газ з газової камери. Пристрій 3 з'єднаний з контрольно-вимірювальним вузлом 4, що складається з манометра 13, клапана 14 для скидання тиску та штуцера 15 для відведення газу. Система 5 для подачі повітря складається з перехідника 16, який являє собою трійник, один кінець котрого підключено до шахтного трубопроводу стисненого повітря, другий - до пневмосвердла, третій - через вентиль 17, рукав 18, накидну гайку 19 з ніпелем - до контрольно-вимірювального вузла 4. В процесі роботи герметизатора уздовж герметизуючого елемента утворюється камера 20 між корпусом 8 і манжетою 9 (кільцева камера). Пристрій працює таким чином. Перед початком вимірювань за допомогою обмежувального елемента 1 встановлюють розмір газової камери шпура (свердловини). Система 5 для подачі повітря підключається до шахтного трубопроводу стисненого повітря, пневмосвердла (на фіг. не показано) і контрольно-вимірювального вузла 4. При закритому положенні вентиля 17 системи 5 пневмосвердлом бурять певний інтервал шпура (свердловини). Після розштибування елементи 1 і 2 подають за допомогою пристрою 3 в шпур (свердловину) до упору трубки 6 у вибій. Не від'єднуючи пневмосвердла, відкривають вентиль 17 і подають стиснене повітря з шахтного повітропроводу по повітропідвідній трубці 12 в камеру 20. При досягненні в камері 20 тиску 0,3 - 0,4МПа, який контролюють за манометром 13, вентиль 17 закривають. При цьому манжета 9 по всій довжині щільно притискається до стінок шпура (свердловини). Газ, що виділяється з газової камери, утвореної стінками шпура (свердловини) і герметизатором, проходить через перфоровані трубки 6 і 7 у внутрішню порожнину пристрою 3, яка утворюється між внутрішньою оболонкою гнучкого порожнистого шланга і зовнішньою поверхнею трубки 12, і по ній поступає до контрольно-вимірювального вузла 4 і виходіть через штуцер 15 до витратоміра газу (на фіг. не показано). Після виконання вимірювань розгерметизація шпура (свердловини) проводиться натисканням на кнопку клапана 14. При цьому стиснене повітря виходить в атмосферу і тиск в герметизуючому елементі 2 падає до нуля. Потім герметизуючий 2, обмежувальний 1 елементи і частину пристрою 3, яка знаходиться в шпурі (свердловині), виймають із шпура (свердловини). Для обгрунтування необхідності точного фіксування довжини газової камери шпура за допомогою обмежувального елемента, який розсувається, були проведені прямі вимірювання початкової швидкості газовиділення із шпура g на викидонебезпечному пласті гор.1020м ш. 60-річчя Радянської України ВО "Донецьквугілля". Із вибою підготовчої виробки в напрямку її посування буриться шпур глибиною 3м. Після закінчення буріння, у відповідності з "Інструкцією з безпечного ведення гірничих робіт на пластах, небезпечних за раптовими викидами вугілля, породи та газу" (М.: Ін-т гірничої справи ім. О.О. Скочинського, 1989. - С. 35), здійснювали герметизацію шпура гнучким герметизатором з обмежувальним елементом, висунутим на 0,5м. Вимірювання початкової швидкості газовиділення g з газової камери шпура довжиною 0,5м виконували витратоміром газу, наприклад ПГ-2МА. Провівши п'ять вимірювань gн на протязі не більше 1хв, скинувши тиск повітря в кільцевій камері герметизуючого елемента, герметизатор пересували на 10см, знову герметизували шпур і проводили ще п'ять вимірювань на протязі 1хв. Потім, скинувши тиск, виймали герметизатор, зменшували довжину обмежувального елемента і здійснювали герметизацію газової камери шпура довжиною 0,4м. Знову проводили п'ять вимірювань gн на протязі 1хв. За результатами описаної серії вимірювань в кожному шпурі обчислювали похибку результату вимірювань g із газової камери різної довжини. Результати досліджень по одному із шпурів приведені в таблиці. Як видно з таблиці, відхилення довжини газової камери на величину до 10см приводить до збільшення на порядок похибки результату вимірювань початкової швидкості газовиділення gн і помилок 1 - го та 2 - го роду в оцінці викидонебезпечності вугільного пласта у вибої. Так, при значенні критерію викидонебезпечності за поточним прогнозом для даного пласта gн = 4,5л/хв невикидобезпечна величина g н = 3,60л/хв (див. табл.) в дійсності може виявитися викидонебезпечною (gн = 3,60 + 0,90 = 4,50л/хв) ("Інструкція..,", згадана вище, с.36). З іншого боку, виміряне викидонебезпечне значення, наприклад, gн = 5,10л/хв можна з врахуванням похибки вимірювань прийняти за величину gн = 5,10 - 0,70 = 4,40л/хв (безпечно). Таким чином, недотримування фіксованої довжини газової камери може приводити до грубих помилок в поточному прогнозі викидонебезпечності пласта у рухомому вибої гірничої виробки.