Спосіб дегазації підроблюваного вуглепородного масиву

Реферат: UA 77829 U UA 77829 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вугільної промисловості, а саме - до проблеми вдосконалення підземної дегазації, для умов наявності гідростатичного розподілу напружень в масиві гірських порід і може бути використана для підвищення стійкості дегазаційних свердловини, забезпечуючи безпеку ведення гірничих робіт та підвищення ступеня дегазації масиву. Відомий спосіб дегазації підроблюваного вуглепородного масиву [Технологічні схеми відпрацювання газоносних пластів з великими навантаженнями на очисні вибої: СОУ-П 10.1.00185790.014:2009, Мінвуглепром Україні. 2010. - С 102-105], який передбачає буріння дегазаційних свердловин із підготовчої виробки в породи покрівлі, що вміщують пластисупутники, обсаджування свердловин і герметизацію їх устя, підключення свердловин до трубопроводу і відсмоктування газу з них. Відомий спосіб не дозволяє безпечно вести гірничі роботи через те, що дегазаційні свердловини недостатньо стійкі, що призводить до виходу їх з ладу. Це обумовлено тим, що в реальних умовах сили тимчасового опорного тиску можуть спричиняти: заповнення ствола свердловини вугільним або породним дрібняком; утворення відколів по нашаруванню внаслідок зрушення по площині міжшарових контактів різних порід покрівлі; зім'яття обсадних колон та ін. Вихід з ладу свердловин супроводжується різким зниженням концентрації метану (у деяких випадках вона може бути менше 30 %) у відвідної суміші. Збільшення підсмоктувань повітря і розбавлення метаноповітряної суміші знижує ефективність поточної дегазації і загрожує безпеці ведення гірничих робіт. Найбільш близьким за технічною суттю до заявленого способу є спосіб дегазації підроблюваного вуглепородного масиву при стовповій системі розробки [SU, № 1043320 А, МПК E21F 7/00, опубл. 23.09.1983р.], що включає буріння дегазаційних свердловин із підготовчої виробки розроблюваного пласта попереду лави, паралельно лінії очисного вибою на пластисупутники і шари газоносних порід, обсаджування кожної свердловини та герметизацію її устя кожної, підключення до устя дегазаційного трубопроводу, відсмоктування зі свердловини газу, зведення охоронної споруди (у вигляді смуги) позаду лави у виробленому просторі по всій довжині проекції свердловини на площину підошви розроблюваного пласту. Відомий спосіб не забезпечує необхідну стійкість дегазаційних свердловин, обумовлюючи небезпеку додаткового виділення метану з підроблюваного вуглепородного масиву, що призводить до загазування лави, з наступних причин. Реалізація способу передбачає зведення позаду лави охоронної споруди, ширина якої завелика, що створює додаткову загрозу для робітників, які працюють під землею. Спосіб ускладнює відпрацювання запасів дільниці і є дуже дорогим. При цьому безпека ведення гірничих робіт є недостатньою, оскільки не гарантується збереження устя свердловини від високої концентрації напружень на стінки свердловини, що виникають внаслідок спорудження смуги, позаду лави та від дії опорного тиску попереду неї. З посуванням лави проходження свердловин через зону зрушень позаду лави викликає зміну напружено-деформованого стану вміщуючого масиву гірських порід і призводить до зміщення свердловини відносно осі і активізації деформацій стінок свердловин. Однак, зведення охоронної смуги, протидіючи цим зрушенням, викликає збільшення напружень на устя свердловини, обумовлюючи зменшення прохідності її перерізу відносно первинного стану. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу дегазації підроблюваного вуглепородного масиву, в якому за рахунок створення замкнутого контуру зі зменшенням ширини охоронної споруди в залежності від зони непружних деформацій підготовчої виробки, забезпечується зниження напружень на стінки свердловини, збереження її каналу від зрушень та прохідності перерізу, що призводить до підвищення ступеня дегазації масиву і стійкості свердловини при безпеці ведення гірничих робіт і здешевленні способу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі дегазації підроблюваного вуглепородного масиву, що включає буріння дегазаційних свердловин із підготовчої виробки попереду лави на пласти-супутники і шари газоносних порід, обсаджування кожної свердловини та герметизацію її устя, підключення до нього дегазаційного трубопроводу, відсмоктування газу зі свердловини і зведення охоронної споруди у виробленому просторі, згідно з корисною моделлю концентрично осі дегазаційної свердловини бурять шпури та заповнюють їх поліуретановою піною, при цьому відстань між осями шпурів та віссю свердловини визначають за наступною залежністю:    H   , - відстань між осями шпурів та віссю свердловини, м; R з.к.  kr x rc 1  5,7  K R  0,21  R з.к.    c.o.   k r - коефіцієнт впливу зони непружних деформацій; rc - радіус свердловини, м;  - питома вага 3 порід, МН/м ; H - глибина закладання підготовчої виробки, м; K c.o. - коефіцієнт структурного 2 ослаблення порід; R - середньозважений опір порід стисненню, МН/м , а охоронну споруду 1 UA 77829 U 5 10 15 20 25 30 35 викладають шириною не менше, ніж довжина проекції обсадженої частини свердловини на площину підошви розроблюваного вугільного пласта. Суть способу дегазації підроблюваного вуглепородного масиву пояснюється кресленнями, де: на фіг. 1 представлений переріз підготовчої виробки з пробуреними дегазаційною свердловиною і шпурами; на фіг. 2 - А-А на фіг. 1, де: 1 - розроблюваний вугільний пласт; 2 арочне металеве кріплення підготовчої виробки; 3 - вміщуючі породи покрівлі; 4 - дегазаційна свердловина; 5 - обсаджена частина свердловини; 6 - шпури; 7 - відстань між віссю свердловини і осями шпурів ( Rк.p. ); 8 - охоронна споруда; 9 - радіус свердловини ( rc ); 10 радіус свердловини шпурів. Спосіб здійснюють наступним чином. До початку відпрацювання запасів або поза зоною випереджаючого опорного тиску, з підготовчої виробки попереду лави, назустріч очисному вибою, бурять дегазаційні свердловини 4 радіусом 9 на пласти-супутники і шари газоносних порід 3 покрівлі. Кожною свердловину обсаджують трубою на частину 5 і герметизують її устя. Потім устя підключають до дегазаційного трубопроводу, оснащеного запобіжним клапаном, та за допомогою поверхневих вакуум-насосів створюють розрідження. Здійснюють відсмоктування газу зі свердловини відкриванням запобіжного клапана. Для створення замкнутого контуру розвантаження, що забезпечує підвищення стійкості роботи свердловини, концентрично її осі бурять шпури 6 радіусом 10, на відстані 7 між їх осями і віссю свердловини 4, яку визначають за пропонованою залежністю:   H   . R з.к.  kr x rc 1  5,7  K R  0,21     c.o.   Буріння шпурів не концентрично осі свердловини може призвести до того, що при інтенсифікації напружень, в зоні опорного тиску, розподіл розвантажуючого ефекту не буде рівномірним по перерізу свердловини і частина її може зруйнуватися. Пробурені шпури заповнюють поліуретановою піною, для ущільнення герметизації. У виробленому просторі, після проходження лави, викладають охоронну споруду 8 шириною не менше, ніж довжина проекції обсадженої частини свердловини на площину підошви розроблюваного вугільного пласта, яку визначають в залежності від зони непружних деформацій підготовчої виробки. Приклад. При виконанні поточної дегазації пластів-супутників були пробурені свердловини довжиною 120 м, діаметром 132 м, обсаджені на глибину 15 м і підключені до трубопроводу діаметром 530 мм. Свердловини були пробурені з вентиляційного штреку назустріч очисному вибою під кутом 60° у напрямі осі виробки. Щодо горизонталі кут підйому свердловини становив 60°. Навколо кожної з свердловин були концентрично пробурені по 8 шпурів рівновіддалених один від одного   (   360  360  45 ), глибиною 5 м, діаметром 0,053 м, відстань між осями свердловини і n 8 шпурів визначали з пропонованої залежності: 40   36  Rк.р.  0,5 х 0,066 1  5,7  0,21  0,133 м ,  48,5   де Kr  0,5 ; rc  0,066 м ; H  1333 м ; R  48,5 МН / м2 ; 45 50   0,027 МН / м3 ; K c.o.  1 (порушень не було). Охоронну полосу із "би-крепи" споруджували у виробленому просторі шириною 5 м. Пробурені шпури заповнювали пінополіуретановою піною. Виміряна за допомогою датчиків величина напружень на контурі свердловини відповідала на 20 % менше, ніж значення напружень при способі найближчого аналога. При цьому час продуктивної роботи свердловини збільшився на 32 доби у порівнянні з відомим способом дегазації. Зниження напружень за допомогою контуру розвантаження дозволило зменшити ширину охоронної полоси, яку визначають в залежності від зони непружних деформацій підготовчої виробки, зберігаючи при цьому канал свердловини та прохідність її перерізу. 2 UA 77829 U Доведено, за допомогою нутроміра, що застосування способу зберігає канал свердловини від зрушень та прохідність її перерізу, підвищує ступінь дегазації і стійкість свердловини при безпеці ведення гірничих робіт т і здешевлення способу. 5 10 15 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб дегазації підроблюваного вуглепородного масиву, що включає буріння дегазаційних свердловин із підготовчої виробки попереду лави на пласти-супутники і шари газоносних порід, обсаджування кожної свердловини та герметизацію її устя, підключення до нього дегазаційного трубопроводу, відсмоктування газу зі свердловини і зведення охоронної споруди у виробленому просторі, який відрізняється тим, що концентрично осі дегазаційної свердловини бурять шпури та заповнюють їх поліуретановою піною, при цьому відстань між осями шпурів та віссю свердловини визначають за наступною залежністю:    H   R з.к.  kr x rc 1  5,7  K R  0,21  ,    c.o.   де R з.к. - відстань між осями шпурів та віссю свердловини, м; k r - коефіцієнт впливу зони непружних деформацій; rc - радіус свердловини, м; 3  - питома вага порід, МН/м ; H - глибина закладання підготовчої виробки, м; K c.o. - коефіцієнт структурного ослаблення порід; 2 R - середньозважений опір порід стисненню, МН/м , а охоронну споруду викладають шириною не менше, ніж довжина проекції обсадженої частини свердловини на площину підошви розроблюваного вугільного пласта. 3 UA 77829 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4