СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ ДЕГАЗАЦИОННЫХ СКВАЖИН

Настоящее изобретение относится горной промышленности, к управлению проветриванием высокопроизводительных очистных угольных забоев с системой разработки месторождения длинными столбами по технологической схеме «шахта-пласт».

В приложении №24 к «Инструкции по дегазации угольных шахт», утвержденной приказом №679 Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 1 декабря 2011 года (далее по тексту приложение), указывается, что необходимо производить предварительную герметизацию устья скважин цементным песчаным раствором для последующей эффективной дегазации. Состав раствора определяется отношением цемент/песок = 1. Цемент применяется марки М500, по классификации ГОСТ 31108 ЦЕМ I 42,5Б. В пунктах 5-13 приложения приведены способы герметизации дегазационных скважин цементным раствором. По своей технической сущности в этих пунктах указаны способы выполнения тампонажа кольцевого затрубного пространства между обсадной трубой и скважиной для различных условий угла наклона скважины (восходящая или нисходящая угольная скважина), и характеристик вмещающих пород, сквозь которые пробурены скважины. Возможность и способ применения цементного песчаного раствора с отношением цемент/песок = 1 для заполнения дегазационной скважины после завершения ее эксплуатации в целях ликвидации скважины и восстановления целостности массива угля, в котором была пробурена скважина, в приложении не указано.

Из существующего уровня техники и технологии известно целое направление ликвидации наклонных нефтяных или газовых скважин различными тампонажными цементными растворами. Растворы подаются с дневной поверхности в скважину различными способами и заполняют скважину снизу вверх. Тампонажные цементные растворы изготавливают с применением различных добавок минеральных или органических, которые придают растворам заданные свойства для выполнения определенных технических задач при производстве работ по строительству, ремонту и ликвидации скважин (Булатов А.И., Данюшевский B.C. Тампонажные материалы. - М.: Недра, 1987; Соловьев Е.М. Заканчивание скважин. М.: Недра, 1979).

Также необходимо отметить, что в последние годы активно развиваются направления по созданию различных строительных материалов на основе цементов и сухих строительных смесей. Эти материалы благодаря введению в их состав модифицирующих добавок (комплекс химических и минеральных добавок) позволяют получать, в частности, строительные растворы с заданными параметрами: сроками начала схватывания и подвижностью смеси. Например, такая группа строительных материалов, как композиционные мелкозернистые бетоны «Технология бетона». Учебник. Ю.М. Баженов - М.: Издательство АСВ, 2002. Прочность материалов получаемых с помощью добавления модификаторов и активных компонентов в цементные песчаные смеси, которые в свою очередь включают в свой состав супертонкие активные минеральные компоненты, может доходить до Rмакс=1230 МПа (максимальна прочность при сжатии) при соотношении Цемент/Песок = 1 параграф №12.5 Таблица 12.2. «Технология бетона». Учебник. Ю.М. Баженов - М.: Издательство АСВ, 2002.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является способ эффективной ликвидации дегазационных скважин, пробуренных в целике между параллельными выработками при разработке угольного месторождения длинными столбами, с восстановлением целостности массива угля и устранением возможного газообмена между параллельными выработками через скважину и связанные с ней трещины в целике без изменения технологии бурения дегазационных скважин.

Поставленная задача решена путем заполнения скважины со стороны действующей выработки различными растворами (цементными растворами, цементными песчаными растворами, растворами жидких минеральных композиций) с заданными свойствами: сроками начала схватывания, подвижностью, адгезией и другими. При этом дегазационные скважины должны быть пробурены под углом в пределах мощности пласта в целике между выработками, так чтобы устье скважины находилось максимально низко к почве выработки, откуда будет производиться заполнение скважины, а забой скважины находился у кровли параллельной выработки. Скважина заполняется раствором снизу вверх по восстанию. При этом, поднимаясь по скважине, раствор равномерно заполняет саму скважину и связанные с ней трещины в массиве угля. Заданное время начала схватывания раствора рассчитывается исходя из объема, необходимого для заполнения скважины, и производительности оборудования, применяемого для заполнения скважины раствором. После того как раствор затвердевает и набирает прочность, восстанавливается целостность массива угля.

Сущность изобретения. Наиболее эффективными с экономической точки зрения являются угольные шахты, добывающие уголь по технологической схеме «шахта-пласт» с системой разработки месторождения длинными столбами. Такая технологическая схема позволяет безопасно эксплуатировать высокопроизводительные очистные забои. При данной технологической схеме в проектах проветривания очистных забоев предусматривается бурение дегазационных скважин в целике угля между двумя параллельными штреками для откачивания газовоздушной смеси при прохождении очистного фронта лавы вдоль целика, в котором пробурены скважины. Скважины бурятся определенного диаметра, например от 200 мм до 500 мм, и с определенным шагом, например от 5 м до 50 м. Откачивание газовоздушной смеси из отработанного пространства лавы производят через скважины по дегазационному трубопроводу насосными станциями на дневную поверхность шахты. После отхода очистного фронта дегазационные скважины отсоединяют от дегазационного трубопровода и надежно герметизируют для исключения газообмена между отработанным пространством и действующей выработкой. На Рис. 1 изображен пример - схема управления проветриванием очистного участка с применением дегазационных скважин, пробуренных в целике между выработками.

В основе изобретения лежит задача эффективной ликвидации скважин после завершения откачивания газовоздушной смеси из отработанного пространства для восстановления целостности массива угля в целике между выработками.

Для решения этой задачи предлагается бурить дегазационные скважины под углом в пределах мощности пласта в целике между выработками, так чтобы наклон скважины обеспечивал максимально возможное положение забоя скважины к кровле выработки, по которому будет проходить очистной фронт лавы, а устье скважины находилось максимально низко к почве выработки, откуда производится бурение. После завершения работ по откачиванию газовоздушной смеси скважины заполняются раствором (цементным, цементным песчаным, жидкой минеральной композицией) снизу вверх по восстанию со стороны устья скважины, находящейся в действующей выработке. Растворы обладают заданными свойствами: время начала схватывания, подвижность, адгезия к горным породам, и сохраняют эти свойства до завершения работ по заполнению скважины. Так как заполнение скважин растворами возможно при помощи различного оборудования, то в растворы вводятся добавки, позволяющие максимально эффективно подавать их в скважины для каждого конкретного оборудования. При подаче раствора в скважины они равномерно, в направлении снизу вверх, заполняют скважину и связанные с ней трещины, благодаря своим свойствам подвижности и адгезии. После заполнения скважины в течение определенного времени происходит твердение растворов с одновременным набором заданной прочности. В результате восстанавливается целостность массива угля в месте, где пробурена скважина.

На рис. 2 изображена схема расположения дегазационной скважины до начала продвижения очистного забоя.

Скважина 1 пробурена со штрека С на штрек В по углом, который технологически возможно обеспечить буровым станком из условий: максимально низкого расположения устья скважины к почве штрека С; выбуривание буровой шарошки на уровне кровли в штреке В.

На рис. 3 изображена скважина, заполненная раствором со стороны действующей выработки.

Предложенный способ позволяет эффективно ликвидировать дегазационные скважины, восстанавливать целостность массива угля растворами с заданными свойствами (цементным, цементными песчаными или жидкими минеральными композициями). При этом способе не меняется в принципе технология бурения дегазационных скважин в целике между параллельными выработками, и соответственно не меняются отработанные эффективные схемы управления проветриванием высокопроизводительных очистных забоев. Также этот способ позволяет применять большой перечень строительных материалов, используемых в поверхностном строительстве, вводя в них специальные добавки для осуществления подачи растворов в ликвидируемые скважины, приготовленных на основе этих материалов, при помощи оборудования, разрешенного к применению в подземных условиях угольных шахт.

Предлагаемый способ был использован для ликвидации дегазационных скважин №№331, 332, 333, 334, 335, 336 на одном из угольных предприятий в Ерунаковском каменноугольном месторождении Кузбасса. Предприятие построено и работает по технологической схеме «шахта-пласт» с системой разработки длинными столбами по простиранию. Для устранения дренажа воздуха между двумя параллельными эксплуатируемыми выработками через целик угля в границах зоны геологических нарушений было предложено техническое решение о заполнении наклонных дегазационных скважин №№331, 332, 333, 334, 335, 336 растворами (цементным, цементным песчаным и жидкой минеральной композицией) на длину 17,5 по простиранию каждой скважины со стороны устья скважины.

Заполнение скважин производили: №№331, 332 - цементным песчаным раствором (на основе сухой смеси СУЦПСУШ ТУ 5745-002-50576573-2014); №№333, 334 - цементным раствором (на основе тампонажного цемента ПТЦ I-50); №№335, 336 - жидкой минеральной композицией «Негорючая крепь» ТУ 5772-004-50576573-2014, при помощи насосной установки ПНТ-1. В скважину устанавливались и герметизировались инъекционная и контрольная (составная) пластиковые трубки диметром 30 мм. Сухие смеси на основе цемента, цемента с песком затворялись водой, перемешивались в смесителе насосной установки ПНТ-1 (жидкая двухкомпонентная композиция просто заливалась и перемешивалась в миксере). Затем растворы подавались по инъекционной трубке длиной 3 метра в каждую скважину под давлением до 15 бар, при этом отмечалось вытекание части растворов через трещины в борту выработки. Контроль полного (по всему сечению) заполнения скважины на длину 17,5 м производился по составной трубке общей длиной 21,5 м.

После проведенных работ по заполнению скважин растворами для их ликвидации воздушный дренаж прекратился.

Литература

1. «Инструкция по дегазации угольных шахт», утвержденная приказом №679 Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 1 декабря 2011 года.

2. Булатов А.И., Данюшевский B.C. Тампонажные материалы. - М.: Недра, 1987.

3. Соловьев Е.М. Заканчивание скважин. М.: Недра, 1979.

4. Технология бетона. Учебник. Ю.М. Баженов - М.: Издательство АСВ, 2002.