Способ дегазации шахт

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации скважинами с поверхности. Цель изобретения - повышение эффективности дегазации за счет обеспечения равномерного отсоса газа по длине скважины. С дневной поверхности на источник метановыделения бурят вертикальную скважину. Скважину обсаживают трубами, устье герметизируют. В зоне обсадных труб, проходящих через источник метановыделения, выполняют перфорационные отверстия. Отверстия располагают кольцевыми рядами по высоте скважины. Диаметр отверстий уменьшается от забоя к устью скважины. Равномерное распределение вакуума вдоль всей перфорированной части обеспечивают выбором диаметра отверстий. Суммарную площадь ближайшего к забою скважины ряда отверстий принимают равной площади сечения обсадной трубы. Площадь сечения каждого из последующих рядов отверстий определяют из математического выражения. Расчетная зависимость включает полученные авторами эмпирические коэффициенты и геометрические параметры перфорированных участков труб. При дегазации нескольких источников метановыделения обсадные трубы перфорируют напротив каждого источника. Для равномерного распределения вакуума между несколькими источниками метановыделения рекомендуется математическое выражение, включающее величину потока газа из каждого источника, геометрические и аэродинамические характеристики обсадных труб и перфорационных отверстий. 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (д1) 4 E 21 F 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ i,—," ".:" -"""> /

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

S (54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ШАХТ (21) 4190873/23-03 (22) 09.02.87 (46) 23.05.89. Бюл. ¹ 19 (71) Институт проблем комплексного освоения недр АН СССР (72) A.Ò.Àéðóíè, А.В.Стариков, В.А.Ставровский, И.А.Швец, Ю.Л.Бубликов, Д.И.Еремин и А.А.Шипулин (53) 622.8;83 1 (088.8) (56) Firedamp Prainage Hand book for

the Coalmining 1.ndustry. Uerlag.

Gluckauf Essen, 1980, s. 132-133.

Руководство по дегазации угольных шахт. — М.: Недра, 1975, с. 106-109. (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано-для дегазации скважинами с поверхности. Цель изобретения — повышение эффективности дегазации за счет обеспечения равномерного отсоса газа по длине скважины. С дневной поверхности на источник метановьщеления бурят вертикальную скважину. Скважину обсаживают трубами, устье герметизируют, В зоне обсадных труб, проходящих через

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации газообильных шахт вертикальными скважинами, пробуренными с поверхности.

Цель изобретения — повышение эффективности дегазации за счет обеспе

„„SU„„1481433 А 1

2 источник метановыделения, выполняют перфорационные отверстия, Отверстия располагают кольцевыми рядами по высоте скважины. Диаметр отверстий уменьшается от забоя к устью скважины. Равномерное распределение вакуума вдоль всей перфорированной части обеспечивают выбором диаметра отверстий, Суммарную плошадь ближайшего к забою скважины ряда отверстий принимают равной площади сечения обсацной трубы. Площадь сечения каждого иэ последующих рядов отверстий определяют иэ математического выражения.

Расчетная зависимость включает полученные авторами эмпрические коэффициенты и геометрические параметры перфорированных участков труб. При дегазации нескольких источников метановьщеления обсадные трубы перфорируют напротив каждого источника.

Для равномерного распределения вакуума между несколькими источниками метановьщеления рекомендуется математическое выражение, включающее величину потока газа из каждого источ- . ника, геометрические и аэродинамические характеристики обсадных труб и перфорационных отверстий. 1 з.п.ф-лы. чения равномерного отсоса газа по длине скважины.

Способ осуществляется следующим образом.

С дневной поверхности на источники метановьщеления бурят вертикальную скважину, обсаживают ее колонной

1481433

S, (1)

»»i» с 11 » а

1л )

+ 1!

77 S» 9 6 5 °

-1-(— — 1) +

$» $9»

0,177 эмпирические коэффици4 энты, кг с /м, относит. ед. соответственно; внутренний диаметр обсадной трубы, м.

6,5 сечение обсадной трубы, м2- °

9 где S»

S„9, и

S»»

0,177 и

q S» (2) q + 2 38 $»

1:0

35. обсадных труб, герметизируют устье скважины, перфорируют участки колонны обсадных труб в зонах, проходящих через источники метановыделения, которые подлежат дегазации. Перфорационные отверстия в обсадных трубах образуют рядами, а вакуум, подводимый к перфорационным участкам колонны обсадных труб, подводят равномерно по длине участка, а при дегазации нескольких источников метановьщеления вертикальной скважиной вакуум распределяют между перфорированными участками колонны обсадных труб пропорционально потокам газа из каждого дегазируемого источника газовыделения, сообщающегося с перфорированным участком трубы. суммарная площадь каждого из последующих и предьдущих рядов перфорационных отверстий, м," коэффициент аэродинамического сопротивления трубы, кг с /м 4; расстояние между последующим и предыдущим рядами перфорационных отверстий, м; где q< - поток газа, проходящий чеРЕЗ СЕЧЕНИЕ $»,9 М /С;

Ъ/

R» — аэродинамическое сопротивление ближайшего к забою скважины ряда перфорационкг. с, ных отверстий, q. — поток газа,„ проходящий че» рез первый ряд перфорационных отверстий, м /с;

Часть колонны расположенных в рабочей камере скважины труб перфорируют, разделяют на ярусы произвольным количеством рядов перфорированных

5 отверстий, при этом величину суммарной площади ближайшего к забою скважины ряда перфорационных отверстий принимают равной сечению обсадной трубы, а суммарную площадь каждого из последующих рядов перфорационных отверстий $„+» уменьшают на величину, при которой площадь ряда перфорационных отверстий $„,» будет создавать аэродинамическое сопротивление потоку, увеличенное на величину аэродинамического сопротивления отрезка трубы, равного расстоянию между рядами перфорационных отверстий, 20 и определяют по формуле

При дегазации нескольких источников газовьделения скважинами, оборудованными одной перфорированной трубой, суммарную площадь перфорационных отверстий $„, выполненных напротив источника газовьделения, в зависимости от потока из данного источника газовьделения определяют по формуле

1; — расстояние между определяемым и предьдущим рядом отверстий, м;

q — суммарный поток газа, под1 ходящий к сечению вычисляемого ряда перфорационных отверстий, м /с;

2,38 — эмпирический коэффициент, м /кг» (4) RA+4 = RA +

50

5 148

Сущность способа дегазации шахт вертикальными скважинами с поверхности заключается в том, что при его применении устраняются застойные зоны газа, существующие при большой мощности источника газовьделения (например, при дегазации под- и надработанньж выработанных пространств), когда при неравномерном прикладывании вакуума вдоль перфорированной части колонны труб влияние вакуума на транспортировку скопившегося в нижней части скважины газа не распространяется. Для устранения этого недостатка вакуум, прикладываемый к рабочей камере скважины, распределяют равномерно вдоль всей перфорированной части колонны труб,. При таком приложении вакуума отсос газа по длине рабочей камеры скважины происходит равномерно.

B случае необходимости дегазации нескольких источников газовыделения одной скважиной (например, дегазации неразгруженной от горного давления свиты газоносных угольных пластов) для достижения равномерной дегазации отдельных источников газовыделения вакуум, прикладываемый к перфорированному отрезку труб, расположенному напротив каждого источника, подают к отдельному источнику величиной, пропорциональной потоку из него.

Сущность определения параметров перфорированных отверстий заключаетI ся в том, что перфорированную часть трубы условно разбивают на произвольное количество ярусов (границей яруса служит ряд перфорационных отверстий, выполненных по периметру трубы), при этом по мере удаления рядов перфорационных отверстий от забоя скважины их суммарная площадь отверстий уменьшается, аэродинамическое сопротивление растет. Зто обусловлено тем, что для получения равномерного потока вдоль всей перфорированной части трубы и равномерного отсоса газа из источника газовьделения большой мощности распределение вакуума вдоль перфорированной части трубы необходимо иметь равномерное. Для этого величина суммарной площади ближайшего к забою скважины перфорационного отверстия Sq принимается равной сечению обсадной трубы, т,е, 2

d 2 (3) 1433

6 где d — внутренний диаметр обсадной трубы, А величиная суммарной площади каждо5

ro из последующих рядов перфорационных отверстий уменьшена с таким расчетом, чтобы аэродинамическое сопротивление каждого ряда отверстий в отличии от. аэродинамического сопротив10 ления предыдущего ряда отверстий было увеличено на величину аэродинамического сопротивления отрезка трубы, расположенного между рядами отверстий, т.е.

15 где R>, v R< — соответственно аэродинамическое сопро- . тивление последующего н предьдущего ряда перфорационных отверстий, А R — величина аэродинами25 ческого сопротивления отрезка трубы между рядами перфорационных отверстий.

Аэродинамическое сопротивление

З0, ближайшего к забою скважины отвертия

Rq равно (с учетом того, что депрессия прямоугольника аэродинамическому сопротивлению и квадрату потока газа) 35 О 177 Б

К = - -р--(— — 1) = О (5)

S, S(Аэродинамическое сопротивление отрезка труб между рядами перфорацион40 ных отверстий определяется по формуле (с учетом того, что депрессия прямопропорциональна аэродинамическому сопротивлению и квадрату потока газа

АК = 6,5 ф ° 1/d, кг с /м, (6) где o(— коэффициент аэродинамического сопротивления трубы, кг с /M4;

1 — длина отрезка трубы между рядами перфорационных отверстий, м (при равномерной разбивке перфорированной части колонны труб на яруса величина 1=const).

Тогда, учитывая (5) и (6), аэродинамическое сопротивление следующе7 1481433 го (второго) ряда перфорационных отверстий Кг вычисляется по (4) как

Б»

С с.)

-т, 8Я

< + (8) R =R,+И=о+б,5 Ю. 1

Соответственно для следующего (третьего) ряда перфорационных отверстий имеют (7) 0 177 S< х7 (8 8

R =R +йК=- — (-- — 1) +б 5 о 1 /d =

0 177 S< ь э 3

< 1

10 где 1 — длина отрезка трубы между первым и вторым рядами перфорационных отверстий, м, S — суммарная площадь второго от забоя скважины ряда пер15 форационных отверстий.

Преобразуя (7), получают формулу для определения величины Sq т.е. суммарной площади второго ряда перфо20 рационных отверстий —,(— — 1)

0177 S г (9)

s s> где 1 — длина отрезка трубы между вторым и третьим рядами перфорационных отверстий, м;

S — суммарная площадь третьего от забоя скважины ряда перфорационных отверстий, м .

Тогда величина Б определяется как

S< (10) Соответствующие вычисления прово- онных отверстий по общей формудят для каждого из рядов перфораци- 30 ле

tl t ! источника газовыделения и вычисляется пс формуле

В случае дегазации нескольких источников газовыделения скважинами, оборудованными одной перфорированной трубой, когда перфорация колонны труб производится напротив каждого источника газовыделения (т.е. суммарная длина перфорации Ь равна сум- 45 ме длин отдельных перфорированных участков 1„, Ь = 1; ), а суммарный отбор газа Ц составляет сумму потоков из отдельных источников газовыделения

50 (т.е. Q = L q„.), суммарная пло1=1 щадь перфорированных отверстий S<, находящихся напротив каждого из источников газовьделения, выполняется пропорциональной потоку из данного 4 1

Чм .Ч1

qua+2þ 38 S Ьп (12) где q< — поток газа, проходящий через сечение S>, м /с, hä — потеря депрессии в сечении

SzÄ определяемая, исходя из закона параллельного соединения вентиляционных сетей, как

h-<

h„=R„q =R, q„+ (б,5 + у(ц; ) (13) Тогда окончательно (14) q„+ 2,38 S<

1481433

10! где q„ — поток газа, проходящий через первый ряд перфорационных отверстий, м /с;

l" — расстояние между вычисляе1 5 мым и предыдущим рядом перфорационных отверстий, м;

q,: — суммарный лоток газа подходящий к сечению, вычисляе- 10 мого ряда перфорационных отверстий, м /с; (1,n).

Формула изобретения 15

1. Способ дегазации шахт, включающий бурение вертикальных скважин с поверхности на источник газовыделения, их обсадку трубами, перфорирова- 20

S»»»»

0,177

S n+» и S и суммарная площадь каждого Зр из последующих и предыдущих рядов перфорационных отверстий, м коэффициент аэродинамического сопротивления трубы, кг с / м расстояние между последующим и предыдущим рядами отверстий, м, внутренний диаметр обсад- 4р ной трубы, м;

1». »

0,177

Ч»» »

S и

qn + 2,38 $»

=» где q ление ближайшего к забою скважины ряда перфорационных отверстий, 5Р м

1; — расстояние между предыдущим и определяемым рядом отверстий, м, 2,38 — эмпирический коэффициент, м /кг» »5

Ч»

qi где Б» — сечение обсадной трубы, м поток газа, проходящий через сечение S»», м /с, поток газа, проходящий через первый ряд перфорационных отверстий, м /с; суммарный поток газа, подходящий к сечению вычисляемого ряда перфорационных отверстий, м /с, аэродинамическое сопротивние труб, герметизацию устья, создание вакуума в перфорированной обсадной трубе и каптаж газа, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности дегазации за счет обеспечения равномерного отсоса газа по длине скважины, вакуум распределяют равномерно вдоль всей перфорационной части труб, при этом перфорационные отверстия выполняют кольцевыми рядами по высоте скважин с уменьшающимся диаметром от забоя к устью скважин, причем суммарную площадь ближайшего к забою скважины ряда перфорационных отверстий принимают равной сечению обсадной трубы, а суммарную площадь каждого из последующих рядов отверстий определяют из выражения и 6,5 — эмпирические коэффициенты соответственно кг с /м, относит. ед.

2. Способ по п.1, и т л и ч а ю— шийся тем, что при дегазации нескольких источников газовьделения одной скважиной обсадную трубу дополкительно перфорируют напротив дегазируемых источников газовыделения, а вакуум распределяют пропорционально потоку из отдельных источников газовыделения, при этом суммарная площадь дополнительных перфорационных отверстий, выполненных напротив и-го источника газовыделения, определяют из выражения