Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин
Була приведена оцінка довжини і кількості розвантажувальних свердловин для умов великих глибин. Апробація даних параметрів була проведена в умовах пласта l₁ шахти ім. О.Ф. Засядько....
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України
2007
|
| Назва видання: | Физико-технические проблемы горного производства |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107675 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин / Г.П. Стариков, Д.В. Мельников, В.В. Завражин, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2007. — Вип. 10. — С. 95-100. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-107675 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1076752025-02-09T13:30:18Z Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин Estimation of efficiency of parameters of relief holes in development faces in the conditions of big depths Стариков, Г.П. Мельников, Д.В. Завражин, В.В. Чистоклетов, В.Н. Прогноз и управление состоянием горного массива Була приведена оцінка довжини і кількості розвантажувальних свердловин для умов великих глибин. Апробація даних параметрів була проведена в умовах пласта l₁ шахти ім. О.Ф. Засядько. Estimation of length and amount of relief holes for the conditions of big depths is resulted. Approbation of the given parameters in the conditions of coal seam l₁ of mine the name of A.F. Zasyadko is conducted. 2007 Article Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин / Г.П. Стариков, Д.В. Мельников, В.В. Завражин, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2007. — Вип. 10. — С. 95-100. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. XXXX-0016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107675 622.831.322 ru Физико-технические проблемы горного производства application/pdf Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива |
| spellingShingle |
Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива Стариков, Г.П. Мельников, Д.В. Завражин, В.В. Чистоклетов, В.Н. Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин Физико-технические проблемы горного производства |
| description |
Була приведена оцінка довжини і кількості розвантажувальних свердловин для умов великих глибин. Апробація даних параметрів була проведена в умовах пласта l₁ шахти ім. О.Ф. Засядько. |
| format |
Article |
| author |
Стариков, Г.П. Мельников, Д.В. Завражин, В.В. Чистоклетов, В.Н. |
| author_facet |
Стариков, Г.П. Мельников, Д.В. Завражин, В.В. Чистоклетов, В.Н. |
| author_sort |
Стариков, Г.П. |
| title |
Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин |
| title_short |
Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин |
| title_full |
Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин |
| title_fullStr |
Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин |
| title_full_unstemmed |
Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин |
| title_sort |
оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин |
| publisher |
Інститут фізики гірничих процесів НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Прогноз и управление состоянием горного массива |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107675 |
| citation_txt |
Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин / Г.П. Стариков, Д.В. Мельников, В.В. Завражин, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2007. — Вип. 10. — С. 95-100. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Физико-технические проблемы горного производства |
| work_keys_str_mv |
AT starikovgp ocenkaéffektivnostiparametrovrazgruzočnyhskvažinvpodgotovitelʹnyhzaboâhvusloviâhbolʹšihglubin AT melʹnikovdv ocenkaéffektivnostiparametrovrazgruzočnyhskvažinvpodgotovitelʹnyhzaboâhvusloviâhbolʹšihglubin AT zavražinvv ocenkaéffektivnostiparametrovrazgruzočnyhskvažinvpodgotovitelʹnyhzaboâhvusloviâhbolʹšihglubin AT čistokletovvn ocenkaéffektivnostiparametrovrazgruzočnyhskvažinvpodgotovitelʹnyhzaboâhvusloviâhbolʹšihglubin AT starikovgp estimationofefficiencyofparametersofreliefholesindevelopmentfacesintheconditionsofbigdepths AT melʹnikovdv estimationofefficiencyofparametersofreliefholesindevelopmentfacesintheconditionsofbigdepths AT zavražinvv estimationofefficiencyofparametersofreliefholesindevelopmentfacesintheconditionsofbigdepths AT čistokletovvn estimationofefficiencyofparametersofreliefholesindevelopmentfacesintheconditionsofbigdepths |
| first_indexed |
2025-11-26T04:45:59Z |
| last_indexed |
2025-11-26T04:45:59Z |
| _version_ |
1849826862724808704 |
| fulltext |
Прогноз и управление состоянием горного массива
95
Раздел 3. Прогноз и управление состоянием горного массива
УДК 622.831.322
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАРАМЕТРОВ РАЗГРУЗОЧНЫХ
СКВАЖИН В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ЗАБОЯХ В УСЛОВИЯХ
БОЛЬШИХ ГЛУБИН
Стариков Г.П., Мельников Д.В., Завражин В.В., Чистоклетов В.Н.
(ИФГП НАНУ)
Була приведена оцінка довжини і кількості розвантажувальних свердловин для
умов великих глибин. Апробація даних параметрів була проведена в умовах пласта
l1 шахти ім. О.Ф. Засядько.
ESTIMATION OF EFFICIENCY OF PARAMETERS OF RELIEF HOLES
IN DEVELOPMENT FACES IN THE CONDITIONS OF BIG DEPTHS
Starikov G.P., Melnikov D.V., Zavrazhyn V.V., Chistokletov V.N.
Estimation of length and amount of relief holes for the conditions of big depths is re-
sulted. Approbation of the given parameters in the conditions of coal seam l1 of mine the
name of A.F. Zasyadko is conducted.
Интенсификация темпов проведения подготовительных выработок по выбро-
соопасным пластам невозможно без применения эффективных способов предот-
вращения выбросов угля и газа. Существующий арсенал способов борьбы с вы-
бросами угля и газа требует их совершенствования, так как горно-геологические
условия проведения выработок постоянно усложняются. В этом плане способ,
основанный на бурении разгрузочных скважин большого диаметра, является
наиболее универсальным [1]. Однако, начиная с глубин 600–700 м, процесс бу-
рения стал инициатором значительного количества выбросов, что ограничило его
применение [1, 3]. Дальнейшее использование разгрузочных скважин возможно
при уточнении их параметров, исключающих образование в окрестности сква-
жины пластической зоны, обуславливающей формирование выбросоопасных зон.
Результаты ранних исследований [2] позволили определить диаметр раз-
грузочных скважин в угольном массиве. Но поскольку методология опреде-
ления диаметра разгрузочных скважин принципиально отличается от норма-
тивной [4], то возникла необходимость в обосновании параметров способа
(длина скважин, их количество, время газовыделения) по кинетике десорб-
ции метана из части угольного пласта, расположенного между разгрузочны-
ми скважинами. При этом определяющим фактором, при прочих равных ус-
ловиях, становится газопроницаемость угольного массива.
Экспериментальные исследования по определению газопроницаемости уг-
ля проводились на установке трехосного нагружения по программе [5, 6], мо-
делирующей напряженно-деформированное состояние призабойной зоны
пласта в условиях подготовительных забоев, проводимых на глубинах до
2000 м. Цикл исследований включал нагружение образцов до заданного уров-
Прогноз и управление состоянием горного массива
96
ня с фиксированием через каждые 3 МПа
расхода газа, пропускаемого через обра-
зец в двух взаимоперпендикулярных на-
правлениях по линии действия σ1 и σ3.
Далее производился расчет газопрони-
цаемости (К) угольных образцов [7], ре-
зультаты которого приведены на рис. 1 в
виде зависимости К = f(σср).
Анализ установленных закономерно-
стей свидетельствует, что газопроницае-
мость углей в условиях объемного на-
гружения составляет десятые доли ми-
лидарси и существенно зависит от ори-
ентации систем трещин к направлению
действия главных напряжений. Поэтому
процесс десорбции метана из угольного
массива в разгрузочные скважины будет
эффективнее, в случае если системы
трещин и траектория скважин находятся
во взаимноперпендикулярных плоскостях.
Учитывая, что движение газа происходит в трещиновато-пористом кол-
лекторе и в предположении установившейся плоскорадиальной фильтрации
[8] время, за которое произойдет снижение газоносности части угольного
массива, описывается формулой:
( ) ( )( ){ }2
31 1 / /
к
П
c
ф П c П c П
RmhL l
rt
К Q b a Q Q b a Q
μβ
=
⎡ ⎤− −β − − −⎣ ⎦
(1)
где m – объем пор в угле; h – расстояние между скважинами; L – длина
скважин; μ – динамическая вязкость метана; β – комплексный параметр
трещиноватости угля; Rк – радиус притока метана к разгрузочным скважи-
нам; rс – радиус разгрузочной скважины; Кф – коэффициент проницаемости
угля в условиях объемного нагружения; Qп – природная метаноносность угля;
b – параметр сорбции; ac – предельная сорбционная способность угля; Q3 –
сорбционная метаноемкость, исключающая проявление выбросов угля и газа.
Определение комплексного параметра трещиноватости производим по
формуле [8]:
( )1 2
o
l
E
− ν
β = −
δ
(2)
где l – среднее расстояние между трещинами; δо – раскрытие трещин.
Поскольку изменение проницаемости угольного массива определяется
пластовым давлением, величина которого выше, чем давление в лаборатор-
Рис. 1. Зависимость К = f(σср), ха-
рактеризующая газопроницаемость
угля при изменении его напряжен-
ного состояния: 1 – газопроницае-
мость по системе трещин; 2 – газо-
проницаемость перпендикулярно тре-
щиноватости
Прогноз и управление состоянием горного массива
97
ном эксперименте, то фактическая газопроницаемость уточняется по фор-
муле:
( ) ( )( ) 3
31 / /
л
ф
П c П c П
КK
Q b a Q Q b a Q
=
⎡ ⎤−β − − −⎣ ⎦
(3)
где Кл – газопроницаемость угля по результатам лабораторных исследова-
ний.
Для построения зависимости времени выхода метана из угольного пласта
от длины скважин и их количества для условий подготовительных вырабо-
ток, проводимых по пласту l1 шахты им. А.Ф. Засядько воспользуемся рас-
четной схемой и формулой 1. Исходные данные для оценки кинетики де-
сорбции метана приведены на рис. 2 и 3 и в таблице 1.
Рис. 2. Схема расположения разгрузочных скважин в угольном пласте подготови-
тельной выработки
Рис. 3. Зависимости, характеризующие степень влияния глубины скважин (1) и их
количества (2) на время десорбции метана из угольного массива
Таблица 1.
Данные для оценки кинетики десорбции метана
m h, м L, м μ, 108
м·МПа·сек
β, 104
м/МПа
Rк,
м rс, м
Кф,
1014 м2
b,
1/МПа
Qп,
м3/т
Q3,
м3/т
ac,
м3/т
0,1 – – 1,5 3,3 7 0,045 2,2 0,1 23,0 6,0 32,0
Результаты расчетов представлены на рис. 3 в виде зависимостей Тд = f(L) и
Тд = f(n), показывающих, что для предотвращения выбросов угля и газа по газо-
вому фактору необходимо бурить скважины глубиной не менее 15 м в количест-
ве 8–12 штук. В этом случае в угольном массиве, с учетом технологии его прове-
дения, природная газоносность будет снижена до 6 м3/т в течении 3–4 дней.
Прогноз и управление состоянием горного массива
98
Для оценки эффективности параметров разгрузочных скважин был
проведен цикл экспериментальных исследований при проведении 13 кон-
вейерного штрека по пласту l1 – гор. 1170 м в условиях шахты им.
А.Ф. Засядько.
Горно-геологическая характеристика пласта l1.
Пласт l1 сложного строения, марки «К». Геологическая мощность изменя-
ется в пределах 1,7-1,98 м; объемный вес – 1,33 т/м3; сернистость – 2,3-5,0%;
зольность – 15-16%; влажность – 1-2%; выход летучих – 31-33%. Природная
газоносность пласта 23-25 м3/т.с.б.м.
Пласт опасен по газу, пыли, суфлярным выделениям метана, внезапным вы-
бросам угля и газа, склонен к самовозгоранию. Залегание пласта пологое, моно-
клинальное, угол паления 10–11°. Крупных тектонических нарушений не про-
гнозируется. Повсеместно для пласта характерна нарушенная структура угля (до
брекчиевидной и линзовидной). Расстояние между трещинами не превышают
0,1–1,0 мм. В пласте имеется до 5 систем трещин, ориентированных под различ-
ным углом к линии действия вертикальной составляющей горного давления.
В соответствии с [2] и результатами данной работы расчетный диаметр
разгрузочных скважин составит 82,5 мм (принимаем ∅ = 80 мм), а опти-
мальная длина скважин L = 30 м. Параметры технологической схемы разгру-
зочных скважин, используемых при проведении горно-экспериментальных
работ, приведены на рис. 4 и таблице 2.
Рис. 4. Технологическая схема расположения разгрузочных скважин в 13 западном
откаточном штреке по пласту l1
Прогноз и управление состоянием горного массива
99
Таблица 2.
Параметры разгрузочных скважин
№ скважины Lскв, м hскв, м Угол разворота, град. Диаметр, мм
1 30 1,1 0 80
2 30 1,1 3 80
3 30 1,1 3 80
4 30 1,1 5 80
5 30 1,1 5 80
Учитывая, что степень снижения напряженного состояния при 10 разгру-
зочных скважинах незначительная, а увеличение их количества требует зна-
чительного времени на бурение, то основной упор был сделан на степень
дегазации угольного массива. Для этого было предусмотрено бурение 5 раз-
грузочных скважин глубиной 30 м. Первая половина скважин этой серии от-
рабатывалась в течении 5 дней с применением прогноза выбросоопасности.
После этого между неотработанными скважинами данного цикла бурилась
серия из 5 новых скважин на глубину 30 м. Таким образом, проведение вы-
работки по угольному пласту проводилось с использованием 10 разгрузоч-
ных скважин со временем дегазации 5 и 10 суток.
Эффективность усовершенствован-
ной технологии, основанной на буре-
нии разгрузочных скважин, оценива-
лась по параметрам диффузии, под-
робно описанной в [9]. Результаты ис-
следований кинетики десорбции метана
в зоне необработанной и обработанной
разгрузочными скважинами приведе-
ны на рис. 5 в виде зависимости D =
= f(L), где D – параметр диффузии, а L –
глубина разведочных скважин.
Из анализа полученных результатов
установлено, что на участке, обрабо-
танном длинными скважинами, пара-
метр диффузии больше в 8–10 раз, чем
на необработанном участке, на всем
протяжении контрольной скважины.
Подтверждением эффективности усовершенствованной технологии и кон-
троля является отсутствие выбросов угля и газа на протяжении 1120 м под-
вигания подготовительного забоя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бобров И.В. Способы безопасного проведения подготовительных выработок на
пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа. – М.: Госгортехиздат,
1961. – 264 с.
Рис. 5. Изменение параметра D в зоне
обработанной и необработанной раз-
грузочными скважинами: ○ – после
бурения длинных скважин, □ – без
обработки
Прогноз и управление состоянием горного массива
100
2. Стариков Г.П., Мельников Д.В., Волошина Н.И., Чистоклетов В.Н. Физико–ме-
ханическое обоснование параметров разгрузочных скважин // Физико–техниче-
ские проблемы горного производства. – ИФГП НАНУ. – Донецк: 2005. – № 8 –
С. 129–133.
3. Бобров И.В. Проведение подготовительных выработок на пластах, опасных по
выбросам угля и газа. – Макеевка, МакНИИ, 1959. – 200 с.
4. Правила ведення гірничих робіт на пластах схильних до газодинамічних явищ. –
СОУ 10.1.00174088.011–2005. – Київ, МВП України, 2005. – 225 с.
5. Алексеев А.Д., Осыка Е.И., Тодосейчук А.Д. Установка для испытания призма-
тических образцов на трехосное сжатие. Авт. cвид. 394692. "Бюлетень изобре-
тений", № 34, 1973.
6. Алексеев А.Д., Недодав Н.В. Предельное состояние горных пород. – Киев: На-
ук. Думка, 1982. – 200 с.
7. Наказная Л.Г. Фильтрация жидкости и газов в трещиноватых фильтрах. – М.:
Недра, 1973. – 184 с.
8. Евдокимова В.А., Кочина И.Н. Сборник задач по подземной гидравлике. М.:
Недра, 1979. – 168 с.
9. Смоланов И.Н., Стариков Г.П., Василенко Т.А, Завражин В.В., Мельников Д.В.
Способ определения коэффициента диффузии метана в ископаемом угле // Фи-
зико-технические проблемы горного производства. – ИФГП НАНУ. – Донецк:
2003. – № 6. – С. 151–156.
|