17 Особенности бурения скважин в подземных горных выработках
17.1 Назначение и конструкция скважин
В условиях разработки пластовых угольных месторождений, скважинами обычно называют выработки круглого сечения любого диаметра глубиной более 5 м или глубиной менее 5 м, но диаметром более 75 мм. Скважины обычно проводятся с отбором или без отбора керна (при бурении сплошным забоем). Наибольший объем буровых работ относится к дегазационным скважинам, которые преимущественно бурятся по углю под углом или параллельно к линии очистного забоя, а также во вмещающих породах для дегазации сближенных пластов и выработанного пространства. Опережающими называют скважины, пробуренные по углю для определения положения контура старых затопленных очистных работ, а также в зонах, где положение водоносных зон является недостоверным - для оконтуривания участков безопасного ведения работ. Для борьбы с внезапными выбросами угля и газа производится нагнетание воды в угольный пласт, при котором он пропитывается водой (увлажняется), если это низконапорное нагнетание и происходит гидроразрыв, гидрорыхление, если это высоконапорное нагнетание. При нагнетании воды в пласт снижается пылеобразование при добыче угля. При встрече выработками квершлажного типа водоносных горизонтов проводятся водоспускные скважины. Скважины также могут быть геологоразведочными и вентиляционными, для торпедирования труднообрушаемой кровли, сотрясательного взрывания и других видов взрывных работ. Скважины также бурятся для разных технических целей:
поиск скважины или стволов, пробуренных с поверхности;
тушения подземных пожаров;
горноспасательных мероприятий;
разгрузки от давления подготовленного к выемке угольного
массива;
спуска материалов;
прокладки кабеля, трубопроводов, линий связи;
тампонажа пород путем нагнетания растворов на основе БСС
(быстросхватывающихся смесей);
дренажа подземных вод;
выбуривания угля при проведении уклонов, бремсбергов, разрезных
печей, пластовых штреков и т.д.;
расширения ранее пробуренных скважин;
проведения геофизических и маркшейдерских работ.
Естественно, что эти скважины могут служить одновременно или
последовательно нескольким целям.
Глубина скважин в связи с их назначением обычно не превышает 200-250м. Из горных выработок бурят обычно восстающие скважины - практически под любым наклоном к горизонту (преимущественно до 40-45°). Конструкции скважин, пробуренных в подземных горных выработках, просты (рисунок 17.1).
Для каждого типа назначения скважин рекомендуются оптимальные диаметры (таблица 17.1).
Таблица 17.1 – Оптимальные диаметры бурения скважин
№ п/п |
Назначение скважин |
Оптимальный диаметр бурения, мм |
1 |
Дегазационные |
76-130 |
2 |
Для нагнетания воды |
45-80 |
3 |
Опережающие и разгрузочные |
80-250 |
4 |
Водоспускные |
76 |
5 |
Для торпедирования |
93 |
6 |
Различные технические скважины |
250-500 |
7 |
Расширение пластовых скважин |
до 1100 |
Управление буровым инструментом при вскрытии выбросоопасных пластов, если его диаметр превышает 80 мм, осуществляется дистанционно с расстояния не менее 15 м. Скважины по ориентировке в пространстве различают (рисунок 17.2):
параллельные одиночные прямолинейные (а);
параллельно одиночные криволинейные (б);
веерные (в);
веерно-кустовые (г).
В шахтах преобладает бескерновое бурение, колонковое (с отбором керна) применяются в основном для геологоразведочных целей.
Главной операцией при бурении является разрушение породы на забое скважины. При колонковом способе бурение ведется кольцевыми твердосплавными и алмазными коронками. При бескерновом бурении уголь и некрепкие породы разрушают коронками с режущими твердосплавными вставками, более крепкие породы перебуриваются алмазными коронками
а - пробуренная без изменения диаметра; б - одноступенчатой конструкции:
в, г - двухступенчатой конструкции; 1 - обсадная труба-кондуктор; 2 -
зацементированный зазор; 3 - обсадная колонна.
Рисунок 17.1 – Конструкция скважин
А—А - вертикальный веер скважин; 1 — вертикальная скважина; 2 -- наклонная; 3 — восстающая; 4 — горизонтальная
Рисунок 17.2 – Виды расположения скважин
При разрушении пород забоя скважины происходит удаление угольной массы (штыба) или частиц более крепких пород (шлама). Для очистки от штыба или шлама применяют обычно промывку водой, шнековый способ бурения, продувку воздухом или комбинации этих способов.
При бурении с промывкой (продувкой) штыб или шлам выносится из скважины потоком воды (воздуха). Одновременно происходит охлаждение резцов породоразрушающего инструмента.
Бурильные трубы, соединяющие станок и коронку в сборе с остальным буровым инструментом, образуют буровой снаряд, служащий для передачи на коронку вращения и одновременно являющийся каналом для подачи промывочной жидкости к забою скважины.
Вспомогательными операциями при бурении скважины являются:
наращивание бурового снаряда;
извлечение бурильных труб (спуск-подъем);
замена коронки, отработавшей свой ресурс;
подача на забой бурового снаряда после замены коронки.
Кроме вспомогательных проводятся и специальные работы:
крепление скважины обсадными трубами;
цементирование и изоляция затрубного пространства
герметизаторами и пакерами;
оборудование устьев специальной арматурой для соединения с
трубопроводами;
доставка в скважину геофизических и других измерительных
приборов и устройств;
доставка в скважину зарядов взрывчатых веществ;
перемещение оборудования по выработкам;
монтаж и демонтаж оборудования.