Приложение 24. ИНСТРУКЦИЯ ПО ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

1. Обустройство дегазационных скважин осуществляется с помощью оборудования обвязки скважин, которое обеспечивает подачу промывочной жидкости при бурении и герметизацию устьев скважин.

2. Для увеличения эффективности дегазации и получения пригодной для использования высококонцентрированной метановоздушной смеси устье каждой дегазационной скважины герметизируется. Герметизация устьев скважин производится при помощи специальных паккеров или цементацией обсадных труб.

3. Для герметизации устьев скважин применяется цементно-песчаный раствор в соотношении цемент:песок = 1:1 марки цемента 400 или 500, количество воды определяется в зависимости от назначения и типа скважины.

4. Длина герметизации определяется глубиной зоны растрескивания массива угля или породы. При бурении в ненарушенном массиве герметизация проводится на 6 - 10 м, при бурении скважин вблизи выработанных пространств - на 20 м и более.

5. Технология герметизации дегазационных скважин цементным раствором.

5.1. Устье пробуренной до начала подработки пласта дегазационной скважины разбуривается на длину герметизации до диаметра 115 - 130 мм. В разбуренную часть вставляется обсадная труба с приваренными с внешней стороны металлическими бортиками, обеспечивающими правильную центровку трубы в скважине. У устья скважины обсадная труба расклинивается деревянными клиньями. Затрубное пространство у устья скважины тампонируется с применением вяжущего раствора. Через нагнетательную трубку длиной до 2 м и диаметром 42 мм в кольцевое затрубное пространство подается цементный раствор (Т:Ж = 1:5) (отношение твердого к жидкому в цементном растворе частей). После затвердения раствора производится окончательная цементация обсадной трубы. Цементный раствор (Т:Ж = 1:8 1:10) подается в затрубное пространство до тех пор, пока не потечет в штрек через обсадную трубу. После затвердевания раствора скважина присоединяется к газопроводу.

Этим же способом герметизируются скважины, буримые в два приема, первоначально на глубину герметизации и затем, после установки и цементации обсадной трубы, на проектную длину (с бурением скважины через обсадную трубу). Обсадная труба состоит из отрезков длиной по 1,5 - 1,7 м, расстояние между центрирующими трубу бортиками принимается 1 - 1,3 м.

5.2. При небольшой длине герметизируемой части скважины в условиях крепких нетрещиноватых пород после установки обсадной трубы разбуренное до диаметра 115 - 130 мм устье скважины тампонируется с применением вяжущего раствора. После затвердения затампонированной части затрубного пространства устья скважины в кольцевое затрубное пространство подается герметизирующий состав до тех пор, пока не заполнится все тампонируемое пространство.

5.3. Тампонаж трещин в массиве пород в зоне герметизации устья скважины для цементации обсадной трубы производится с помощью бурового станка. В скважину, пробуренную диаметром 130 мм на длину герметизации (6 - 10 м) вставляется обсадная труба, внутренний диаметр которой больше, чем окончательный диаметр скважины. Обсадная труба центрируется в скважине при помощи приваренных бортиков. Устье дегазационной скважины тампонируется, и в затрубное пространство по загнутой на конце трубке подается раствор (Т:Ж = 1:10). После затвердевания цементного раствора в кольцевое затрубное пространство по обсадной трубе при помощи деревянного поршня, подаваемого буровым станком, нагнетается цементный раствор (Т:Ж = от 1:2 до 1:4). Этот же способ применяется в основном для герметизации нисходящих угольных и породных скважин.

6. Герметизация восстающих угольных скважин производится по 5.1 или 5.2. Работы по герметизации дегазационной скважины проводятся после разбуривания герметизируемого ее участка. Разбуривание устья восстающих угольных скважин с диаметра 76 - 97 мм до диаметра 132 мм производится на глубину до 10 м. В разбуренную часть скважины до упора устанавливается обсадная труба внутренним диаметром 75 - 100 мм и две трубки длиной по 10 м и диаметром 25 мм. На верхнем конце обсадной трубы устанавливается фланец с двумя отверстиями для трубок для подачи цементного раствора (Т:Ж = 1:6 1:8) в кольцевое затрубное пространство и выпуска воздуха из него.

7. При герметизации нисходящих угольных и породных скважин цементный раствор подается в кольцевое затрубное пространство по обсадной трубе при помощи деревянного поршня или самотеком. В последнем случае скважина до надрабатываемого пласта (газоносной трещиноватой породы) бурится в два приема: сначала на глубину герметизации, а затем, после установки и цементации обсадной трубы, на проектную глубину. Для цементации обсадной трубы на ее конце устанавливается стальное кольцо с резиновым уплотнителем, препятствующее вытеканию цементного раствора (Т:Ж = 1:3 1:5) внутрь обсадной трубы.

8. Дегазационные скважины, пробуренные в неустойчивых породах от участка герметизации до устойчивых пород, обсаживаются перфорированными трубами.

9. При бурении скважин из полевых или групповых выработок через выработанное пространство устья скважин герметизируются следующим способом в два этапа. Проводится герметизация устья скважины. Для герметизации устья скважины скважина разбуривается, в нее вставляется и цементируется обсадная труба диаметром 75 - 100 мм и длиной до 10 м. Затем в обсадную трубу вводится внутренняя труба диаметром 50 мм на длину скважины, пробуренной через обрушенные и нарушенные трещинами породы междупластья. На расстоянии 10 м от верхнего конца внутренней трубы снаружи устанавливается резиновая манжета. По внутренней трубе подается цементный раствор. Раствор заполняет затрубное пространство до манжеты, перекрывающей затрубное пространство между внутренней трубой и стенками скважины.

10. Цементный раствор подается в затрубное пространство вручную или при помощи шламового насоса с механическим приводом.

11. Длина обсадной трубы должна быть такой, чтобы верхний конец трубы был углублен в нетрещиноватый массив на 10 м по длине скважины. Вручную раствор может подаваться при помощи поршневого насоса.

12. Герметизация устьев пластовых скважин проводится герметизатором ГСХУ. Технология ведения работ по герметизации пластовых скважин герметизатором ГСХУ.

12.1. Скважину бурят на проектную длину. Устье скважины разбуривается 93 - 97 мм на длину 3,5 - 7,5 м.

12.2. Герметизации устья коротких скважин производится кондуктором, выполненным из цельной пластиковой трубы.

12.3. Герметизация устья длинных скважин производится составной трубой, отрезки которой соединяются между собой металлическими муфтами длиной 200 мм и фиксируются резиновой манжетой. Крепление муфты и манжеты производится непосредственно во время установки составной трубы в скважину.

12.4. На конец трубы одевается уплотнительная резиновая манжета.

12.5. Труба с уплотнительной манжетой вводится в скважину. Длина трубы, не введенной в скважину, составляет не более 400 мм.

12.6. На невведенный участок трубы устанавливается вторая уплотнительная манжета. Расстояние между манжетами - не более 50 мм.

12.7. Труба вводится в скважину с таким расчетом, чтобы расстояние от устья скважины до второй установленной манжеты составляло не менее 50 мм, а свободный конец трубы - 300 мм.

12.8. В околотрубное пространство за первой от устья скважины резиновой манжетой через отверстие вводится металлическая трубка, и по ней подается герметизирующий состав.

12.9. Подача герметизирующего состава производится ручным насосом. Количество полиуретанового клея определяется в зависимости от длины трубы.

12.10. После подачи герметизирующего состава металлическая трубка извлекается.

13. Для герметизации устьев скважин используются:

пластиковые дегазационные трубы;

пластиковые армированные соединительные трубы;

герметизирующие резиновые и пенопластовые манжеты;

пены для заполнения пространства между стенкой скважины и обсадной трубой.

14. Число труб, используемых для герметизации устья дегазационной скважины, определяется глубиной герметизации. В стыках труб размещаются расширяющие резиновые втулки или прокладки. Резиновые герметизирующие манжеты устанавливаются в стыках труб у устья скважины и в верхней/нижней части обсадной трубы.

15. Определение мест подсосов воздуха (притечек) в скважину производится после герметизации скважины, а также в тех случаях, когда содержание метана в участковом газопроводе или эффективность дегазации ниже принятых в проекте.

16. Места подсосов воздуха определяются при измерении расхода газовоздушной смеси из скважины и содержания метана в скважине.

17. Отбор проб газа из скважины производят с помощью специального зонда (рисунок 1). В его комплект входит тройник с патрубками 2 и 3. Патрубок 2 служит для ввода в скважину штанг 8, а патрубок 3 - для соединения скважины 6 с газопроводом 4.

На конце патрубка 2 имеется уплотнительный элемент 7, препятствующий подсосам воздуха в скважину при перемещении штанг. Штанги 8 соединяются муфтами. На первой штанге установлено газоотборное устройство 9. Для отбора проб газа в комплекте зонда имеется гибкая трубка 10, намотанная на катушку 11, двухклапанный насос 12 и камера 13.

Рис. 1. Схема устройства и применения зонда для измерения
содержания метана в скважине

18. Работы по зондированию скважины выполняют в следующем порядке. С помощью диафрагмы, установленной на обсадной трубе, измеряют расход газовой смеси, содержание в ней метана и разрежение. Затем отключают скважину от газопровода, снимают патрубок с диафрагмой и на его месте крепят к обсадной трубе 5 тройник 1. Патрубок 3 с помощью гофрированного шланга 14 соединяют с газопроводом 4. Через уплотнительный элемент 7 вводят первую штангу с газоотборным устройством 9. Гибкую трубку 10 соединяют с газоотборным устройством и крепят к штангам.

Всасывающий патрубок насоса 12 соединяют со свободным концом гибкой трубки 10, а нагнетательный - с камерой 13. Зонд готов к работе.

Открывают задвижку 15 и отбирают пробы газа для определения концентраций метана , , , из характерных пунктов скважины (см. рисунок 1), перемещая газозаборное устройство по скважине и наращивая штанги. Проба, набранная в камеру, анализируется на месте, например, с помощью интерферометра ШИ-12. В каждом пункте отбирают не менее двух проб. Если они отличаются не более чем на 4%, то результаты усредняются. При большем различии измерение повторяется.

Определение концентраций метана и производится в нижней и верхней частях обсадной трубы, концентрации метана - на расстоянии 0,5 м от верхнего конца обсадной трубы, концентрации метана - на расстоянии 20 - 25 м от устья скважины.

19. По результатам измерений рассчитывают подсосы воздуха в скважину на интервалах измерений концентраций и , и . Результаты с погрешностью измерения содержания метана менее 4% следует считать одинаковыми. Подсосы воздуха , м3/мин., в скважину на интервале измерений концентраций и рассчитывается:

. (1)

Подсосы воздуха , м3/мин., в скважину на интервале измерений концентраций и рассчитывается:

. (2)

20. Результаты измерений записываются в таблице N 1.

Таблица N 1

Результаты определения места и величины подсосов
воздуха в скважины

┌──────────────────────────────┬────────────┬─────────────────────────────┐
│         Лава/Участок         │Размерность │            Пласт            │
├──────────────────────────────┤            ├─────────────────────────────┤
│          параметры           │            │          N скважин          │
│                              │            ├────┬─────┬────┬───┬────┬────┤
│                              │            │ 1  │  2  │ 3  │ 4 │... │ N  │
├──────────────────────────────┼────────────┼────┼─────┼────┼───┼────┼────┤
│              1               │     2      │ 3  │  4  │ 5  │ 6 │... │ n  │
├──────────────────────────────┼────────────┼────┼─────┼────┼───┼────┼────┤
│Расход газовой смеси          │м3/мин.     │    │     │    │   │    │    │
│Разрежение                    │мм рт. ст.  │    │     │    │   │    │    │
│Концентрация метана в пунктах:│%           │    │     │    │   │    │    │
│C                             │            │    │     │    │   │    │    │
│ 1                            │            │    │     │    │   │    │    │
│C                             │            │    │     │    │   │    │    │
│ 2                            │            │    │     │    │   │    │    │
│C                             │            │    │     │    │   │    │    │
│ 3                            │            │    │     │    │   │    │    │
│C                             │            │    │     │    │   │    │    │
│ 4                            │            │    │     │    │   │    │    │
│Общие подсосы воздуха в       │м3/мин.     │    │     │    │   │    │    │
│скважину                      │            │    │     │    │   │    │    │
│Доля подсосов воздуха на      │%           │    │     │    │   │    │    │
│интервалах:                   │            │    │     │    │   │    │    │
│C  - C                        │            │    │     │    │   │    │    │
│ 2    3                       │            │    │     │    │   │    │    │
│C  -  C                       │            │    │     │    │   │    │    │
│ 3     4                      │            │    │     │    │   │    │    │
└──────────────────────────────┴────────────┴────┴─────┴────┴───┴────┴────┘

21. По результатам измерений концентраций и устанавливается наличие подсосов воздуха в скважину из зоны герметизации скважины, а по результатам измерений концентраций и - подсосов воздуха в скважину через угольный или породный массив.

Подсосы воздуха в скважину считаются допустимыми при выполнении условия

. (3)

При невыполнении условия (3) принимается решение о повышении качества герметизации последующих скважин. Для сокращения величины подсосов должно быть повышено качество герметизации скважины или изменен способ ее герметизации. Для сокращения величины подсосов должна быть увеличена длина герметизации скважины.

22. Для проверки качества герметизации восстающих дегазационных скважин применяется способ на основе измерения давления водяного столба в скважине. Для этого в скважине создается столб воды высотой на 0,2 - 0,3 м больше, чем высота обсадной колонны труб. Если столб воды удерживается на этой высоте, то герметичны и затрубное пространство, и обсадная колонна. Если вода удерживается только на высоте обсадной колонны, то стыки труб герметичны, а затрубное пространство негерметично. Если вода удерживается на отметке ниже высоты обсадной колонны, то на этой отметке колонна труб имеет негерметичный стык.

23. Для выполнения таких замеров необходимо к устью скважины подсоединить специальное приспособление для контроля герметичности скважин (рисунок 2). При открытом вентиле высота столба воды, подаваемой в скважину по шлангу от противопожарного водопровода, увеличивается. По параметрам заложения скважины известно, до какой высоты должен подняться столб воды, чтобы он стал на 0,2 - 0,3 м выше обсадной колонны. Когда вода поднимается до этой высоты, вентиль закрывается. Высота столба воды определяется по манометру (10 кПа соответствуют 1 м столба воды).

Рис. 2. Приспособление для контроля герметичности
скважины:

1 - скважина без обсадки; 2 - обсадная колонна; 3 - герметизирующая среда; 4 - ветошь; 5 - деревянные клинья; 6 - патрубок обсадной колонны; 7 - уплотнение; 8 - фланец; 9 - трубка; 10 - тройник; 11 - манометр; 12 - вентиль; 13 - переходной штуцер; 14 - шланг

24. Проверка качества герметизации проводится способом контроля качества герметизации скважин, основанным на измерении давления в скважине. После герметизации устья скважины ее подключают к дегазационному трубопроводу и создают в ней разрежение. Затем с помощью задвижки скважину перекрывают и по скорости роста давления (снижения вакуума) определяют наличие подсосов воздуха. Если подсосы большие, то их можно измерить в обсадной трубе.