Приложение 7. ИНСТРУКЦИЯ ПО ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

1. Параметры скважин, буримых из участковых выработок на подрабатываемые пласты (рисунок 1, приложения N 6 к настоящей Инструкции), определяются по формулам, приведенным в таблице N 1.

2. При бурении скважин из фланговых выработок (рисунок 4, приложения N 6 к настоящей Инструкции) параметры скважин задаются значением угла , углом между проекцией скважины на горизонтальную плоскость и перпендикуляром к оси выработки в той же плоскости. Остальные параметры скважин определяются по формулам, приведенным в таблице N 2.

3. При бурении развернутых на очистной забой скважин из поддерживаемой за лавой выработки (рисунок 2, таблица N 1, приложения N 6 к настоящей Инструкции) параметры скважин задаются величиной или рассчитывают ее по формуле

, (1)

где - расстояние от очистного забоя до места установки бурового станка, м;

- время, необходимое для монтажа станка, бурения, герметизации и подключения скважины к газопроводу, сут.;

- скорость подвигания очистного забоя, м/сут.;

- расстояние по нормали между разрабатываемым пластом и сближенным дегазируемым пластом, м;

- угол разгрузки подрабатываемой толщи горных пород, град. Определяется опытным путем или по таблице N 3.

5. Величина (протяженность зоны, препятствующей интенсивной разгрузке пород вблизи выработки, из которой бурится скважина) определяется по таблице N 4.

6. Графическое определение параметров дегазационных скважин при бурении их навстречу очистному забою производится на одномасштабных планшетах или выкопировках с плана горных работ и вертикальном разрезе угленосной толщи дегазируемого участка.

На вертикальном разрезе в лаве по простиранию из точки A (рисунок 1), соответствующей устью скважины, по падению пласта откладывается отрезок .

Из точки K под углом разгрузки подрабатываемой толщи горных пород к линии падения пласта проводится линия KB до дегазируемого подрабатываемого пласта. Отрезок AB представляет собой проекцию скважины на вертикальную плоскость, проходящую через точку A. Из точки B строится перпендикуляр BF на горизонталь AH, проведенную через точку A.

Таблица N 1

Параметры скважин для дегазации подрабатываемых пологих
и наклонных пластов

┌───────────┬───────────────────────────────────────────────────────────────┬────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Проведение│    Скважины бурятся в плоскости, параллельной забою лавы      │      Скважины бурятся с разворотом от линии падения (восстания) или простирания пласта     │
│ выработки,│                       (a  = 0, фи = 0)                        │                                                                                            │
│ из которой│                         1                                     │                                                                                            │
│  бурятся  ├──────────────────────────────────────┬────────────────────────┼─────────────────────────────┬─────────────────────────────────────────┬────────────────────┤
│  скважины │  угол наклона скважины к горизонту   │   длина скважины, м    │   угол разворота скважины   │    угол наклона скважины к горизонту    │  длина скважины, м │
├───────────┼──────────────────────────────────────┼────────────────────────┼─────────────────────────────┼─────────────────────────────────────────┼────────────────────┤
│По         │                          M    + h    │          M    + h      │    tg фи = a  / [(b + c  +  │   tg бета = [M    + h +/- (b  + c  +    │            a       │
│простиранию│                           с.п        │           с.п          │             1      1   1    │               с.п           1    1      │             1      │
│пласта     │tg(бета +/- альфа) = -----------------│l  = -------------------│                             │                                         │l  = ---------------│
│           │                     b  + c  + Mctg фи│ с   sin(бета +/- альфа)│ + M    ctg пси)cos альфа +/-│                         sin фи cos альфа│ с   sin фи cos бета│
│           │                      1    1          │                        │    с.п                      │+ M    ctg пси) tg альфа]----------------│                    │
│           │                                      │                        │                             │   с.п                           a       │                    │
│           │                                      │                        │  +/- (M    + h)sin альфа)]  │                                  1      │                    │
│           │                                      │                        │        с.п                  │                                         │                    │
├───────────┼──────────────────────────────────────┼────────────────────────┼─────────────────────────────┼─────────────────────────────────────────┼────────────────────┤
│По падению │                    M    + h          │           M    + h     │                 a           │         M    + h +/- (a sin альфа)sin фи│            a       │
│или        │                     с.п              │            с.п         │                  1          │          с.п           1                │             1      │
│восстанию  │tg бета = ----------------------------│ l  = ------------------│tg фи = ---------------------│tg бета = -------------------------------│l  = ---------------│
│пласта     │          (b  + c  + Mctg фи)cos альфа│  с   sin бета cos альфа│       b  + c  + M    ctg пси│                    a cos альфа          │ с   sin фи cos бета│
│           │            1    1                    │                        │        1    1    с.п        │                     1                   │                    │
└───────────┴──────────────────────────────────────┴────────────────────────┴─────────────────────────────┴─────────────────────────────────────────┴────────────────────┘

Обозначение символов:

- угол между проекцией скважин на горизонтальную плоскость и перпендикуляром к оси выработки в той же плоскости, град.;

- угол наклона скважин к горизонту (угол между осью скважины и горизонтальной плоскостью), град.;

- расстояние от разрабатываемого до сближенного пласта по нормали, м;

- протяженность зоны, препятствующей разгрузке пород у выработки, из которой бурится скважина (ширина охранной зоны), м;

- резерв, учитывающий возможное отклонение скважины от заданного направления, м (принимается равным 5 - 10 м);

- угол разгрузки подрабатываемой толщи пород, отсчитываемый от плоскости напластования, град.;

h - расстояние по нормали от устья скважины до кровли разрабатываемого пласта (считается положительным, если устье скважины располагается ниже кровли пласта, и отрицательным - выше кровли), м;

- угол падения пласта, град.;

- проекция оси скважины на горизонтальную проекцию оси выработки, м.

Примечание. Верхний знак (плюс или минус) здесь и в дальнейшем принимается при бурении скважин в сторону падения пласта, нижний - в сторону восстания.

Таблица N 2

Определение параметров скважин, пробуренных для дегазации
подрабатываемых пластов из фланговых выработок

┌─────────┬─────────────────────────────────────────────────────────────────┬───────────────────────────────────────────────────────────┐
│Фланговая│             Угол наклона скважины к горизонту, град.            │                    Длина скважины, м                      │
│выработка│                                                                 │                                                           │
├─────────┼─────────────────────────────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────────────────────────────┤
│Горизон- │             M    sin(пси +/- альфа)                             │                     ┌                                    ┐│
│тальная  │              с.п                                           h    │                     │M    cos(пси + альфа)               ││
│         │             ----------------------- +/- b  sin альфа + ---------│            1        │ с.п                                ││
│         │                     sin пси              1             cos альфа│l  = --------------- │--------------------- + b  cos альфа││
│         │бета = arctg ----------------------------------------------------│ с   cos фи cos бета │         sin пси         1          ││
│         │                      ┌                                       ┐  │                     └                                    ┘│
│         │                  1   │  M                                    │  │                                                           │
│         │               ------ │   с.п                                 │  │                                                           │
│         │               cos фи │------- cos(пси + альфа) + b  cos альфа│  │                                                           │
│         │                      │sin пси                     1          │  │                                                           │
│         │                      └                                       ┘  │                                                           │
├─────────┼─────────────────────────────────────────────────────────────────┼───────────────────────────────────────────────────────────┤
│Наклонная│                M    + h                                         │                       b  + M    ctg пси                   │
│         │                 с.п                                             │                        1    с.п                           │
│         │                --------- +/- (b  + M    ctg пси)tg пси tg альфа │                  l  = -----------------                   │
│         │                cos альфа       1    с.п                         │                   с    cos фи cos бета                    │
│         │  бета = arctg  ------------------------------------------------ │                                                           │
│         │                                b  + M    ctg пси                │                                                           │
│         │                                 1    с.п                        │                                                           │
│         │                                -----------------                │                                                           │
│         │                                      cos фи                     │                                                           │
└─────────┴─────────────────────────────────────────────────────────────────┴───────────────────────────────────────────────────────────┘

Таблица N 3

Значение угла разгрузки подрабатываемой толщи пород

Таблица N 4

Протяженность зоны, в которой скважины защищены
от разрушения

┌───────────────────────────────────────┬─────────────────────────────────┐
│  Способ охраны выработки, из которой  │       Протяженность зоны,       │
│          пробурены скважины           │препятствующей разгрузке пород у │
│                                       │        выработки (b ), м        │
│                                       │                    1            │
├───────────────────────────────────────┼─────────────────────────────────┤
│Оставление целиков угля                │             l  + 5              │
│                                       │              ц                  │
├───────────────────────────────────────┼─────────────────────────────────┤
│Возведение костров, бутокостров,       │                5                │
│бутовых полос шириной менее 10 м       │                                 │
├───────────────────────────────────────┼─────────────────────────────────┤
│Возведение бутовых полос шириной более │              0,5l               │
│10 м                                   │                  б              │
└───────────────────────────────────────┴─────────────────────────────────┘

Примечание. - ширина целика угля, м; - ширина бутовой полосы, м.

На плане горных работ параллельно вентиляционному штреку на расстоянии AF, взятом с разреза Б-Б, проводится линия FH. Из точки A по линии простирания пласта откладывается отрезок AG, равный величине , затем из точки G восстанавливается перпендикуляр GC к линии AG до пересечения с линией FH. Отрезок AC - проекция скважины на горизонтальную плоскость, угол FAC - искомый угол разворота скважины .

На вертикальном разрезе из точки A на горизонтали AH откладывается отрезок AC, взятый из плана горных работ. Из точки C восстанавливается перпендикуляр CD, равный BF. Отрезок AD - искомая длина скважины в соответствующем масштабе, угол DAC - искомый угол наклона скважины к горизонту (угол ).

7. При бурении скважин в плоскости, параллельной очистному забою ( = 0), графическое определение параметров выполняется аналогично. В этом случае отрезок AB на вертикальном разрезе есть длина скважины в соответствующем масштабе, а угол BAF - угол наклона скважины к горизонту (угол ).

8. При бурении скважин над монтажной камерой (рисунок 2) геометрические построения начинают на вертикальном разрезе в плоскости, нормальной напластованию по линии простирания пласта, где откладывают и и проводят линию KB под углом . На плане горных работ на горизонтали AH откладывают отрезок AG = и восстанавливают перпендикуляр GC (отрезок , поскольку задаются углом ). Затем на вертикальном разрезе определяют местоположение точки D, то есть забоя скважины: на горизонтали AH откладывают отрезок AC, снятый с плана, и восстанавливают перпендикуляр CD до линии BD, параллельный горизонтали AH. Угол CAG на плане есть угол разворота скважины относительно линии простирания пласта (угол ), угол CAD на разрезе - угол наклона скважины к горизонту (угол ), а отрезок AD - длина скважины в соответствующем масштабе.

Рис. 1. Графическое определение параметров скважин, буримых
на подрабатываемый пласт

Рис. 2. Графическое определение параметров скважин,
буримых на подрабатываемый пласт над монтажной камерой

9. При бурении развернутых на очистной забой скважин из поддерживаемой за лавой выработки (рисунок 3) сначала задается длина проекции оси скважины на горизонтальную проекцию оси выработки (), равная расстоянию между буровыми камерами, увеличенному на 15 - 20 м.

На вертикальном разрезе из точки A откладывается отрезок (где - расстояние, равное сумме ширины поддерживаемой выработки и расстояния от устья скважины до выработки). Из точки K под углом проводится линия KB. Из точки B опускается перпендикуляр BF.

Из точки A (см. горизонтальную плоскость) откладывается отрезок AG, равный величине , затем из точки G восстанавливается перпендикуляр GC. Угол FAC - искомый угол разворота скважины от линии падения пласта. Затем определяют местоположение точки D, то есть забоя. Угол DAC - искомый угол наклона скважины , а отрезок AD - длина скважины в соответствующем масштабе.

Рис. 3. Графическое определение параметров
скважин, буримых из поддерживаемой за лавой выработки вслед
очистному забою

10. Параметры скважин при других вариантах их бурения на подрабатываемые пласты (рисунки 4 - 7) определяются аналогично указанному выше.

11. Расстояние , м, в плоскости разрабатываемого пласта от забоя лавы до местоположения проекции зоны максимального метановыделения из сближенного пласта в скважины рассчитывается:

, (2)

где - расстояние по нормали между разрабатываемым и сближенным пластами, м;

и - эмпирические коэффициенты.

При ведении дегазационных работ расстояние корректируется на основе фактических данных.

Величина рассчитывается по формуле

, (3)

где D, A, - коэффициенты, равные 2,13, 2,4 и 0,66 соответственно;

- скорость подвигания очистного забоя, м/сут.

Значение принимается равным 3,3.

Рис. 4. Графическое определение параметров
дегазационных скважин, буримых на подрабатываемый пласт
навстречу очистному забою

Рис. 5. Графическое определение параметров
дегазационных скважин, буримых на подрабатываемый пласт
в сторону восстания из откаточного штрека

Рис. 6. Графическое определение параметров дегазационных
скважин, буримых на подрабатываемый пласт в сторону
восстания из погашаемой вслед за лавой
выработки

Рис. 7. Графическое определение параметров дегазационных
скважин, буримых на подрабатываемый пласт из поддерживаемой
выработки в лавах по падению

12. Влияние скорости подвигания очистного забоя на эффективность дегазации сближенных пластов подземными скважинами, пробуренными отечественными станками, определяется:

, (4)

где и - эмпирические коэффициенты, равные в различных горно-технических условиях 0,5 - 0,7 и 0,017 - 0,18 соответственно.

На участках с поддержанием вентиляционных выработок позади очистного забоя лавы величина коэффициента принимается равной 0,017 - 0,022, а на участках с их погашением - 0,08 - 0,18. Скважины, пробуренные на подрабатываемые пласты, на выемочных участках, отрабатываемых с погашением вентиляционных выработок позади очистного забоя, применяются в лавах со скоростью подвигания линии очистного забоя менее 2 - 2,5 м/сут.

13. Дебит метана м3/мин. и его концентрация , %, в каптируемой газовоздушной смеси на выемочном участке изменяются от зоны максимума газовыделения вдоль отрабатываемого столба по зависимостям:

, (5)

, (6)

где , - дебит, м3/мин., и концентрация метана, %, в скважинах на расстоянии монтажной камеры соответственно;

, - эмпирические коэффициенты для различных схем дегазации, изменяющиеся в пределах 0,001 - 0,009 и 0,006 - 0,057 соответственно;

- длина отрабатываемого выемочного участка от зоны максимального газовыделения (после первой посадки основной кровли), м:

, (7)

где L - длина выемочного участка, м;

- расстояние (в плоскости разрабатываемого пласта) относительно монтажной камеры до местоположения проекции зоны максимального метановыделения в скважины (после первой посадки основной кровли), м.

14. Расстояние между скважинами, буримыми на подрабатываемые угольные пласты, определяется по номограмме рисунка 8.

15. До начала бурения дегазационных скважин на подрабатываемые пласты по схемам, приведенным в на рисунках 1 и 2 приложения N 6 к настоящей Инструкции, расстояние , м, между ними определяется по номограмме (рисунок 8) в зависимости от необходимой эффективности дегазации сближенных подрабатываемых пластов, возможного разрежения в скважинах и коэффициента , характеризующего газоотдачу i-го сближенного пласта.

Величина коэффициента , 1/(мс) рассчитывается:

, (8)

где - газовыделение из сближенных пластов и вмещающих пород в выработки участка, м3/мин.

, (9)

где - суточная производительность лавы, т/сут.;

- газовыделение из сближенных подрабатываемых пластов, м3/т;

- расстояние (в плоскости разрабатываемого пласта) от забоя лавы до места положения проекции зоны максимального газовыделения i-го дегазируемого пласта, м;

- длина лавы, м;

- мощность дегазируемого i-го сближенного пласта, м;

- расстояние по нормали между разрабатываемым и i-м сближенным пластами, м;

- предельное расстояние по нормали от разрабатываемого пласта до сближенного, при котором газовыделение из сближенного пласта близко нулю, м.

Рис. 8. Определение расстояния между скважинами
при их бурении на подрабатываемые угольные пласты

16. При бурении скважин из выработок, погашаемых за лавой, вводится коэффициент снижения эффективности дегазации, определяемый по номограмме (рисунок 9).

Рис. 9. Снижение эффективности дегазации сближенных
угольных пластов на участках, отрабатываемых с погашением
выработок за лавой

17. После завершения дегазационных работ на выемочном участке показатели, входящие в формулы (2) - (9), уточняются с учетом данных, полученных за весь период проведения дегазационных работ на выемочном участке.