Бурение направленных дегазационных скважин из подземных горных выработок

Для повышения эффективности выполнения дегазационных работ в угольных шахтах целесообразным может оказаться бурение протяженных направленных скважин по управляемой траектории из горных выработок разрабатываемого пласта. Дегазационные скважины такого типа включают криволинейную часть, пройденную в межпластовых породах до выхода в дегазационный пласт и прямолинейную, выполненную в сторону выработанного пространства и буримую по углю [1].

На кафедре технологии и техники геологоразведочных работ ДонНТУ проводятся работы по разработке новых технических средств и технологий направленного бурения скважин [2]. Анализ возможных схем проведения дегазации показывает, что в описываемой технической задаче возможны два варианта бурения скважин. В первом случае плоскость искривления дегазационной скважины является вертикальной, а ее азимут постоянен и зависит только от угла разворота скважины относительно оси штрека при ее забуривании. Во втором случае плоскость искривления скважины наклонена таким образом, чтобы прямолинейная часть скважины располагалась параллельно штреку на заданном расстоянии от него. Проектирование и бурение скважин по второй схеме является более сложной, но и обеспечивает высокую эффективность процесса.

Успешное проведение дегазационных скважин напрямую зависит от точности расчета траектории скважины и от технического средства, выполняющего бурение. На рис. 1 дана схема для определения основных параметров профиля пространственно-искривленной скважины. Координатная ось OX направлена по оси штрека, из которого производится дегазационное бурение скважины, ось OY – в поперечном направлении. Положительное направление оси OZ связано с направлением восстания скважины.

Рис. 1. Схема к расчету плоско-пространственного профиля скважины

Проектируемая скважина искривляется по дуге О₁В окружности заданного радиуса R, обеспечиваемого отклонителем непрерывного действия, при этом точка забуривания скважины О находится на штреке на уровне кровли разрабатываемого пласта. В точке В входа в дегазируемый пласт скважина горизонтальна, а дальнейшее ее простирание идет по прямолинейной траектории, параллельной оси штрека ОА. Дуга РВ является четвертью окружности, плоскость РО₁Q – горизонтальна, плоскость СО₁Q – вертикальна, а плоскость окружности наклонена к горизонтальной под углом β. Кривая ODD₁ является проекцией оси скважины на горизонтальную плоскость.

При проектирования профиля скважины определяют координаты любой точки N скважины, расположенной по длине скважины l_N от устья, угол наклона η_N скважины в этой точке и разворот ее относительно оси штрека δ_N. Последний определяет азимутальное направление скважины, т.к. азимут штрека известен.

Проведенные геометрические преобразования позволяют получить координаты текущего положения забоя (точка N на рис. 1) вплоть до точки входа скважины в пласт, которые определяются как:

где ₀ - центральный угол дуги, описываемой скважиной от точки забуривания до точки входа в пласт,

_N - центральный угол дуги, описываемой скважиной от любой текущей точки N до точки входа в пласт,

S – расчетная величина отхода проекции точки входа скважины в пласт от оси штрека,

m₀ - расстояние между пластами.

Для автоматизации процесса проектирования траектории скважины на кафедре ТТГР составлена расчетная программа, системный вид диалогового окна которой приведен на рис. 2.

Рисунок 2 – Системный вид программы расчета геометрических параметров проектируемой скважины

Задавая исходные параметры заложения скважины R, m, S, γ, α_x, α_n можно получить расчетные координаты проектных точек траектории, проектные углы наклона и разворота от линии штрека, необходимые для ориентирования отклонителя и контроля пространственного положения скважины в процессе бурения.

Список использованных источников

1. Юшков, А. С. Проектирование криволинейных восстающих скважин сложного профиля: реф. карты / А. С. Юшков. – М.: ЦНИЭИуголь, 1979. – 18 с. - Вып.10 (118). - №835. - Деп. в ЦНИЭИуголь, № 1527.

2. Юшков И. А., Петраков А. Е. Разработка методики профилирования и многофункционального комплекса для бурения подземных направленных скважин / И. А. Юшков, А. Е. Петраков. Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сборник научных трудов.- Вып.15.- Киев: ИСМ им. В.Н.Бакуля, НАН Украины, 2012. – C.125-130.