Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния интенсификации горных работ с использованием техники и технологии проведения наклонно-горизонтальных скважин
1.1 Проблемы интенсификации очистных и подготовительных работ в горно-геологических условиях РФ 11
1.2 Проблемы обособленного проветривания подготовительных забоев и устойчивость шахтной сети в условиях высокой газоотдачи 13
1.3 Развитие технологий дегазации и пылеподавления в очистных и подготовительных забоях шахт РФ 16
1.4 Современные технологии бурения скважин в угле и углепородном массиве
1.4.1 Современные технологии бурения стволов 20
1.4.2 Современные технологии бурения скважин в угле и углепородном массиве подземными буровыми установками 24
1.4.3 Установки для бурения технологических скважин в угле и углепородном массиве с поверхности 29
1.4.4 Анализ возможностей современных средств навигации и ориентирования бурового снаряда при бурении наклонных и горизонтальных скважин 34
1.4.5 Материалы и оборудование обсадки скважин с наклонным и горизонтальным ответвлениями ствола 36
1.5 Цели и задачи исследования 39
Глава 2. Основные направления синтеза технологических схем очистных и подготовительных работ с использованием наклонно-горизонтальных скважин
2.1 Выбор и обоснование объектов исследования 40
2.2 Оценка параметров скважин при традиционной подземной добыче угля
2.2.1 Концептуальная схема и алгоритм синтеза вариантов технологических схем с замещением скважинами выработок полного сечения в рамках традиционной технологии подземной добычи угля 45
2.2.2 Оценка технических параметров бурения вертикальных скважин для доступа с поверхности к угольным пластам 49
2.2.3 Разработка критерия оценки эффективности реализации скважинного замещения скважинного при подземном способе добычи угля 52
2.3 Разработка критерия оценки эффективности реализации скважинного замещения выработок полного сечения при подземной добычи угля 54
2.4 Выводы по главе 2 76
Глава 3. Синтез допустимых технологических схем вскрытия, подготовки и отработки запасов шахтного поля с использованием наклонно-горизонтальных скважин
3.1 Адаптация технологических схем горно-подготовительных и очистных работ с использованием наклонно-горизонтальных скважин к заданным горно-геологическим и горнотехническим условиям 77
3.2 Синтез допустимого множества вариантов технологических схем горно-подготовительных и очистных работ с использованием многофункциональных наклонно-горизонтальных скважин 85
3.3 Выбор и обоснование рационального варианта технологической схемы горно-подготовительных и очистных работ с использованием многофункциональных наклонно-горизонтальных скважин 91
4 Выводы по главе 3 107
Глава 4. Обоснование параметров и области применения традиционной технологии подземной добычи угля с использованием наклонно-горизонтальных скважин
1 Обоснование параметров технологии и систем разработки при использовании замещающих наклонно-горизонтальных скважин... 109
2 Обоснование оптимальной технологии бурения замещающих наклонно-горизонтальных скважин в условиях шахт юга Кузбасса ... 122
3 Повышение эффективности и надежности очистных и горно-подготовительных работ за счет замещения подземных выработок наклонно-горизонтальными скважинами 129
4 Рекомендации по повышению надежности и промышленной безопасности эксплуатации скважин 136
6 Выводы по главе 4 149
Заключение 152
Библиографический список 154
- Проблемы обособленного проветривания подготовительных забоев и устойчивость шахтной сети в условиях высокой газоотдачи
- Разработка критерия оценки эффективности реализации скважинного замещения выработок полного сечения при подземной добычи угля
- Синтез допустимого множества вариантов технологических схем горно-подготовительных и очистных работ с использованием многофункциональных наклонно-горизонтальных скважин
- Обоснование оптимальной технологии бурения замещающих наклонно-горизонтальных скважин в условиях шахт юга Кузбасса
Введение к работе
Актуальность работы. В связи с ростом глубины горных работ газообильность угольных пластов постоянно увеличивается и в настоящее время на действующих шахтах достигла 30 м /т. При этом эффективность дегазации и комбинированного проветривания зачастую ограничивается недостатками традиционных схем вскрытия, подготовки и отработки пологих пластов.
Независимое проветривание очистных и подготовительных забоев, а так же изолированный отвод метановоздушной смеси по поддерживаемым выработкам в настоящее время обеспечиваются за счет дополнительных объемов горноподготовительных работ, что ведет к снижению темпов воспроизводства запасов, готовых к выемке, разрывам очистного фронта и снижению эффективности отработки пологих пластов шахт с высокой газообильностью.
Традиционные решения, основанные на повышении темпов проходки за счет использования импортной техники, технологии формирования и сохранения выемочных выработок за очистными забоями с ростом глубины горных работ и газообильности пластов уже не позволяют обеспечить требуемые технико-экономические показатели работы угольных шахт.
Одним из перспективных направлений отработки пологих пластов является интеграция в традиционные технологические схемы шахт наклонно-горизонтальных скважин, пробуренных с поверхности и обеспечивающих независимое проветривание подготовительных забоев, снижение удельного проведения наклонных выработок, повышение эффективности изолированного отвода метана и дегазации.
Возможность эффективного использования наклонно-горизонтальных скважин для дегазации угольных пластов и промышленной добычи метана подтверждается опытом угольной промышленности Австралии, США и ряда других развитых угледобывающих стран.
Опыт бурения скважин на Таллинской экспериментальной площадке в Кузбассе, накопленный ОАО «Газпром промгаз», показал возможность эффективного использования технологии бурения скважин, реализованной в нефтедобывающей промышленности, для решения задачи повышения эффективности и безопасности подготовки и отработки пологих угольных пластов.
Исходя из вышеизложенного, исследования, направленные на разработку технологических схем замещения скважинами горных выработок полного сечения в рамках традиционной подземной технологии добычи угля, являются весьма актуальными.
Целью исследований является разработка технологических схем подготовки и отработки пологих угольных пластов с замещением части наклонных вентиляционных выработок наклонно-горизонтальными скважинами.
Идея работы состоит в замещении наклонных подготовительных выработок полного сечения многофункциональными наклонно-горизонтальными скважинами при рациональном соотношении объемов проведения горных выработок и бурения скважин.
Задачи исследований:
1. Обосновать элементы технологической схемы шахты для замещения
пробуренными с поверхности наклонно-горизонтальными скважинами и
условие оценки эффективности скважинного замещения.
2. Разработать технологические схемы и обосновать рациональные
варианты интегрирования наклонно-горизонтальных скважин в схемы
подготовки, вентиляции и дегазации шахт, разрабатывающих пологие угольные
пласты.
3. Обосновать параметры технологических схем проведения
подготовительных выработок с использованием наклонно-горизонтальных
скважин.
4. Адаптировать параметры столбовой системы разработки к замещению наклонной вентиляционной выработки наклонно-горизонтальной скважиной при компенсации затрат на бурение эффектом от замещения вентиляционной выработки полного сечения.
Методы исследований:
Статистическая обработка накопленных данных об использовании наклонно-горизонтальных скважин в нефтегазовой промышленности, геологоразведочных работах и строительстве, нейросетевого моделирования стоимостных характеристик бурения наклонно-горизонтальных скважин в заданных горно-геологических и горнотехнических условиях, численного моделирования параметров функционирования технологических систем шахт с использованием наклонно-горизонтальных скважин для замещения вентиляционных, дегазационных и газодренажных выработок.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
установлено, что замещение наклонных вентиляционных выработок полного сечения наклонно-горизонтальными скважинами при глубине горных работ до 700 м снижает удельные затраты на подготовку пологих угольных пластов средней мощности;
выявлено, что использование наклонно-горизонтальных скважин как элементов систем вентиляции и дегазации обеспечивает независимое проветривание подготовительных забоев, снижает удельный объем проведения выработок полного сечения и затрат на дегазационный трубопровод;
установлено, что рациональной является схема подготовки выемочных столбов парными штреками с размещением горизонтальной части скважины для проветривания забоя в целике между выработками или в кровле пласта;
- доказано, что замещение наклонных вентиляционных выработок
наклонно-горизонтальными скважинами позволяет снизить разрывы фронта
очистных работ на пологих пластах средней мощности при наличии
технической возможности монтажа и эксплуатации комплексно-
механизированного забоя необходимой длины.
Научная новизна работы состоит в:
- установлено, что при реализации разработанных схем замещения
наклонных выработок полного сечения наклонно-горизонтальными
скважинами на пологих угольных пластах средней мощности снижение затрат
на подготовку выемочных столбов превышает стоимость бурения скважин;
- выявлено, что повторное использование вертикального ствола
вентиляционной скважины для развития сети дегазационных скважин снижает
затраты на дегазацию за счет ликвидации участкового и магистрального
дегазационных трубопроводов;
- выявлено, что при заданных длине выемочной выработки и глубине
горных работ эффективность использования наклонно-горизонтальных
скважин для отвода исходящей струи определяется мощностью пласта и
длиной очистного забоя;
доказано, что замещение выработок полного сечения многофункциональными наклонно-горизонтальными скважинами позволяет снизить потери добычи из-за простоев комплексно-механизированных забоев вследствие отсутствия готовых к выемке запасов угля.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается:
- достаточным объемом проанализированных технико-экономических
показателей бурения наклонно-горизонтальных скважин в различных горно
геологических и горнотехнических условиях компаний - операторов бурения
ОАО «Газпром», ОАО "Сургутнефтегаз", ОАО НПО "Буровая Техника"-
ВНИИБТ, Wirth и др;
удовлетворительной сходимостью результатов моделирования стоимостных параметров скважин и значений тестирующей выборки (суммарное квадратическое отклонение составило 0,12) в ходе расчета удельных затрат на проведение скважин с использованием нейросетевой модели.
Личный вклад автора состоит в:
разработке алгоритма синтеза и условия эффективности реализации технологических схем с замещением наклонных вентиляционных выработок полного сечения наклонно-горизонтальными скважинами;
обосновании параметров технологических схем замещения наклонных вентиляционных выработок полного сечения наклонно-горизонтальными скважинами;
синтезе и обосновании параметров технологических схем подготовки выемочных участков с использованием наклонно-горизонтальных скважин;
- адаптации параметров системы разработки для эффективного
использования наклонно-горизонтальных скважин при ведении
горноподготовительных и очистных работ.
Практическая ценность работы состоит в том, что:
обоснованы рациональные параметры замещения наклонных вентиляционных выработок полного сечения наклонно-горизонтальными скважинами при традиционной подземной разработке пологих угольных пластов в заданных горно-геологических и горнотехнических условиях;
- разработаны технологические схемы позволяющие снизить объемы
проведения наклонных выработок полного сечения путем их замещения
пробуренными с поверхности наклонно-горизонтальными скважинами;
- адаптированы параметры традиционной столбовой системы разработки
для эффективного многократного использования наклонно-горизонтальных
скважин при ведении горноподготовительных и очистных работ;
обоснованно снижение простоев длинных комплексно-механизированных забоев за счет сокращения удельного объема проведения выработок полного сечения с помощью замещения их наклонно-горизонтальными скважинами.
Апробация работы: Основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов Сибирского государственного индустриального университета (г.
Новокузнецк, 2002, 2003, 2004), на международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии и использование минеральных ресурсов» (г. Новокузнецк, 2005, 2006), на научно-техническом семинаре молодых ученых, специалистов, студентов и аспирантов ОАО «Промгаз» и МГГУ (г. Новокузнецк, 2005), на XI Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (г. Новокузнецк, 2007), на XV Международной научно-практической конференции «Шахтный метан: прогноз, извлечение, использование» (г. Новокузнецк, 2008).
По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 166 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 59 таблиц, список литературы из 120 наименований.
Проблемы обособленного проветривания подготовительных забоев и устойчивость шахтной сети в условиях высокой газоотдачи
Наращивая темпы добычи из КМЗ, отрасль неизбежно столкнется с необходимостью ускорения воспроизводства очистного фронта. При этом в подготовке пластов пологого падения сохранится панельная схема, преимущественно с нисходящей отработкой ярусов в панели. Возрастут длины лав (до 500 м вне зависимости от мощности угольного пласта) сечение выработок (свыше 13 м) и длина крыла односторонней панели до 1,5 - 2 км и более [12]. Уже сегодня при проведении подготовительных выработок длинной более 1000 м с обособленным проветриванием возникают технические трудности. Типовой сценарий аварии выглядит следующим образом. В начальной стадии проведения выработки от уклона (бремсберга) газовыделение обычно бывает незначительным, проветривание хорошим, содержание метана в забое и на исходящей струе минимальным (0,1 — 0,3 %). По мере увеличения протяженности проводимой выработки, до 100 — 200 м газовыделение постепенно увеличивается и концентрация метана в выработке достигает 0,4 - 0,5 %. При дальнейшей проходке повышается сопротивление вентиляционных труб, возрастают утечки воздуха, уменьшается подача воздуха в забой, концентрация метана повышается до 0,7 - 0,8 % с последующим ростом до 0,9 -1,0 %. Эта величина пока еще соответствует ПБ, но становится близкой к предельной. Могут возникать местные (слоевые) скопления метана, имеют случаи увеличения концентрации его до 1,3 % - 2% [13]. Проведение выработки, как правило, продолжается с теми же темпами т.к. работающие убеждены, что у них есть надежное взрывобезопасное оборудование, аппаратура непрерывного контроля и защиты, в виде отключения электроэнергии при наличии метана в выработке более 1,3% (1,4% в пределах точности настройки датчика). Если подходить объективно, проходку выработки на этой стадии временно необходимо приостановить, так как ситуацию с газом можно назвать неустойчивой, опасной, а точнее предаварийной.
Описанную выше предельную по проветриванию длину выработки и содержанию метана аварийной на шахте не считают, т.к. формально все в пределах нормы, а повышение концентрации метана во время выемки угля комбайном, в учет не принимаются. Согласно анализа ВостНИИ, выполненного по данным шахт Кузбасса из 1000 загазирований в 10 — 16 случаях происходит воспламенение метана, его вспышка или взрыв. Данные об авариях за длительный период времени показывают, что именно на заключительном этапе проведения выработок чаще всего происходили взрывы (например на шахтах "Колмогоровская", "Чертинская", "Коксовая", "Тайбинская", "Черкасовская" и др.) [14]. Кроме постоянного увеличения утечек из вентиляционного трубопровода нарушение режима проветривания происходят из-за перераспределения воздуха между выработками. В одном случае это происходит за счет очередной сбойки двух выработок и отсутствия контроля за количественными изменениями подачи воздуха по забоям и выработкам, в первую очередь, наиболее удаленным от главных вентиляторов и трудно проветриваемых; в других - вследствие нарушения целостности вентиляционных сооружений при выполнении ремонтных, монтажных и других работ; в-третьих, это открытие вентиляционных дверей и перемычек при передвижении и транспортировке грузов. Двери участковых вентиляционных шлюзов не обслуживаются, многие не имеют дистанционного контроля их положения и блокировки при шлюзовании. По указанным причинам проветривание часто является не полностью управляемым [15]. Недостаточность контроля за состоянием вентиляционных сооружений примыкает к еще одному важному недостатку технологических систем современных шахт с высокопроизводительными КМЗ - сложности обеспечения независимого проветривания очистных и подготовительных забоев при работе по схемам «шахта -лава», «шахта - пласт». В настоящее время независимое проветривание очистных и подготовительных забоев, обеспечивается за счет: установки ВМП вне исходящей струи из очистного забоя (зачастую в 150 - 300 м от устья подготовительной выработки); сложной системы шлюзов и кроссингов, снижающих устойчивость проветривания шахты, особенно при аварийных режимах; проведения дополнительных вентиляционных выработок, стоимость которых достигает 14-20 тыс. руб./м. Однако вышеизложенные меры не позволяют обеспечить эффективное проветривание, о чем свидетельствует статистика аварий, приведенная в таблице 1.1.
Разработка критерия оценки эффективности реализации скважинного замещения выработок полного сечения при подземной добычи угля
Стрела прогиба f определяется решением дифференциального уравнения упругой линии системы долото - забойный двигатель - утяжеленные буровые трубы (УБТ) или бурильные трубы, подверженной действию распределенной нагрузки от нормальной составляющей собственного веса. Для упрощения прикладных расчетов [67] стрелы прогиба используется формула где Dc - диаметр скважины, м; Второй метод, описывающий процесс искривления горизонтального ствола скважины вследствие неравномерного разрушения забоя [67] основывается на утверждении, что в горизонтальной скважине на искривление влияют параметры колонкового набора или для промысловых скважин буровой компоновки. Угол прекоса компоновки определяется по формуле: где d — диаметр колонкового набора или для оборудования применяемом для промыслового бурения диаметр буровой компоновки. Величина интенсивности искривления скважины определяется формулой: где / - длина буровой компоновки, м; у - угол перекоса компоновки, рад. По каждой из рассмотренных методик отдельно произведен расчет на примере пилотной горизонтальной скважины. Для проведения такой скважины по угольному пласту может быть использовано соответствующее оборудование, [68, 69] сведения о котором сведены в таблицу 2.3. На основе рассмотренных выше методик были выполнены расчеты по оценке отклонения скважины диаметром 295,3 мм при бурении забойным двигателем с формированием горизонтального ствола протяженностью 1000 м. По результатам расчета установлено, что отклонение скважины на 1000 м проходки может достигать 10 м. В границах рассматриваемого коридора проводимой скважины (3x4 м) такое неуправляемое отклонение недопустимо.
Решение данной задачи возможно двумя способами [70]: 1) введением в состав буровой компоновки труб УБТ; 2) применением специальных средств циклического или непрерывного действия для контроля за параметрами скважины. В ходе выполнения работы был выбран тип необходимой УБТ [71], составлена компоновка (таблица 2.4) и произведен проверочный расчет. Результаты расчета, приведенные в таблице 2.5, говорят от том, что рассматривая только неравномерность разрушения забоя скважины можно удержать ее в коридоре 3x4 м на длину горизонтальной части до 1000 м. Для компенсации других факторов, влияющих на направление движения забоя, необходимо применить современную забойную навигационную аппаратуру. Ниже рассмотрен имеющийся практический опыт отечественных сервисных буровых компаний по проведению наклонно-горизонтальных скважин. ООО ТехИнформСервис [72] накопило огромный опыт в проектировании и сопровождении сложных горизонтальных скважин и боковых стволов. Для непрерывного получения инклинометрических данных траектории скважины и измерения естественного гамма-излучения используются телеметрические системы с кабельным и гидравлическим каналами связи. Полученные данные определяют положение ствола скважины в трехмерном пространстве и наглядно иллюстрируют вскрываемый разрез. При участии специалистов этой организации построено более 250 горизонтальных скважин на месторождениях РФ. Успешно проведены работы по сопровождению горизонтальных участков 9 скважин протяженностью до 600 м в вертикальном коридоре 0,5 - 1,5 м на месторождениях Западной Сибири, наклонно-направленных и горизонтальных скважин на Сандибинском и Средне-Хулымском месторождениях.
Проведены горизонтальные скважины в Ставропольском крае и поселке Варандей (Коми) на берегу Северного ледовитого океана. Использование современных забойных двигателей, обеспечивающих необходимую интенсивность набора зенитного угла скважин диаметром 95 - 176 мм, с фиксированными и изменяемыми углами перекоса от 0 до 3 позволило бурить скважины с коротким радиусом кривизны до 14/10 м. При бурении горизонтальных скважин и боковых стволов компания применяет отечественные долота производства "Волгабурмаш" и Удол, а также импортные долота Smith, Reed, Baker Hughes, King Dream диаметром 120,6 - 215,9 мм [73]. В ходе выполнения работы сделан анализ ряда профилей наклонно-горизонтальных скважин пробуренных компанией ТехИнформСервис. Как видно из таблицы 2.6, величины отклонений горизонтальных частей скважин не выходят за границы проектных коридоров. Обеспечивается это за счет применения современной навигационной аппаратуры.
Синтез допустимого множества вариантов технологических схем горно-подготовительных и очистных работ с использованием многофункциональных наклонно-горизонтальных скважин
В основе эффективного использования скважин к угольным пластам в технологической системе шахты лежит принцип замещения подземных горных работ. Замещение происходит за счет применения технологий бурения с поверхности взамен подземной технологии ведения работ, а использование скважин взамен подземных выработок позволяет модифицировать или исключить определенные элементы в технологической системе шахты. Ниже приведены схемы синтеза допустимого множества вариантов технологических схем горно-подготовительных и очистных работ с наибольшим объемом использования скважинного доступа к пластам. На рисунке 3.3 показан вариант одноштрековой подготовки выемочного столба. Достоинством данной схемы является обеспечение независимого проветривания очистного и подготовительных забоев за счет отвода всей исходящей струи из проходческого забоя через скважину на поверхность.
Учтена возможность повторного использования скважин для проветривания сохраняемого штрека и отвода МВС из выработанного пространства. Недостатком схемы является перенос затрат бурения каждой скважины на стоимость проведения каждого штрека. На рисунке 3.4 показан вариант проведения параллельных штреков с отводом исходящей струи через одну скважину с расположением ее по трассе одного из штреков. Первый штрек проводится на всю длину с выдачей исходящей струи на поверхность по скважине. Второй проветривается ВМП, а исходящая сначала выбрасывается в уже проведенный параллельный штрек и далее по скважине на поверхность. Достоинством схемы является использование только одной скважины, что снижает затраты на бурение. Имеется возможность повторного использования скважины для дегазации выработанного пространства. Недостаток - опасность разрыва очистного фронта в случае отставания от графика проведения подготовительных выработок. На рисунке 3.5 показан вариант расположения скважины в охранном целике между штреками. 1 - скважины для отвода исходящей струи из проходческих забоев, 2 - скважина для вентиляции выработки, 3 - скважина для дегазации выработанного пространства, 4 - КМЗ, 5 - ленточный конвейер, 6 — скребковый конвейер, 7 - квершлаг для отвода исходящей струи, 8, 9 - квершлага для подачи свежей струи воздуха, 10 - сохраняемая выработка проветриваемая через скважину, 11 - искусственное ограждение сохраняемой выработки, 12 - сокращаемая (замещаемая скважиной) наклонная выработка, 13 - вынимаемый охранный целик сокращенной выработки Рисунок 3.3 -Поэтапное использование многофункциональной скважины при одноштрековой подготовке выемочного столба Достоинством схемы, показанной на рисунке 3.5, является возможность бурения вентиляционной скважины в охранный целик между штреками или в породах кровли над охранным целиком.
Отвод исходящей струи происходит через ближайшую сбойку между штреками, подсекающую ствол скважины. Основным достоинством схемы является расширение границ коридора бурения, что снижает риск потери связи со стволом скважины в процессе проведения выработок. На рисунке 3.6 показаны варианты соединения выработок со стволом скважины. Первый вариант прохождения трассы горизонтального ствола скважины в угольном пласте в охранном целике удобен возможностью подсечения его сбойкой в любом удобном для этого месте. Даже в случае ухода скважины из заданного коридора по ее координатам возможно оптимально выбрать положение следующей сбойки для отвода исходящей струи воздуха. Недостатком является меньшая устойчивость стенок скважины относительно аналогичной, пробуренной в породе. Второй вариант предусматривает бурение скважины в породах кровли, что повысит устойчивость ствола скважины. Недостатком этого варианта является необходимость проведения каналов, связывающих скважину со сбойками буровзрывным способом или при помощи подземного бурового станка. В результате пересечения ствола скважины каналом, пройденным на БВР, имеется риск ее засыпания породой, а применение дополнительного бурового оборудования для ремонта приведет к увеличению затрат.
Обоснование оптимальной технологии бурения замещающих наклонно-горизонтальных скважин в условиях шахт юга Кузбасса
По результатам анализа горно-геологических и горно-технических условий объектов исследований шахт «Юбилейная» и ш. «им. В. И. Ленина», приведенных в таблице 4.6, был разработан алгоритм выбора параметров конструкции замещающих скважин (рисунок 4.10).
С учетом горно-геологических и горнотехнических условий ш. Юбилейная в разрезе угольного массива которой присутствуют отработанные пласты выше разрабатываемого взамен традиционной схемы обсадки скважины была принята конструкция показанная на рисунке 4.11.
Необходимость изоляции полостей отработанных пластов от наклонно-горизонтальной части скважины с целью предотвращения потери промывочной жидкости при бурении и исключения прочих осложнений в процессе бурения [106, 107] требует спуска дополнительной промежуточной обсадной колонны. Для обсадки эксплуатационной колонны возможно применить полимерные трубы [108, 109].
Конструкция скважины, показанная на рисунке 4.10, весьма металлоемка. Для увеличения скорости бурения и снижения стоимости работ, возможно применение современной технологии изоляции зон поглощения бурового раствора профильными перекрывателями [ПО]. Конструкция такой скважины показана на рисунке 4.12.
Применение профильного перекрывателя типа ОЛКС позволяет сохранить диаметр бурения под обсадную колонну до пересечения скважиной всех отработанных пластов. Технология установки ОЛКС основана на локальном расширении части ствола скважины и установке в нем стальной трубы с внутренним диаметром, позволяющим продолжить бурение, не уменьшая диаметр долота. Размер профильного перекрывателя по длине принимается на 10-20 м больше зоны нарушения по стволу скважины. Для расширения ствола скважины возможно применить различные модели расширителей [111]. Бурение наклонно-горизонтальной части ствола скважины производится посредством турбобуров [112] в комплексе с забойной системой ориентирования. Характеристики турбобуров приведены в таблице 4.7, систем ориентирования в таблице 4.8. Рассмотрение различных вариантов конструкции наклонно-горизонтальных скважин шахты выявило наиболее перспективный вариант технологии строительства скважины. Универсальным способом бурения для всех объектов исследований является комбинированный. Совмещение новых перспективных технологий локального крепления ствола скважины профильными перекрывателями без уменьшения его диаметра при бурении под колонну направления и использования пластиковых труб для крепления эксплуатационной колонны максимально удешевит и ускорит буровые работы. Идея применения пластиковых обсадных труб в конструкции наклонно-горизонтальной скважины позаимствовано из технологии горизонтального бурения [113,114] использующегося для прокладки коммуникаций под различными преградами природного и техногенного характера. Трубы и их стыки имеют разрывную нагрузку до 65 тонн, способны растягиваться без потери своих качеств до 7%, токсикологически и бактериологически безопасны, не требуют катодной защиты. На рисунке 4.13 показан алгоритм выбора технических характеристик буровой установки согласно параметров наклонно-горизонтальной скважины. Из перечня буровых установок, приведенных в таблице 4.9 и веса бурового снаряда [115], наиболее адаптированными к условиям буровых работ в климатической зоне Западной Сибири являются отечественные установки. Для решения задачи по бурению, скважины определенной в условиях шахты «Юбилейная» наиболее подходящей по характеристикам является установка передвижная подъемная УПА-100 грузоподъемностью до 100 т. Для решения задачи по бурению, скважины, определенной в условиях шахты «им. В. И. Ленина» возможно применить белее легкую установку передвижную подъемную УПА-80 грузоподъемностью до 80 т. Учитывая, что все выбранное оборудование по бурению и обустройству скважин на практике заимствуются из ряда нефтегазового по причине отсутствия «углегазовых» стандартов, в рамках данной работы предлагается внести ряд рекомендации разработчикам оборудования по адаптации его к условиям «углегазовых» скважин. В связи со сравнительно низкими прогнозным давлением газа в скважинах угольного массива возможно пересмотреть конструкцию оборудования обвязки скважины в сторону снижения его металлоемкости. Для повышения мобильности бурового оборудования предлагается смонтировать оборудование растворного хозяйства и отдельные силовые элементы (трансформаторы, электрические генераторы и пр.) блоки на колесном шасси. Необходимость широкого использования профильных перекрывателей требует создания конструкций последних на основе полимерных материалов - это? позволит снизить себестоимость 1 м скважины и расширить область применения скважинного доступа к угольным пластам в рамках традиционной подземной добычи угля.
