CC BY
53
УДК 622.234.573:622.831.3 © Ю.М. Леконцев, А.А. Хорешок, СЮ. Ушаков, О.А. Темиряева, 2017
Направленный гидроразрыв и модернизация оборудования для его проведения
— DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-10-22-24 -
ЛЕКОНЦЕВ Юрий Михайлович
Канд. техн. наук, старший научный сотрудник Института горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН, 630091, г. Новосибирск, Россия
ХОРЕШОК Алексей Алексеевич
Доктор техн. наук, профессор, директор Горного института Кузбасского государственного технического университета им. Т.Ф. Горбачева, 650000, Кемерово, Россия
УШАКОВ Сергей Юрьевич
Главный инженер ООО «Горняк», 652421, г. Березовский, Россия
ТЕМИРЯЕВА Оксана Александровна
Ведущий инженер
Института горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН, 630091, г. Новосибирск, Россия, e-mail: [email protected]
ют функцию стока потенциальной энергии, перераспределяя концентрацию напряжений на участках сопряжений горных выработок или над охранными целиками.
Технология проведения НГР включает следующие основные операции:
- установка бурового станка;
- бурение шпура;
- демонтаж бурового става и замена буровой коронки на специальный инструмент-щелеобразователь;
- последовательное наращивание бурового става до вхождения щелеобразователя в контакт с забоем шпура;
- нарезка в стенке шпура щели в виде плоского диска;
- демонтаж бурового става.
После демонтажа бурового става станок перемещают на следующую точку бурения.
В подготовленном шпуре герметизируют нарезанную полость и по трубопроводу от насоса нагнетают в полость водный раствор под давлением, необходимым для создания в породном массиве искусственных трещин в плоскости нарезанной щели. Параметры буримых шпуров (глу-
Одной из сложнейших проблем, возникающих при отработке угольного пласта, является посадка труднообруша-емой кровли. На основе фактических данных о проведении работ по ее разупрочнению направленным гидроразрывом с помощью известного щелеобразователя выявлен ряд недостатков в его использовании. Разработано комбинированное устройство для бурения и нарезания щелей в горном массиве, существенно повышающее эффективность способа разупрочнения.
Ключевые слова:разупрочнение кровли, управление горным давлением, направленный гидроразрыв (НГР), щеле-образователь.
ВВЕДЕНИЕ
Многолетний опыт применения на шахтах Кузбасса направленного гидроразрыва (НГР) показал его практическую эффективность. Наиболее востребовано применение технологии НГР на угольных пластах с труднообрушае-мыми кровлями, склонными к площадному зависанию [1]. Кроме этого, НГР применим в случае необходимости разгрузки от горного давления охранных целиков и локальных мест сопряжения горных выработок [2, 3].
ПРИМЕНЕНИЕ НАПРАВЛЕННОГО ГИДРОРАЗРЫВА
Пример применения НГР приведен на рис. 1.
Поперечные гидроразрывы разделяют искусственными трещинами массив на необходимые по габаритам легко обрушаемые блоки. Таким образом, обрушение кровли происходит следом за подвиганием очистного забоя.
В случаях проведения НГР для разгрузки от горного давления созданные искусственные трещины выполня-
А
А-А
Рис. 1. Схема проведения НГР: 1 - горная выработка, 2 - буровой станок, 3 - шпур, 4 - инициирующая щель (дискообразная полость), 5 - насос
бина Н и угол наклона а, см. рис. 1) и их количество зависят в каждом конкретном случае от горно-геологических условий и поставленной задачи.
До настоящего времени устройство для нарезания полостей в стенке шпуров, называемое щелеобразователем, являлось самостоятельным инструментом [4]. Его конструкция показана на рис. 2.
Основными технологическими элементами щелеобразо-вателя являются корпус 1, ножи 2 и направляющие уклоны 3. После отбуривания шпура корпус щелеобразователя навинчивают на штангу на место буровой коронки и, наращивая буровой став, досылают его до вхождения корпуса 1 в контакт с забоем шпура. Дальнейшее осевое перемещение бурового става с вращением приводит к выдвижению ножей 2 по уклонам 3 и нарезке дискообразных полостей 4 (см. рис. 1) в стенке шпура.
НОВОЕ
КОМБИНИРОВАННОЕ
УСТРОЙСТВО
Хронометраж основных операций проведения НГР показал, что в среднем на замену коронки на щелеобразо-ватель (см. рис. 2) затрачивают до 60% всего времени. Исходя из этого, было разработано и изготовлено не имеющее аналога новое комбинированное устройство, способное выполнять два вида операций - бурение и нарезание дискообразных полостей. Конструкция комбинированного устройства (далее щелеобразователь) [5, 6] приведена на рис. 3.
Щелеобразователь состоит из корпуса 1, в котором выполнено продольное окно 2 и установлен нож 3 с возможностью поворота на неподвижной оси 4, которая закреплена в корпусе 1, и выхода его режущей части из продольного окна 2 корпуса 1. Внутри корпуса 1 размещен поршень 5 с возможностью осевого перемещения и воздействия на основание ножа 3 с целью его поворота относительно неподвижной оси 4, причем ось поршня 5 смещена относительно оси корпуса 1.
В полости поршня 5 установлен подпорный клапан 6. В поршне 5выполнен центральный канал 7. Между поршнем 5 и корпусом 1 размещена пружина 8 возврата поршня 5. В головной части корпуса 1 установлена буровая коронка 9 с центральным отверстием 10 и обратный клапан 11. Подклапанная полость 13обратного клапана 11 соединена каналом 12с подпоршневой полостью 14. Коронка 9 соединена с корпусом 1 штифтом 15 с возможностью перемещения вдоль паза 16, выполненного в головной части корпуса 1, и контактирования с игольчатым толкателем 17, размещенным между коронкой 9 и обратным клапаном 11.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Опытный образец устройства прошел лабораторные и шахтные испыта н ия. Уста новлено сокра щение трудоемкости проведения работ и технологического времени проведения НГР более чем на 50%.
и
✓ * j
Г '
/ 1
В ---уМ
PS
2/ З/ \ 1
Рис. 2. Щелеобразователь: 1 - корпус; 2 - ножи; 3 - напрвляющие уклоны
Список литературы
1. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках: Министерство угольной промышленности СССР, 02.04.1990. № 2-3516/250. Л., ВНИМИ. 1991.
2. Расширение области применения метода направленного гидроразрыва (НГР) / Ю.М. Леконцев, П.В. Сажин, А.Ф. Салихов, В.Ф. Исамбетов // Уголь. 2014. № 4. С. 18-20. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/042014.pdf (дата обращения: 15.09.2017).
3. Леконцев Ю.М., Сажин П.В. Технология направленного гидроразрыва пород для управления труднообрушаю-щимися кровлями в очистных забоях и дегазации угольных пластов // ФТПРПИ. 2015. №5. 2014.
4. Патент RU № 2359124C1, МПК E 21 В 43/26, Е21 С 37/00. Щелеобразователь / Клишин В.И., Леконцев Ю.М., Сажин П.В.; патентообладатель: Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук. № 2004116851/03; заявл. 03.06.2004; опубл. 10.11.2005, Бюл. № 31. 6 с.
5. Патент RU2602634C1, МПК Е 21 В43/26. Способ ще-леобразования в скважинах и шпурах и щелеобразователь для его осуществления / Леконцев Ю.М., Темиряе-ва О.А., Сажин П.В.; патентообладатель: Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук. № 2015145930/03 (070757); заявл.26.10.2015; опубл. 20.11.2016, Бюл. № 32. 7с.
6. Леконцев Ю.М., Патутин А.В., Сажин П.В., Темиря-ева О.А. Комбинированное устройство для проведения направленного гидроразрыва // ФТПРПИ. 2016. № 3. С. 90-95.
13 % 16 1 А 3 2 5 12 6 9
Рис. 3. Конструкция комбинированного устройства для бурения и нарезания щелей в горном массиве (щелеобразователь)
underground mining
UDC 622.234.573:622.831.3 © Yu.M. Lekontsev, A.A. Khoreshok, S.Yu. Ushakov, O.A. Temiriaeva, 2017 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2017, № 10, pp. 22-24
Title
directional hydraulic fracturing and equipment modernization in order to perform it
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2017-10-22-24 Authors
Lekontsev Yu.M.1, Khoreshok A.A.2, Ushakov S.Yu.3, Temiriaeva O.A.1
1 N.A. Chinakal Mining Institute of SB RAS, Novosibirsk, 630091, Russian Federation
2 T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University (KuzSTU), Kemerovo, 650000, Russian Federation
3 "Gorniak", LLC, Berezovsky, 652421, Russian Federation
Authors' Information
Lekontsev Yu.M., PhD (Engineering), Senior Researcher
Khoreshok А.А., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Director of the
Mining Institute, e-mail: [email protected]
ushakov S.Yu., Chief Engineer
Temiriaeva О.А., Leading Engineer, e-mail: [email protected] Abstract
One of the most difficult problems arising when working out a coal bed is caving a tight roof. Based on the actual data on performing works on its weakening by directed hydraulic fracturing with the help of the well-known slot-cutting machine, a number of disadvantages in its use was discovered. A combination unit for drilling and cutting slots in the rock massif was developed. This unit improves significantly the effectiveness of the weakening method.
Keywords
Roof weakening, Rock pressure control, Directional hydraulic fracturing (DHF), Slot-cutting machine.
References
1. Instruktsiya po vyboru sposoba i parametrov razuprochneniya krovli na vyemochnykh uchastkakh: Ministerstvo ugol'noy promyshlennosti SSSR [Instructions for selecting method and roof weakening parameters in the working areas: Ministry of Coal Industry of the USSR], April 02, 1990, no. 2-35-16/250. Leningrad, VNIMI Publ., 1991.
2. Lekontsev Yu.M., Sazhin P.V., Salikhov A.F. & Isambetov V.F. Rasshirenie oblasti primeneniya metoda napravlennogo gidrorazryva (NGR) [Expanding the scope of the directional hydraulic fracturing (DHF) method]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2014, no. 4, pp. 18-20. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/042014. pdf (accessed 15.09.2017).
3. Lekontsev Yu.M. & Sazhin P.V. Tekhnologiya napravlennogo gidrorazryva porod dlya upravleniya trudnoobrushaiushchimisya krovlyami v ochistnykh zaboyakh i degazatsii ugol'nykh plastov [Technology of the rock directional fracturing for tight roof control in high wall minings and degassing of coal veins]. Fiziko-tehnicheskie problemy i razrabotki poleznyih iskopaemyih - Journal of Mining Science, 2015, no. 5.
4. KlishinV.I., LekontsevYu.M. & Sazhin P.V. Shcheleobrazovatel' [Slot-cutting machine]. Patent RU, no. 2359124C1, MPK E 21 V 43/26, E21 S 37/00. Patent owner: Mining Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Science, no. 2004116851/03. Appl. of June, 03, 2004. Published on November, 10, 2005, Bul. no. 31. 6 p.
5. Lekontsev Yu.M., Temiriaeva O.A. & Sazhin P.V. Sposob shcheleobrazovaniya v skvazhinakh i shpurakh, i shcheleobrazovatel' dlya ego osushchestvleniya [Wel l and borehole slot-cutting method and slot-cutting machine for its implementation] Patent RU, no. 2602634C1, MPK E 21V43/26. Patent owner: Mining Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Science, no. 2015145930/03 (070757). Appl. of October, 26, 2015. Published on November, 20, 2016, Bul. no. 32, 7 p.
6. Lekontsev Yu.M., Patutin A.V., Sazhin P.V. & Temiriaeva O.A. Kombinirovannoe ustroystvo dlya provedeniya napravlennogo gidrorazryva [Combination unit for directional fracturing]. Fiziko-tehnicheskie problemy i razrabotki poleznyih iskopaemyih - Journal of Mining Science, 2016, no. 3. pp. 90-95.
ЕВРАЗ внедрил инновационную технологию дегазации угольных пластов
На шахте «Ерунаковская-УШ» в сентябре 2017 г. начал работу станок направленного бурения УЮ-1000. Новая технология позволит повысить эффективность и безопасность подземных работ.
«Направленное бурение - передовая технология в сфере дегазации. Этот метод помогает эффективно удалять метан из угольного пласта большой площади, - отметил генеральный директор ООО «Распадская угольная компания» Сергей Степанов. - Глубина ведения горных работ увеличивается, газа становится больше. Чтобы поддерживать темп добычи на сегодняшнем уровне, необходимо убирать газ до начала проходки. Внедрение нового оборудования существенно повысит безопасность горных работ».
Максимальный объем извлеченного метана из скважины, пробуренной с помощью станка роторного типа, составляет от 0,25 до 2 куб. м в минуту. Из скважины направленного бурения - до 17 куб. м в минуту. Высокая эффективность достигается благодаря системе ориентирования, с помощью которой станок распознает, в каком направлении нужно бурить, и отображает эту информацию на встроенном мониторе. Это позволяет бурить скважины длиной более 700 м при разных углах залегания пласта, добиваясь высоких объемов извлечения метана.
Помимо дегазации станок направленного бурения позволяет разведывать тектонические нарушения, в том
числе те, которые невозможно обнаружить при бурении скважин с поверхности. Умная техника с функцией 3Р-моделирования дает возможность составлять дета ль-ные планы горных работ. Инвестиции в установку нового оборудования составили около 115 млн руб.
Для обслуживания станка УЮ-1000 на шахте «Ерунаковская-УШ» создан новый участок. Его специалисты предварительно прошли теоретический и практический курсы обучения. Для освоения новой технологии горняки ЕВРАЗа использовали лучший международный опыт в области дегазации угольных шахт.
В настоящее время шахта «Ерунаковская-УШ» отрабатывает запасы угольного пласта 48. Ежемесячная нагрузка на забой составляет порядка 180-240 тыс. т угля. Внедрение нового станка повысит скорость подземного бурения и качество дегазации, что в свою очередь обеспечит своевременную подготовку очистного фронта и эффективную добычу угля. Также до конца года новая технология будет опробована на шахте «Распадская-Коксовая».
Наша справка.
Шахта «Ерунаковская-УШ» находится под управлением ООО «Распадская угольная компания», которая также осуществляет функции управляющей организации в отношении угольных активов ПАО «Распадская» и ОАО «ОУК «Южкузбассуголь» (входят в состав ЕВРАЗа).
