Научная статья на тему 'Перспективы ударного погружения стальной трубы-кондуктора при бурении дегазационных скважин с поверхности'

Перспективы ударного погружения стальной трубы-кондуктора при бурении дегазационных скважин с поверхности Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
185
33
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Уголь
Scopus
ВАК
CAS
GeoRef
Ключевые слова
ДЕГАЗАЦИЯ / БЕЗОПАСНОСТЬ / СКВАЖИНА / БУРЕНИЕ / ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ / ПОРЦИОННАЯ ОЧИСТКА / ОДНОВРЕМЕННАЯ ОБСАДКА / УДАРНАЯ МАШИНА / DEGASIFICATION / SAFETY / BOREHOLE / DRILLING / SOIL PLUG / BATCHWISE REMOVAL / CASING WHILE DRILLING / IMPACT MACHINE

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Мешков А.А., Садов А.П., Харитонов И.Л., Кондратенко А.С., Карпов В.Н.

Статья содержит описание технологии бурения с одновременной обсадкой применительно к проходке скважин с поверхности для дегазации угольных пластов. В работе обосновывается актуальность данной технологии и ее преимущества. Обозначены проблемы бурения скважин по грунтам шарошечными долотами. Приведено описание и принцип действия оборудования, применяемого при бурении с одновременной обсадкой. Приведены некоторые особенности порционной очистки скважин от грунта в процессе бурения скважины. Рассмотрен опыт первого практического применения новой технологии бурения при сооружении дегазационных скважин на производственных объектах АО «СУЭК-Кузбасс». В общем виде рассмотрен экономическая целесообразность внедрения данной технологии. Рассмотрены перспективы мобильного исполнения буровой установки.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Мешков А.А., Садов А.П., Харитонов И.Л., Кондратенко А.С., Карпов В.Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Prospects for impact driving of steel hollow section pipes while drilling degasification holes from surface

The paper describes the casing while drilling technology in its application in coal degasification from surface. The relevance of this technology and its advantages are justified. The problems of drilling with rolling cutter bits are revealed. The casing while drilling equipment and its operating principle is presented. Some features of batchwise removal of plug from hole while drilling are specified. The pilot application of the technology at a commercial scale in drilling degasification boreholes in mines of “SUEK-Kuzbass” JSC is discussed. A general consideration is given to economic feasibility of the technology, and prospects for engineering a mobile drilling unit for impact driving of steel hollow section pipes in soil are defined.

Текст научной работы на тему «Перспективы ударного погружения стальной трубы-кондуктора при бурении дегазационных скважин с поверхности»

УДК 622.233.53 © А.А. Мешков, А.П. Садов, И.Л. Харитонов, А.С. Кондратенко, В.Н. Карпов, 2019

Перспективы ударного погружения стальной трубы-кондуктора при бурении дегазационных скважин с поверхности

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-10-50-55

МЕШКОВ А.А.

Канд. техн. наук,

заместитель генерального директора -технический директор АО «СУЭК-Кузбасс», 652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия, e-mail: MeshkovAA@suek.ru

САДОВ А.П.

Канд. техн. наук,

директор «Управления по дегазации и утилизации метана» АО «СУЭК-Кузбасс», 652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия, e-mail: SadovAP@suek.ru

ХАРИТОНОВ И.Л.

Заместитель технического директора -начальник технического управления АО «СУЭК-Кузбасс»,

652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия, e-mail: KharitonovIL@suek.ru

КОНДРАТЕНКО А.С.

Канд. техн. наук,

директор ИГД им. Н.А. Чинакала СО РАН, 630091, г. Новосибирск, Россия, e-mail: kondratenko@misd.ru

КАРПОВ В.Н.

Канд. техн. наук, научный сотрудник ИГД им. Н.А. Чинакала СО РАН, 630091, г. Новосибирск, Россия, e-mail: karpov@misd.ru

Статья содержит описание технологии бурения с одновременной обсадкой применительно к проходке скважин с поверхности для дегазации угольных пластов. В работе обосновываются актуальность данной технологии и ее преимущества. Обозначены проблемы бурения скважин по грунтам шарошечными долотами. Приведены описание и принцип действия оборудования, применяемого при бурении с одновременной обсадкой. Приведены некоторые особенности порционной очистки скважин от грунта в процессе бурения скважины. Рассмотрен опыт первого практического применения новой технологии бурения при соору-

жении дегазационных скважин на производственных объектах АО «СУЭК-Кузбасс». В общем виде рассмотрена экономическая целесообразность внедрения данной технологии. Рассмотрены перспективы мобильного исполнения буровой установки.

Ключевые слова: дегазация, безопасность, скважина, бурение, испытания технологии, порционная очистка, одновременная обсадка, ударная машина.

ВВЕДЕНИЕ

Эффективным и технологичным способом извлечения метана в широком диапазоне горно-геологических условий является применение вертикальных скважин, пробуренных в массиве горных пород с поверхности (рис. 1). Такой способ обеспечивает извлечение метана из всех источников (сближенные пласты, газоносные породы и выработанные пространства) и позволяет разграничить в пространстве работы по добыче угля и дегазации очистных забоев угольных шахт [1]. Разгруженный массив шахт представляет собой газовый аккумулятор с повышенной на 2-4 порядка газопроницаемостью по сравнению с нетронутым массивом. Параметры извлечения метана из этого объема зависят от распределения концентрации метана и давления газа в пространстве разгруженного массива, местоположения фильтрующей скважины и характера ее воздействия на газодинамическое состояние массива [2]. Место заложения скважины на поверхности выбирается так, чтобы к моменту окончания бурения проекция ее забоя на разрабатываемый пласт находилась на расстоянии не менее 30 м впереди очистного забоя.

ДЕГАЗАЦИЯ СКВАЖИНАМИ, ПРОБУРЕННЫМИ С ПОВЕРХНОСТИ

При отработке участков пласта, имеющих с обеих сторон выработанные пространства, вертикальные скважины целесообразно располагать в ряд посредине выемочного столба. Расстояние между вертикальными скважинами, пробуренными с земной поверхности для дегазации подрабатываемых пластов и выработанных пространств действующих лав, и эффективность этой схемы дегазации уста на вл и ва ются опытн ым путем с учетом условий залегания и отработки угольных пластов. Это затем учитывается при составлении проекта на наземную дегазацию подрабатываемых пластов угля и выработанного пространства (рис. 2) [3]. Сетка дегазационных скважин бурится с шагом от 50 до120 м.

Рис. 1. Буровое оборудование для бурения глубоких дегазационных скважин с поверхности Fig. 1. Drilling equipment for drilling deep degassing wells from the surface

Рис. 2. Схемы дегазации скважинами, пробуренными

с поверхности: 1 - разрабатываемый пласт;

2 - сближенные пласты; 3 - очистной забой;

4 - выработанное пространство; 5 - скважина;

6 - передвижная дегазационная установка (ПДУ)

Fig. 2. Schemes of degassing by wells drilled from the surface:

1 - development layer; 2 - close layers; 3 - treatment face;

4 - worked out space; 5 - well; 6 - mobile degassing installation

Применение данного способа ведет к повышению взры-вобезопасности угольных шахт, снижению простоев и, как следствие, снижению затрат на добычу угля.

Для сооружения дегазационных скважин в АО «СУЭК-Кузбасс» используют современные самоходные буровые установки Sandvik РЕ-880 (Швеция) и Ргак1а ГВ-50 (Германия). Они обеспечивают высокопроизводительное бурение скважин на глубину до 500 м с конечным диаметром скважины до 244 мм. На рис. 1, а представлена буровая установка при выполнении работ на горном отводе шахты «Полысаевская».

Представленная модель служит основой бурового парка компании и обеспечивает проходку скважин шарошечным и пневмоударным методами бурения. Эксплуатационная гибкость машин имеет важное значение при проходке дегазационных скважин в условиях слоистых и перемежающихся пород различной твердости. На рис. 1 представлены варианты породоразрушающего инструмента буровой установки для прохождения вскрышных (см.рис. 1, б) и коренных горных пород (см.рис. 1, в). Важно отметить, что ударно-вращательный способ бурения погружными пневмоударниками при проходке коренных пород является основным, поскольку как минимум 90% протяженности скважины выполняется именно таким способом. Пневмоударное бурение обеспечивает высокую скорость проходки, точность и технико-экономическую эффективность при сооружении глубоких дегазационных скважин в сравнении с альтернативными вариантами проходки крепких пород.

Параметры скважин и конструкция обсадной колонны выбираются в зависимости от конкретных горногеологических условий в соответствии с РД-15-09-2006. Согласно техническому заданию на бурение дегазационных скважин с земной поверхности в лаву № 24-62 шахты им. С.М. Кирова конструкция обсадной колонны соответствует параметрам, представленным на рис. 3.

Рис. 3. Конструкция скважины согласно ГТН для шахты им. С.М. Кирова Fig. 3. The design of the well according to the geological and technical side for the Kirov mine

Бурение производится в несколько этапов в соответствии с количеством обсадных труб. Каждая ступень включает три операции: бурение скважины, ее обсадку и бетонирование затрубного пространства на заданную высоту. Протяженность каждой ступени определяется по результатам геологоразведки и перехода на меньший диаметр скважины. Как правило, переход на меньший диаметр выполняется после прохождения грунтового слоя или отработанного пласта. Телескопическая ступенчатая конструкция скважины обусловлена опасностью заклинивания обсадной трубы при ее монтаже в пробуренное отверстие после подъема бурового инструмента. Тем не менее полностью избежать аварийных ситуаций не удается.

Наиболее часто проблемы при бурении грунтового слоя шарошечным долотом возникают в следующих случаях:

Пересечение водоносных горизонтов, при котором происходит потеря бурового раствора и, как следствие, требуются дополнительные расходы на его восполнение, а также затраты времени на затирание глиной зоны поглощения раствора с помощью возвратно-поступательных перемещений шарошечного долота и центратора в проблемном интервале.

При бурении через слабоуплотненные песчано-галечные прослойки резко увеличивается вероятность обрушения стенок скважины, которое может привести как к заклиниванию бурового инструмента в скважине, так и к ситуации, в которой невозможно опустить под собственным весом обсадную трубу на проектную глубину. Кроме того, крупные твердые включения в состоянии отклонить ось бурения скважины от проектной.

Проходка водонасыщенных глинистых плывунов, как правило, сопряжена с налипанием глины на породоразру-шающие элементы бурового долота, что ощутимо снижает производительность проходки. Также может произойти закупорка продувочных каналов на инструменте. Кроме того, водонасыщенная глина чрезмерно диффундирует с буровым раствором, снижая его очистную функцию. В результате густеющий буровой раствор может сформировывать пробку из глины вокруг буровых штанг, что приведет к прекращению циркуляции бурового раствора и потребует подъема буровой колонны до места ее образования. Проблемы на стадии обсадки также весьма вероятны, поскольку устойчивость стенок скважины в водонасыщен-ной глине очень низкая, и кроме обрушения возможно обжатие обсадной трубы или сужение диаметра скважины.

Несмотря на то, что мощность грунтовой толщи обычно не превышает 10% от общей глубины бурения, качество проходки вскрышной толщи во многом определяет конечный результат. Недообсадка или значительное отклонение от вертикали на начальном этапе сооружения скважины неизбежно ведут к ее потере.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН

С ОДНОВРЕМЕННОЙ ЕЕ ОБСАДКОЙ ТРУБАМИ

Большинство перечисленных проблем можно избежать за счет применения технологий проходки скважин с одновременной ее обсадкой трубами [4]. Суть решения сводится к погружению в массив обсадной трубы при помощи ударов пневмомолота [5, 6]. Способом виброударного погружения можно забивать трубы диаметром от 102

до 3 600 мм на глубину до 122 м. Материал трубы обычно ограничивается сталью из-за значительных сил, передаваемых трубе во время процесса ее погружения. Эта технология применима в широком диапазоне горных пород: от песка, ила и пластичной глины до выветренных пород, мергелей, сланцев, слабых алевролитов или аргиллитов [7, 8].

При динамическом погружении во внутреннюю полость трубы поступает порода, которая постепенно уплотняется и образует пробку. При этом очередные порции породы уже не могут поступать в трубу, и происходит ее вытеснение в стенки скважины, что приводит к росту деформаций окружающего массива в радиальном направлении, и труба продолжает перемещаться с заметно меньшей скоростью до полной остановки погружения [9]. Возможность своевременного удаления грунтового керна еще на стадии проходки является важным фактором, определяющим эффективность технологии в целом [10, 11].

ТЕХНОЛОГИЯ С ПОРЦИОННЫМ УДАЛЕНИЕМ КЕРНА

ИЗ ОБСАДНОЙ ТРУБЫ

Наиболее логичным и привлекательным в условиях вертикального погружения трубы представляется порционное удаление керна из трубы по мере его формирования без применения дополнительных средств механизации. Схема реализации такой технологии при забивке трубы пневмомолотом представлена на рис. 4.

Рис. 4. Погружение трубы с порционным удалением керна: 1 - погружаемая труба; 2 - трубопровод; 3 - воздушная камера; 4 - керн; 5 - отверстие для подачи сжатого воздуха; 6 - адаптер с разгрузочным окном; 7 - стяжное устройство; 8 - воздухоподводящий шланг; 9 - компрессор; 10 - пневмомолот; 11 - подъемный кран Fig. 4. Immersion of the pipe with batch core removal: 1 - immersed pipe; 2 - pipeline; 3 - air chamber; 4 - core; 5 - hole for supplying compressed air; 6 - adapter with a discharge window; 7 - coupling device; 8 - air supply hose; 9 - compressor; 10 - pneumatic hammer; 11 - crane

Сущность предложенного технологического решения заключается в подведении к забойному торцу трубы 1 (см. рис. 4) по отдельному трубопроводу 2 сжатого воздуха. После формирования очередной порции керна 4 сжатый воздух через отверстие 5 под давлением подается во внутреннюю полость трубы. Он отсекает часть керна, формирует воздушную камеру 3 и перемещает порцию керна в верхнюю часть трубы 1, откуда через разгрузочное окно адаптера 6 керн выдавливается наружу. Указанные операции повторяются после образования новой порции керна. Циклы погружения и очистки продолжаются до проектной глубины погружения. Удаление керна через свободный торец трубы также возможно, но это потребует демонтажа пневмомолота [12].

Технологический процесс порционного удаления керна состоит из трех основных этапов: формирование порции керна, ее отделение и транспортирование по трубе на разгрузку.

На этапе формирования важно, чтобы в зоне отрыва порция керна была достаточно плотной и заполняла все поперечное сечение трубы. Это условие необходимо для создания и поддержания давления сжатого воздуха в зоне отрыва, способного стронуть отрываемую порцию керна и продвигать ее на разгрузку. Вместе с тем очевидно, что при переуплотнении керна отрыв может и не состояться, а при малосвязанном грунте может образоваться свищ, что приведет к падению давления. Основным сигналом к необходимости очистки и готовности керна является резкое

снижение скорости погружения. Дополнительными факторами, влияющими на отрыв и транспортирование керна, являются колебание трубы с присоединенной частью массива и упругая деформация стенок при прохождении ударных импульсов, которые способны снизить силы сопротивления на 30-90%.

ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Предложенная технология прошла опытно-промышленные испытания в условиях горного отвода шахты им. С.М. Кирова. Виброударное погружение обсадной трубы проводилось рядом с работающей установкой Prakla RB50. Мощность грунтовой толщи была известна и составляла 15 м. Подача сжатого воздуха для работы пневмомолота и удаления грунта из трубы осуществлялась от компрессора Sullair Combo 900XHH-1150XH с давлением p=2,5 МПа и расходом Q=32,6 м3/мин. Погружаемая 9-метровая труба диаметром 426 мм с уже смонтированным на ней пневмомолотом и трубопроводом для очистки ее от грунта устанавливалась строго вертикально на стартовой платформе. При погружении выполнялось периодическое порционное удаление грунта из внутренней полости обсадной трубы (рис. 5, а).

На глубине 8 м буровой процесс прерывался на вспомогательные операции по демонтажу ударного модуля с последующей установкой на очередную секцию обсадной трубы. Далее производилось наращивание как погружаемой трубы, так и трубопровода для очистки с по-

Рис. 5. Виброударное бурение скважины: а - порционное удаление грунта в процессе прохождения скважины; б - эволюция пород при бурении

Fig. 5. Vibro-shock drilling of a well: a - portion removal of soil during the passage of a well; b - rock evolution during drilling

мощью сварного соединения. Процесс наращивания по времени и трудозатратам сопоставим с операцией обсадки пробуренной скважины классическим способом. Далее виброударное погружение возобновлялось до глубины 15 м. По мере погружения породный состав менялся. До глубины 8 м бурение велось по желтой глине, в интервале от 8 до 14,5 м проходка скважины велась по серо-голубой глине, а с отметки 14,5 м из разгрузочного окна начали выходить крупные обломки алевролита, свидетельствующие о внедрении забойного торца трубы в коренные породы (рис. 5, б). Во избежание замятия кромки обсадной трубы на глубине 15 м бурение было остановлено, поскольку поставленная технологическая задача уже была выполнена.

С указанной последовательностью было пробурено две скважины глубиной 15 м. Скорость погружения трубы варьировалась от 30 м/ч на первой секции до 15 м/ч на второй секции обсадной трубы. После завершения проходки объем грунта, оставшийся внутри трубы, не превышал по высоте 1,5 м. На установленный кондуктор 426 мм вставала буровая установка Ргак1а ГВ50 и продолжала бурение диаметром скважины 390 мм с помощью пневмоударика, а оставшийся в трубе грунт был удален в режиме штатной шламоочистки. Каких-либо еще вспомогательных операций по зачистке кондуктора от грунта не потребовалось.

На основании проведенных полевых испытаний следует утверждать, что предложенная технология позволяет исключить из действующего технологического цикла операции по бурению шарошечными долотами, обсадке и бетонированию затрубного пространства. Вместе с тем по производительности буровых работ способ имеет больший потенциал и окончательно не раскрыт. Это объясняется тем, что комплект оборудования и система автоматики представляли собой экспериментальный образец. Продолжительность вспомогательных операций, таких как: позиционирование направляющей платформы и трубы в ней, монтаж и демонтаж ударного модуля, наращивание секций трубы, передислокация на новую точку бурения, занимали значительно большую часть времени, чем чистое бурение. Кроме того, исследователи, проводившие апробацию предложенного способа в полевых условиях, ранее не имели специализированной практики выполнения подобных операций. В дальнейшем, при создании промышленного образца, большинство операций будет автоматизировано. Полученный результат уже сейчас позволяет дать обобщенную технико-экономическую оценку.

В первую очередь важно отметить то, что установка кондуктора может проводиться в непосредственной близости к действующим буровым установками и использовать их компрессорное оборудование и имеет потенциал установки до 8 кондукторов за время проходки дегазационной скважины на всю глубину. При этом работы по установке кондукторов могут выполняться без вреда для производительности буровых бригад, то есть в период ремонтных простоев, сервисного обслуживания буровых установок или параллельно, во время продолжительных операций по обсадке скважин на глубоких горизонтах. Таким образом, на момент завершения работ по сооружению одной дегазационной скважины буровая установка будет обеспе-

чена готовыми стартовыми участками-скважинами. Дальнейшим оперативным циклом буровых работ по сооружению кондукторов дегазационных скважин является транспортировка в район эксплуатации следующей буровой установки с аналогичным эффектом.

Буровое оборудование для прохождения вскрышных пород предложенным способом имеет перспективы мобильного исполнения, к примеру на базе шасси грузового автомобиля с краново-манипуляторной установкой (КМУ) грузоподъемностью не более 7 т с максимально возможной для такого класса машин высотой подъема груза. Штатные аутригеры специализированной машины обеспечат точное и быстрое позиционирование буровой платформы в полевых условиях.

При глубине грунтовой толщи около 20 м процесс погружения целесообразно осуществлять единым отрезком трубы, состоящим из предварительно сваренных секций. Предложенные подходы повысят технологичность процесса в целом. В случае отсутствия фронта работ по установке кондукторов указанный автомобиль с КМУ может быть эффективно использован для текущих транспортных и погрузочно-разгрузочных операций ПЕ «УДиУМ».

ВЫВОДЫ

Проведенные опытно-промышленные испытания показали, что внедрение технологии виброударного погружения кондукторов в ближайшей перспективе позволит повысить производительность буровых работ с поверхности, выведет из перечня расходных материалов позиции, связанные с шарошечным бурением скважин диаметром 426 мм, снизит затраты на доставку воды, необходимой для приготовления бурового раствора при шарошечном бурении, расходы на ГСМ и наработку на отказ узлов и агрегатов буровых установок, а также компрессорного оборудования. Кроме того, предложенная технология исключает аварийные ситуации, связанных с неустойчивостью стенок скважины как на этапе бурения, так и при обсадке.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Коллектив авторов выражает благодарность сотрудникам 7-го бурового участка ПЕ «УДиУМ» и заместителю директора по производству В.В. Плеханову за помощь в организации и проведении полевых испытаний.

Список литературы

1. Зависимость метанообильности высокопроизводительных лав от скорости подвигания очистного забоя (на примере шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс») / И.В. Курта, Г.И. Коршунов, И.А. Павлов, Е.П. Ютяев // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2012. № 4. С. 200-203.

2. Two-side sealer opération / Yu.M. Lekontsev, P.V. Sazhin, O.A. Temiryaeva, A.A. Khoreshok, S.Yu. Ushakov // Journal of Mining Science. 2013. N 5. P. 91-98.

3. РД 15-09-2006. Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт / Колл. авт. М.: ОАО «Научно-технический центр по безопасности в промышленности», 2007. Сер. 05. Вып. 14. 256 с.

4. The perspective of batch-wise removal of soil plug from pipes during trenchless installation / A.S. Kondratenko, A.S. Smolentsev, V.V. Timonin, A.Yu. Primychkin / IOP

Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 134. DOI: 10.1088/1755-1315/134/1/012029.

5. Meskele T., Stuedlein A. Attenuation of Pipe Ramming-Induced Ground Vibrations // Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice. 2016. Vol. 7. N 1. P. 1-12.

6. Kumar R., Patel J. Using Decision-making Criteria Approach for the Selection of Trenchless Construction Method: A Review Study // Journal of Civil and Construction Engineering. Vol. 5. Issue 2. P. 17-25.

7. Fattah M.Y., Al-Soudani W.H.S. Bearing capacity of open ended pipe piles with restricted soil plug // Ships and Offshore Structures. 2015. N 11. P. 501-516.

8. Vertical response of a thin-walled pipe pile embedded in viscoelastic soil to a transient point load with application to low-strain integrity testing / C.J. Zheng, H.L. Liu, G.P. Kouretzis, S.W. Sloan, X.M. Ding // Computers and Geotechnics. 2015. N 70. P. 50-59.

9. Гилета В.П., Ванаг Ю.В., Тищенко И.В. Повышение эффективности проходки скважин методом виброударного продавливания // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2016. № 6. С. 82-89.

10. Технология безопасного сооружения бестраншейных горизонтально-наклонных скважин / А.С. Кондратенко, В.В. Тимонин, А.А. Абиров и др. // Вестник КузГТУ. 2014. № 1. С. 40-44.

11. Современные технологии сооружения протяженных скважин в грунтовых массивах и технические средства контроля их траектории / Б.Н. Смоляницкий и др. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2016. 237 с.

12. Danilov B.B., Kondratenko A.S., Smolyanitskiy B.N. Perfection of the technology of penetration of wells in the ground by the method of extrusion // Journal of Mining Science. 2017. N 3. P. 57-64.

DEGASIFICATION

UDC 622.233.53 © A.A. Meshkov, A.P. Sadov, I.L. Kharitonov, A.S. Kondratenko, V.N. Karpov, 2019 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 10, pp. 50-55 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-10-00-00

Title

PROSPECTS FOR IMPACT DRIVING OF STEEL HOLLOW SECTION PIPES WHILE DRILLING DEGASIFICATION HOLES FROM SURFACE Authors

Meshkov A.A.', Sadov A.P.', Kharitonov I.L.', Kondratenko A.S.2, Karpov V.N.2

1 "SUEK-Kuzbass" JSC, Leninsk-Kuznetskiy, 652507, Russian Federation

2 Chinakal Institute of Mining Siberian Branch Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, 630091, Russian Federation

Authors' Information

Meshkov A.A., PhD (Engineering), Deputy General Director - Technical Director, e-mail: MeshkovAA@suek.ru

Sadov A.P., PhD (Engineering), Director of the Directorate for Methane Decontamination and Utilization, e-mail: SadovAP@suek.ru Kharitonov I.L., Deputy Technical Director - Head Technical Department, e-mail: KharitonovIL@suek.ru

Kondratenko A.S., PhD (Engineering), Director, e-mail: kondratenko@misd.ru Karpov V.N., PhD (Engineering), Researcher, e-mail: karpov@misd.ru

Abstract

The paper describes the casing while drilling technology in its application in coal degasification from surface. The relevance of this technology and its advantages are justified. The problems of drilling with rolling cutter bits are revealed. The casing while drilling equipment and its operating principle is presented. Some features of batchwise removal of plug from hole while drilling are specified. The pilot application of the technology at a commercial scale in drilling degasification boreholes in mines of "SUEK-Kuzbass" JSC is discussed. A general consideration is given to economic feasibility of the technology, and prospects for engineering a mobile drilling unit for impact driving of steel hollow section pipes in soil are defined.

Keywords

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Degasification, Safety, Borehole, Drilling, Soil plug, Batchwise removal, Casing while drilling, Impact machine.

References

1. Kurt I.V., Korshunov G.I., Pavlov I.A. & Yutyaev E.P. Zavisimost' metanoobil'nosti vysokoproizvoditel'nykh lav ot skorosti podviganiya ochistnogo zaboya (na primere shakht OAO "SUEK-Kuzbass") [Dependence of methane mobility of highly productive lavas on the speed of movement of the face (for example, mines of'SUEK-Kuzbass" JSC)]. Gorny Informatsionno-Analiticheskiy Byulleten (nauchno-teknicheskii zhurnal) - Mining Informational and Analytical Bulletin (scientific and technical journal), 2012, No. 4, pp. 200-203. (In Russ.).

2. Lekontsev Yu.M., Sazhin P.V., Temiryaeva O.A., Khoreshok A.A. & Ushak-ov S.Yu. Two-side sealer operation. Journal of Mining Science, 2013, No. 5, pp. 91-98.

3. RD 15-09-2006. Metodicheskiye rekomendatsii o poryadke degazatsii ugol'nykh shakht [RD 15-09-2006. Guidelines on the degassing of coal mines]. Moscow, "Scientific and Technical Center for Industrial Safety" JSC, 2007, Ser. 05, Issue 14, 256 p. (In Russ.).

4. Kondratenko A.S., Smolentsev A.S., Timonin V.V. & Primychkin A.Yu. The perspective of batch-wise removal of soil plug from pipes during trenchless installation. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2018,Vol. 134. DOI: 10.1088/1755-1315/134/1/012029.

5. Meskele T. & Stuedlein A. Attenuation of Pipe Ramming-Induced Ground Vibrations. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, 2016, Vol. 7, No. 1, pp. 1-12.

6. Kumar R. & Patel J. Using Decision-making Criteria Approach for the Selection of Trenchless Construction Method: A Review Study. Journal of Civil and Construction Engineering, Vol. 5, Issue 2, pp. 17-25.

7. Fattah M.Y. & Al-Soudani W.H.S. Bearing capacity of open ended pipe piles with restricted soil plug. Ships and Offshore Structures, 2015, No. 11, pp. 501-516.

8. Zheng CJ., Liu H.L., Kouretzis G.P., Sloan S.W. & Ding X.M. Vertical response of a thin-walled pipe pile embedded in viscoelastic soil to a transient point load with application to low-strain integrity testing. Computers and Geotechnics, 2015, No. 70, pp. 50-59.

9. Gileta V.P., Vanag Yu.V. & Tishchenko I.V. Povysheniye effektivnosti prokhodki skvazhin metodom vibroudarnogo prodavlivaniya [Improving the efficiency of well penetration by vibro-impact punching]. Vestnik Kuzbasskogo gos-udarstvennogo tekhnicheskogo universiteta - Bulletin of the Kuzbass State Technical University, 2016, No. 6, pp. 82-89. (In Russ.).

10. Kondratenko A.S., Timonin V.V., Abirov A.A. et al. Tekhnologiya bezopas-nogo sooruzheniya bestransheynykh gorizontal'no-naklonnykh skvazhin [Technology for the safe construction of trenchless horizontal-deviated wells]. Vestnik KuzGTU - Bulletin of KuzSTU, 2014, No. 1, pp. 40-44. (In Russ.).

11. Smolyanitsky B.N. et al. Sovremennyye tekhnologii sooruzheniya pro-tyazhennykh skvazhin v gruntovykh massivakh i tekhnicheskiye sredstva kon-trolya ikh trayektorii [Modern technologies for the construction of extended wells in soil massifs and technical means for monitoring their trajectory]. Novosibirsk, Publishing House SB RAS, 2016, 237 p. (In Russ.).

12. Danilov B.B., Kondratenko A.S. & Smolyanitskiy B.N. Perfection of the technology of penetration of wells in the ground by the method of extrusion. Journal of Mining Science, 2017, No. 3, pp. 57-64.

Received August 28,2019

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.