CC BY
16
© Я. Маиула, А. Гонэт, 2003
"АК 622.524
Я. Маиула, А. Гонэт
ТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОТКАЧКИ ВОАЫ ИЗ КАРЬЕРА Б"РО"ГОЛЬНОЙ ШАХТЫ БЭЛХАТ"В*
Введение
Месторождение бурого угля Бэлхатув было разведано в шестидесятых годах прошлого века, а его эксплуатация начата вскрышной горной выработкой до сбора покрова в 1977 г. Промышленная эксплуатация бурого угля была начата в 1980 г. для нужд построенной в непосредственной близости электростанции мощностью 4320 MW. К концу 2001 г. добыто 580.238 тыс. Мг бурого угля, и месторождение по-прежнему эксплуатируется. Для отвода воды с месторождения выбран способ, основанный на водооткачных колодцах большого диаметра, расположенных в форме барьеров. В зависимости от функций, которые выполняют барьеры, их можно поделить на три вида: наружные расположенные поза зоной эксплуатации, внутренние постоянные расположенные в зоне эксплуатации так, чтобы могли работать с постоянных берм и внутренние покровные (надвскрышные), расположенные в зоне выработки.
Заданием внешних барьеров была защита постоянных откосов карьера путем отсечения доплыва воды извне к горной выработке, а внутренних постоянных — снижение уровня воды пониже подошвы выработки. Колодцы внутренних покровных барьеров, расположенных на поверхности зоны выработки, обеспечивали отсечение (откачку) воды со всех над-вскрышных водоносных уровней.
2. Геологические и гидрогеологические условия
Месторождение бурого угля Бэлхатув залегает в тектонической впадине Клещова, прости-рающейся в направлении W-E на расстоянии около 40 км и шири-
ной 1-2,5 км. Края сдвигов мезозойского основания обозначают северные и южные границы впадины, которые заполнены третичными и четвертичными образованиями. Четвертичные образования залегают на всей поверхности указанного области, и их мощность очень различается. Они представлены валунными глинами, отложениями речной аккумуляции, а также широкими песчаными дюнами. Третичные отложения данного района делятся на части: подугольную, залежную и надугольную. Отложения подугольной части представлены каменной россыпью, песками, суглинками, илами и локальными тонкими угольными прослойками. Их мощность различна и колеблется от 20 до 290 м. Образования залежной части представлены, главным образом, пластом бурого угля мощностью от нескольких метров до 240 м, содержащим прослойки песка, ила, а также лугового известняка. Пласт характеризуется относительно большой изменяемостью толщины и тектоническими возмущениями. Надугольную часть третичных отложений составляют зеленые илы, пески с ксели-тами и луговой известью. Залегающие в основании и на краях впадины мезозойские отложения (мел нижнеюрский) представлены мергелями, слоистыми и скалистыми известняками, песчаниками, гезами, алевролитами, а также уплотненными глинами.
В районе месторождения Бэлхатув выступают три водоносных горизонта, находящихся в гидравлическом контакте между собой: четвертичный, третичный и мелово-юрский. Различаются они мощностью, распростране-
нием и прежде всего, гидравлическими параметрами. Четвертичные водоносные отложения -это пески, составляющие около 60-70% указанного комплекса. Характеризуются различиями в вертикальном и горизонтальном сечении, а также широкими гидравлическими контактами. Все это свидетельствует о большой продуктивности этого уровня. Третичные водоносные отложения составляют мелкие и местами средние пески. Суммарная мощность водоносных отложений третичной подугольной части составляет около 30-60 м. Выступают они в форме ряда слоев различной мощности от нескольких метров до 15-20 м. Третичные отложения внезалежной части подвергались в значительной степени эрозийному размыву и местами сохранились только водоносные отложения меловоюрского уровня. Составляют его известняки и мергели, а также в меньшей степени пески и песчаники. Проницаемость их связана с проявлением многочисленных тектонических трещин и карстовых явлений. Неводоносными отложениями являются алевролиты, уплотненные глины, а также илистые мергели. Водоносные отложения характеризуются коэффициентом фильтрации, изменяющимся в пределе от 5 до 11 м/сутки.
3. Конструкции водооткачных колодцев большого диаметра
Анализируя геологические условия месторождения Бэлхатув, можно отметить, что здесь наблюдаются значительные различия в глубине залегания отдельных образований, их мощности и распространении. Наблюдаемые в профиле скважины слои пониженной стабильности, слои гальки, а также карбонатные образования в форме каверн, в которых наступает катастрофическая утечка бурового раствора, приводят часто к осложнениям и буровым авариям. В таких условиях возникает необходимость бурения водооткачных колодцев различной конструкции и глубины. Выбор конструкции колодца является одним
*Работа выполнена в рамках финансирования научных исследований в AGH по теме 11.11.190.01
Таблица 1
СРАВНЕНИЕ ПРИМЕНЯЕМЫХ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИЙ KOAOAUEB
Тип колодца Тип долота Диаметр долота, м Диаметр обсадных труб, м Глубина спуска обсаднык труб, м
А режущее 1,36 1,220 6-8
режущее/шарошеченое 1,16 0,920 20-35
режущее/шарошеченое 0,86 0,508 110-120
В режущее 1,50 1,420 6-8
режущее 1,36 1,220 8-12
режущее/шарошеченое 1,16 0,920 20-35
режущее/шарошеченое 0,86 0,508 110-120
С режущее 1,50 1,420 6-8
режущее/шарошеченое 1,16 1,016 20-35
режущее/шарошеченое 0,96 0,711 100-120
шарашечное 0,67 0,508 200-250
D режущее 1,50 1,420 6-8
режущее 1,36 1,220 20-40
режущее/шарошеченое 1,16 0,820 100-150
шарошеченое 0,67 0,508 200-300
E режущее 1,50 1,420 6-12
режущее 1,36 1,220 20-40
режущее/шарошеченое 1,16 0,711 100-120
шарошеченое 0,67 0,508 160-200
шарошеченое 0,47 0,356 250-300
из важнейших решений, от которого зависит способ его производства.
Для получения точной информации, касающейся геологических и гидрогеологических условий, а также степени появления осложнений в бурении, сооружаются с некоторым опережением пилотные скважины, расположенные на расстоянии нескольких метров от оси водо-откачного колодца. На этом основании можно точно установить вариант конструкции колодца, а также сформулировать рекомендации относительно глубины спуска отдельных колонн, обсадных труб. В табл. 1 представлены применяемые варианты конструкций колодцев.
Варианты конструкций А и В применяются в случае бурения мелких колодцев глубиной до 120 м, расположенных в основном во внутренних покровных барьерах, а также во внешнем ряду наружных постоянных барьеров. Варианты же конструкции С и D применяются в случае бурения колодцев глубиной 250-300 м, расположенных во внутренних постоянных и наружных барьерах. Колодцы конструкции Е сооружаются в случае возникновения в скважине буровых осложнений, связанных с пробуриванием рас-тресканных и содержащих каверны юрских известняков, выступающих на глубине от 120 до 180 м.
4. Подбор буровых установок
Для достижения больших скоростей бурения при реализации водооткачных колодцев большого диаметра с обратной промывкой, решающее значение имеют механические и гидравлические параметры технологии бурения. Эти параметры ограничены техническими возможностями буровых установок. При выборе буровых установок для сооружения колодцев большого диаметра в
карьере буроугольной шахты Бэлхатув принимались во внимание следующие критерии:
- начальный диаметр бурения;
- окончательный диаметр бурения;
- высота буровой мачты;
- грузоподъемность буровой мачты;
- скорость вращения приводной головки либо ротора;
- вращательный момент приводной головки либо ротора;
- общая масса установки,
- удельная стоимость работы.
Учитывая геологические и гидрогеологические условия, а также применяемые конструкции водооткачных колодцев, среди оцененных отечественных и зарубежных установок наиболее соответствующими по технико-экономическим параметрам оказались установки немецкой фирмы Wirth Ь-3А и Ь-4А, а позднее - более современные установки Wirth В-ЗА и В-4А с приводной головкой.
5. Параметры технологии бурения колодцев и полученные показатели 2
В связи с существующим геологическим строением месторождения, гидрогеологическими условиями и требуемыми конструкциями колодцев бурения скважин проводились с использованием обратной промывки. Для каждой конструкции скважины проектировались гидравлические параметры обратного цикла промывочной жидкости так, чтобы обеспечить эффективную очистку дна скважины от шлама и вынос его на поверхность с учетом наиболее неблагоприятного случая каким является необходимость выноса гальки диаметром, приближенным до внутреннего диаметра бурильной колонны. Примерные гидравлические параметры обратного цикла промывающей жидкости для бурильной колонны диаметром 150 и 200 мм представлены в табл. 2.
Четвертичные и третичные образования в виду своих прочностных параметров бурились долотом режущего типа, а угольные отложения и песчаники, залегающие в основании долотом шарошечного типа. Долота как режущего, так и шарошечного типа были польской продукцией. На протяжении последних 20 лет введено в промышленную практику не-
Таблица
ГИАРАВАИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ
Диаметр бурения 1,36 1,16 0,96 0,86 0,67 0,47
Диаметр буровой колонны, мм 150 / 200
Объемный расход воздуха, м3/с 0,116/0,166
Объемный расход промывающей жидкости, м3/с 0,077/0,112
Скорость течения промывающей жидкости внутри колонны, м/с 4,3/3,8
Таблица 3
ТИПЫ АОЛОТ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИИ Б"РЕНИЯ
Тип пласта Тип долота Диаметр долота, м Осевая нагрузка Р [kN] от до Скорость вращения долота n [с-1] от до Средняя скорость vsr [Ю-4м/с] min max
Четвер- Режущее Hy- 1^G 9,B-14,? З,ЗЗ-8,43
тичный и drohol 1,36 14,7-39,2 G,166-G,466 9,?2-12,З
Третич- 1,16 39,2-58,8 G^-G^G 11,11-19,44
ный G,96 39,2-58,8 G^-G^G 11,11-23,61
G,B6 44,1-63,? G^-G^ 14,16-23,61
Режущее 1^G 9,8-14,? З,ЗЗ-8,43
[3] 1,36 9,8-14,? G,166-G,466 n^-^GG
1,16 29,4-39,2 G^-G^G 16,?3-34,?2
G,96 29,4-39,2 G^-G^G 18^-44,86
G,B6 34,3-44,1 G^-G^ 22,46-З8,33
Юрский Шарошечное G,B6 З8,8-68,6 G>1,G 2,32-22,??
G,6? З3,9-?8,4 G>1,G 4,41-ЗЗ,?6
сколько новых конструкций долот режущего типа. Из исследованных долот наилучшие технико-экономические показатели бурения получены применяя долота, изготовленные в соответствии с запатентованной конструкцией [3], характеризующейся спрофилированными и сменными резцами, разрушающими породу. В табл. 3 представлены основные геологические данные пробуренных пластов, характеристика применяемых долот вместе с параметрами технологии бурения и средней скорости бурения.
Величина осевой нагрузки и скорости вращения долота устанавливались технологическими службами с учетом типа долота, геологических и технических условий. Ограничением для этих величин был вращательный мент бурового станка. Из срав-
нения полученных значений средней скорости бурения следует, что при бурении долотами режущего типа третичных и четвертичных образований в виде песков, гравия, суглинков, илов и глин наилучшие значения получены при применении долот с профилированными режущими элементами [5]. Вместе с тем, целесообразно провести для этих долот буровые тесты по пробу-риванию макроскопически однородных пластов с целью получения для программирования оптимальных значений механических параметров технологии бурения.
6. Выводы
1. Месторождение бурого угля Бэлхатув характеризуется сложным геологическим строением и гидрогеологическими условиями. Из-за большой разницы по глубине залегания и распро-
странения отдельных отложений каждая откачивающая скважина проектировалась индивидуально.
2. Из проведенной комплексной оценки буровых установок следует, что наиболее пригодными к бурению колодцев большого диаметра для откачки воды являются установки с обратным циклом промывающей жидкости типа Wirth L-4A, В-ÇA и В^.
3. Конструкции водооткачных колодцев вынуждают применения обратного цикла промывающей жидкости, который реализуется с помощью воздушного подъемника, обеспечивающего правильную очистку дна скважины от шлама и вынос встреченных в профиле гальки диаметром, даже приближенным к внутреннему диаметру буровой колонны.
4. Для бурения четвертичных и третичных отложений применялись долота режущего типа, а для бурения юрских скал шарошечного типа. Наилучшие технико-экономические показатели бурения среди долот режущего типа получены долотами с профилированными лопастями и со сменной режущей кромкой.
СПИСОК ЛИТЕРАТ"РЫ
1. Гонэт А., Мацуда Я. Гидрогеологическое бурение, Изд. АСИ, Краков 1995 (на польском языке).
2. Гонэт А., Мацуда Я, Лачяк С Разработка техники и новой технологии изготовления однотрубных пьезометров в карьере буроугольной шахты Бэлхатув с учетом экономической оценки их целевого применения. Работа не опубликована, WWNiG АСИ. Краков 1997 (на польском языке).
3. Гонэт А. Мацуда Я., Серпински Я. и др. Режущее
долото большого диаметра. Патент Р-265170, 19B?.
4. Mацyда Я. Влияние некоторых технико-
технологических факторов на показатели бурения скважин для откачки воды на месторождении Щерцув. Канд. дис. AGH. Краков 199G (на польском языке).
З. Гонэт A., Maцyда Я. Разработка конструкции водооткачных колодцев большого диаметра в условиях карьера буроугольной шахты Бэлхатув. Работа не опубликована, WWNiG AGH. Краков 1996 (на польском языке).
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Мацуда Ян - кандидат технических наук, Факультет бурения, нефти и газа Горно-металлургической академии в Кракове. Гонэт Анджей - профессор, доктор технических наук, Факультет бурения, нефти и газа Горно-металлургической академии в Кракове
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
ГОНЕТ_2
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB9_03 CЛUsersYТаняYAppDataYRoammgYMicшsoftYШаблоныYNormaLdotm Технические и технологические аспекты откачки воды с карьера
Студент
08.07.2003 14:05:00 5
05.08.2003 11:24:00 Гитис Л.Х.
8 мин.
09.11.2008 1:16:00
3
I 992 (прибл.)
II 358 (прибл.)
