Устройство для определения газоносности угольного пласта

Авторы патента:

Козырева Елена Николаевна (RU)

Плаксин Максим Сергеевич (RU)

Родин Роман Иванович (RU)

Рябцев Андрей Александрович (RU)

Худынцев Евгений Александрович (RU)

Альков Виталий Исхакович (RU)

E21F7/00 - Способы или устройства для отсасывания рудничных газов без последующего использования или с использованием этих газов для каких-либо целей

E21C39/00 - Устройства для определения на месте разработки твердости или других свойств полезных ископаемых, например с целью выбора соответствующих инструментов для добычи

Владельцы патента RU 2768245:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук» (RU)

Изобретение относится к горному делу, в частности, к устройствам для определения газоносности угольных пластов и может быть использовано в шахтных условиях для определения объема газа, выделяющегося при бурении скважины. Устройство содержит основную трубу, газовый расходомер, штыбоприемник, герметизатор гладкой штанги, герметизатор устья скважины, буровую шнековую штангу с буровой коронкой и гладкую штангу, внескважинный конец которой связан с буровым приводом. Герметизатор устья скважины выполнен составным, состоящим из двух герметизаторов – камерного, расширяющегося под действием нагнетаемого воздуха, и эластичного, расширяющегося под действием внешних сжимающих усилий. Эластичный герметизатор состоит из упругих манжет, между которыми вставлены распределительные шайбы. Повышается эффективность работы устройства за счет наиболее полной герметизации устья скважины и повышения точности определения объема газа. 2 ил.

Известно устройство для определения газоносности угольного пласта, содержащее основную трубу, газосчетчик, накопитель буровой мелочи, уплотнительную втулку, буровую штангу, герметизатор буровой штанги, выполненный в виде муфты, герметизатор устья скважины, выполненный в виде уплотнительной втулки, и привод буровой штанги [Авторское свидетельство СССР № 941628, опубл 07.07.82, бюл. № 25] (аналог).

Недостатком аналога является низкая надежность герметизации буровой штанги и устья скважины; в процессе бурения скважины буровой став оказывает вибрационное воздействие на герметизаторы буровой штанги и устья скважины, что провоцирует выход выделяемого из угля газа через герметизаторы, минуя газосчетчик.

Известно устройство для определения газоносности угольного пласта, принятое в качестве прототипа, состоящее из основной трубы, газового расходомера, штыбоприемника, герметизатора гладкой штанги, герметизатора устья скважины, выполненного из упругого элемента в виде манжеты, буровой шнековой штанги с буровой коронкой и литой штанги, внескважинный конец которой связан с буровым приводом [Плаксин М.С., Родин Р.И., Титов В.П. «Технические основы создания инновационного устройства и оперативного метода определения газоносности угольного пласта», Горный информационно-аналитический бюллетень, №S49, 2018,
С. 165-173] (прототип).

Недостатками прототипа являются:

– как показали экспериментальные исследования (Клишин В.И., Леконцев, Ю.М., Сажин П.В. «Создание технологий и оборудования для разрушения прочных горных пород растягивающими усилиями», Горный информационно аналитический бюллетень. Москва: МГГУ. 2004. №10.
С. 213-219.), поперечное расширение манжеты, выполненной из упругого материала в виде единого элемента, вызванное продольным сжатием, из-за трения манжеты о поверхность трубы приводит к неравномерному расширению и поэтому большая часть площади поверхности манжеты не прижимается к поверхности скважины;

– высока вероятность образования зазоров между поверхностью манжеты и поверхностью скважины из-за вибрационного воздействия бурового става в процессе бурения скважины, что способствует выходу выделяемого газа, минуя газовый расходомер.

Эти недостатки снижают точность определения газоносности угольного пласта, что свидетельствует о низкой эффективности работы устройства для определения газоносности угольного пласта.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства для определения газоносности угольного пласта за счет выполнения герметизатора в виде двух составных частей, одна из которых расширяется под действием нагнетаемого воздуха, другая – под действием сжимающих усилий.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения газоносности угольного пласта, содержащем основную трубу, газовый расходомер, штыбоприемник, герметизатор гладкой штанги, герметизатор устья скважины, буровую шнековую штангу с буровой коронкой и гладкую штангу, внескважинный конец которой связан с буровым приводом, в соответствии с техническим решением герметизатор устья скважины выполнен составным, состоящим из двух герметизаторов – камерного, расширяющегося под действием нагнетаемого воздуха, и эластичного, расширяющегося под действием внешних сжимающих усилий, причем эластичный герметизатор состоит из упругих манжет, между которыми вставлены распределительные шайбы.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показано устройство для определения газоносности угольного пласта; на фиг. 2 – герметизатор устья скважины.

Устройство для определения газоносности угольного пласта содержит основную трубу 1, газовый расходомер 2 и штыбоприемник 3, подключенные к трубе 1 посредством патрубков, герметизатор 4 устья скважины, буровую шнековую штангу 5, герметизатор гладкой штанги 6, гладкую штангу 7 и ее привод 8.

Герметизатор 4 устья скважины установлен на забойном конце трубы 1 и, в свою очередь, содержит упорную гайку 9, эластичные манжеты 10, распределительные шайбы 11, камерную опору 12, камерную манжету 13, упорную гайку 14 с рукоятками 15. Манжеты 10 в рассечку с распределительными шайбами 11 установлены в пространстве между упорной гайкой 9 и камерной опорой 12. При этом боковые поверхности шайб 11 выполнены наклонными для обеспечения равномерного распределения сжимающих усилий манжет 10 по длине скважины.

Противоположный конец трубы 1 посредством быстроразъемного соединения 16 связан с концевой трубой 17, внутри которой установлен герметизатор гладкой штанги 6.

Газоносность угольного пласта определяют суммированием количества газа, выделившегося в процессе бурения (показания газового расходомера), и количества газа, выделившегося из буровой мелочи при лабораторных исследованиях, за вычетом количества газа, выделившегося с поверхности скважины.

При определении газоносности угольного пласта устройство работает следующим образом. В угольный пласт бурят скважину 18 диаметром не менее диаметра герметизатора 4 устья скважины. В эту скважину устанавливают трубу 1 вместе с герметизатором 4.

Устье скважины 18 герметизируют, выполняя это в два этапа. Сначала вращением рукояток 15 упорную гайку 14 и камерную опору 12 перемещают в сторону забоя скважины 18, т.е. сжимают эластичные манжеты 10. При этом шайбы 11 равномерно распределяют сжимающие усилия на манжеты 10. В результате манжеты 10 равномерно расширяются в радиальном направлении, герметизируя призабойное пространство скважины 18 (первый этап). Затем подают воздух избыточного давления в камерную манжету 13, за счет чего манжета 13 раздувается и герметизирует скважину в ее устье.

После герметизации скважины 18 бурят контрольный шпур 19 меньшего диаметра на глубину до 10 м и производят измерения количества выделившегося газа с помощью газового расходомера 2 поэтапно на каждом метровом отрезке бурения.

В процессе бурения шпура 19 привод 8, гладкая штанга 7 и буровая штанга 5 перемещаются в сторону забоя скважины 19. При этом газ из шпура 19 в изолированном от внешней атмосферы режиме поступает в основную трубу 1 и далее в газовый расходомер 2, а буровая мелочь скапливается в штыбоприемнике 3.

После удлинения шпура 19 на один метр бурение останавливают, фиксируют показания газового расходомера 2, отсоединяют от устройства штыбоприемник 3 с накручиванием крышки (не показана) на штыбоприемник (штыб герметизируют с целью последующего определения его остаточной газоносности в лабораторных условиях). Затем к основной трубе 1 присоединяют порожний штыбоприемник и наращивают буровой став.

Для этого концевую трубу 17 с помощью быстроразъемного соединения 16 отсоединяют от основной трубы 1, привод 8 с гладкой штангой 7 отводят назад на расстояние не менее 1 м от концевой трубы 17, отсоединяют гладкую штангу 7 от буровой шнековой штанги 5, удлиняют буровой став вставкой дополнительной буровой шнековой штанги, которую затем соединяют с гладкой штангой 7. Далее концевую трубу 17 соединяют с основной трубой 1 – наращивание става завершено.

Таким образом, за счет того, что герметизатор устья скважины выполнен составным, состоящим из двух герметизаторов – камерного, расширяющегося под действием нагнетаемого воздуха, и эластичного, расширяющегося под действием внешних сжимающих усилий, а также за счет введения в эластичный герметизатор распределительных шайб, обеспечивается наиболее полная герметизация устья скважины, что, в свою очередь, повышает эффективность работы устройства для определения газоносности угольного пласта, а это и есть цель изобретения.

Устройство для определения газоносности угольного пласта, содержащее основную трубу, газовый расходомер, штыбоприемник, герметизатор гладкой штанги, герметизатор устья скважины, буровую шнековую штангу с буровой коронкой и гладкую штангу, внескважинный конец которой связан с буровым приводом, отличающееся тем, что герметизатор устья скважины выполнен составным, состоящим из двух герметизаторов – камерного, расширяющегося под действием нагнетаемого воздуха, и эластичного, расширяющегося под действием внешних сжимающих усилий, причем эластичный герметизатор состоит из упругих манжет, между которыми вставлены распределительные шайбы.

Заявлен способ дегазации угольного пласта. Изобретение относится к разработке пологопадающих угольных пластов и может быть использовано для их дегазации.

Способ прогноза пирита в пласте угля // 2751027

Изобретение относится к области горного дела, преимущественно к угольной отрасли, и может быть использован для определения местонахождения пирита в угольных пластах. Способ включает отбор проб угля в очистном забое, измельчение угля, определение его сорбционных показателей и элементного состава, хронометраж движения комбайна по отбойке угля, установление датчиков температуры и содержания газа в рудничном воздухе.

Способ дегазации надрабатываемых пластов-спутников // 2749707

Изобретение относится к способу дегазации надрабатываемых пластов-спутников. Техническим результатом является повышение эффективности дегазации надрабатываемых газоносных пластов-спутников.

Способ дегазации выемочного участка // 2732931

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано в шахтах для снижения интенсивности выделения метана в выработки выемочного участка и поддержания допустимой ПБ концентрации метана на сопряжении очистного забоя с участковой выработкой. Изобретение включает проведение выработок в плоскости отрабатываемого пласта, оставление между выемочными участками целиков угля, бурение веера скважин по сближенному подрабатываемому пласту, подсоединение скважин к вакуумной системе выемочного поля и извлечение метана.

Способ газодобычи путем поочередного использования многоэтапного растрескивания угольного массива при сжигании с образованием ударной волны и нагнетания теплоносителя // 2731428

Настоящее изобретение обеспечивает способ увеличения газодобычи путем поочередного использования многоэтапного растрескивания угольного массива при сжигании с образованием ударной волны и нагнетания теплоносителя, в котором большое количество N2 или CO2 закачивается в буровую скважину при помощи отводной трубы для нагнетания теплоносителя и газа, газового баллона высокого давления и редукционного клапана, после чего определенное количество метана и сухого воздуха нагнетается в камеру сжигания с высокой температурой и высоким давлением при помощи газового баллона высокого давления и редукционного клапана, чтобы после смешивания и сжигания образовалась ударная волна, и когда давление при высокой температуре и высоком давлении камеры сжигания достигает 30 МПа, то автоматически запускается электромагнитный клапан и мгновенно возникает ударная волна высокой температуры и высокого давления, направленная на выталкивание поршня для сжатия N2 или CO2, так чтобы в угольных массивах на периферии скважины образовывалось большое количество трещин.

Способ определения остаточной метаноносности отбитого в забое угля // 2731011

Способ относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использован для достоверности прогноза метанообильности, обусловленной выделением метана из разрабатываемого угольного пласта, в частности доли метана, содержащегося в отбитом угле. Изобретение включает разрушение угля комбайном, отбор проб угля на кромке угольного забоя, на транспортирующем уголь конвейере, в атмосфере выработки, оборудованной конвейером, а также измерение содержания метана в отобранных пробах.

Способ прогноза интенсивности выделения метана из отбитого в забое угля // 2730470

Способ относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использован для определения интенсивности выделения метана из отбитого в лаве угля. Технический результат заключается в определении интенсивности выделения метана из отбитого комбайном угля в очистном забое за счет выявления динамики естественной дегазации отбитого угля и интенсивности выделения метана из него в пределах лавы и горных выработок.

Способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном каменном угле // 2726756

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при определении количества газового гидрата, что необходимо при расчете газового баланса угольного пласта и прогнозировании внезапных выбросов угля и газа. Техническим результатом является определении количества газа, находящегося в форме газового гидрата в природном угле, установлении давления и температуры, при которых происходит разложение газового гидрата, а также сопоставление полученных результатов со свойствами исследуемых образцов природного угля, его фактической влажностью, степенью метаморфизма.

Мобильный дегазационный комплекс // 2725044

Изобретение относится к горной промышленности, к наземным передвижным дегазационным установкам и предназначен для откачивания газовоздушной смеси, в том числе метановоздушной смеси, из угольных шахт и рудников. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности очистки газовоздушной смеси, надежности работы, повышение уровня взрывобезопасности помещений, технологичности и безопасности обслуживания мобильного дегазационного комплекса.

Метод поэтапного строительства приоритетного пути миграции газа в забое угольного пласта // 2705634

Метод поэтапного строительства приоритетного пути миграции газа в горной выработке угольного пласта применяется особенно при пошаговом построении путей миграции газа внутри и снаружи углепородного массива в горной выработке первого разрабатываемого пласта глубоких угольных пластов. Во-первых, путь миграции газа предварительно формируется в горной выработке в зависимости от степени воздействия горных работ добычи в первом разрабатываемом пласте, строительного и стабилизирующего метода со стороны породы ограниченной выработки в глубоких пластах, а затем использования метода скважин предварительного разрушения, направляемых ручным способом для выполнения активного строительства соответственно во внешнем пространстве и за пределами углепородного массива для формирования приоритетных путей миграции газа.

Способ электротомографии углепородного массива // 2761811

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли и, в частности, к способам выявления геологических нарушений в углепородном массиве потенциально опасных по динамическим явлениям зон, прогнозу выбросоопасных зон. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения внутренней структуры углепородного массива, угольного пласта исследуемого участка (блока) в двумерной системе координат.