МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ МЕЖДУ ГАЗООТВОДЯЩИМИ СКВАЖИНАМИ

METHODOLOGY OF STUDYING MUTUAL INFLUENCE BETWEEN GAS PIPELINES

Nail Zamaliev

teacher, Karaganda State Technical University

Kazakhstan, Karaganda

Anton Aleksandrov

doctoral student PhD, Karaganda State Technical University

Kazakhstan, Karaganda

Ravil Mussin

doctoral student PhD, Karaganda State Technical University

Kazakhstan, Karaganda

Guzel Balniyazova

master of Science, Karaganda State Technical University

Kazakhstan, Karaganda

Danil Volkolovsky

master of Science, Karaganda State Technical University

Kazakhstan, Karaganda

АННОТАЦИЯ

Цель: Основной целью настоящей работы является выявление взаимовлияющих скважин (газоотводящих труб), которые в даль­нейшем будут использоваться для регулирования процесса накопления и выделения газа из шахты путем перекрывания каналов отдельных скважин (газодренажных труб),

Метод: Дегазация выработанного пространства ликвидированных шахт путем выпуска газа через газодренажные скважины и трубы на поверхность, связанных со сбором метана в единую газодобывающую систему, с последующим его использованием для бытовых или промышленных нужд.

Авторами установлено, что побудителем передвижения метано­воздушной смеси из ликвидированных шахт является естественная тяга, а так же определены факторы, влияющие на изменение величины естественной тяги.

Выводы: Выполнен анализ возможных способов и приемов изучения взаимовлияния газодренажньж скважин, определены параметры и приборы для их измерения по установлению количественных зависимостей расхода метановоздушной смеси газодренажных скважин от различных факторов.

ABSTRACT

Purpose: The main purpose of this work is to identify the interlocking wells (gas-discharge pipes), which will later be used to regulate the process of accumulation and separation of gas from the mine by overlapping the channels of individual wells (gas pipes),

Method: Degassing the worked-out space of the liquidated mines by discharging gas through gas-well boreholes and pipes to the surface associated with the collection of methane into a single gas production system, and then using it for domestic or industrial needs.

The authors found that the motive for the movement of the methane-air mixture from the liquidated mines is natural draft, as well as the factors influencing the change in the natural draft.

Conclusions: The analysis of possible methods and techniques for studying the mutual influence of gas wells is carried out, the parameters and instruments for their measurement are determined by establishing the quantitative dependencies of the methane-air mixture of gas-drainage wells on various factors.

Ключевые слова: ликвидированная шахта; метан; выработка; дегазация; дебит газа; газодренажные скважины; метановоздушная смесь.

Keywords: liquidated mine; methane; production; degassing; gas production; gas wells; methane-air mixture.

В недрах ликвидированной шахты им. 50-летия Октябрьской революции Карагандинского бассейна содержатся огромные запасы метана. Выделяющийся из различных источников метан через газодренажные трубы и скважины в настоящее время отводится из шахты и выбрасывается в атмосферу, ухудшая экологическую обстановку в регионе. Хотя по своим кондиционным параметрам (концентрации и расходу) метан, выделяющийся из шахты, можно утилизировать и использовать для промышленных и бытовых нужд. Для этого требуется выполнение работ по объединению всех газовыдающих скважин (труб) в единую газодобывающую систему, что при разбросанности скважин по всему шахтному полю, представляет сложную задачу.

В связи с этим представляется целесообразным изучить характер выделения газа из шахты через газодренажные скважины (трубы) и на этой основе разработать оптимальные схемы сбора шахтного метана для его последующей утилизации [1, с 18].

Изучение взаимовлияния скважин намечается осуществлять в натурных условиях инструментальными измерениями параметров естественной тяги (депрессии и расхода газовоздушной смеси) и концентрации метана. Для лого каждая газоотводящая труба снаб­жается измерительным штуцером, располагающимся под клапанным устройством, и окном, открывающимся па момент измерений. Поскольку характер газовыделения из газодренажных груб существенно зависит от изменения атмосферного давления и температуры воздуха, то измерения параметров газовыделения предусматривается выполнять в зимний и летний периоды времени.

Для получения надежной и достоверной информации на каждой скважине ежедневно в течение календарного месяца производятся измерения следующих параметров:

• перепада давления скважина (под клапаном) - атмосфера;
• скорости газовоздушного потока (воздуха) по трубе;
• концентрации метана;
• температуры наружного воздуха;
• величины атмосферного давления.

Перепад давления скважина-атмосфера измеряется с помощью U‑образного манометра, заполненного водой. Для этого одно колено манометра резиновым шлангом соединяется со штуцером, расположенным под клапаном, на газоотводящей трубе, а другое — соединяется с атмосферой. По смещенному от нуля мениску водяного столба снимают со шкалы показания прибора. Если метановоздушная смесь выходит из скважины, то водяной столбик в приборе выдавливается, а если скважина принимает воздух, то столбик воды втягивается в сторону скважины. По показаниям манометра судят о направлении движения потока [2, с. 81-94].

Измерения скорости газовоздушного потока в трубе производятся точечным анемометром немецкой фирмы Рaul: Gothe Восhum через измерительное окно. Для этого, с целью исключения влияния ветра на показания прибора, открытое окно на газоотводящей трубе перекрывается специальным щитком (рисунок 1) с встроенными из него измерительными трубками таким образом, чтобы торец Г‑образной трубки располагался в центре поперечного сечения трубы на сторону, противоположную направлению движения струи (навстречу движения газовоздушного потока). Щиток с помощью поролоновой прокладки плотно прижимается к трубе. Выведенные наружу плитка трубки гибкими шлангами соединяется с анемометром (рисунок 1а), при этом шланг от Г-образной трубки соединяется с входным отверстием анемометра, а другой шланг — с выходным отверстием, и снимаются показания прибора. Затем измеряют скорость газового потока, проходящего через анемометр. Для определения истинной скорости потока в трубе необходимо показания анемометра умножить на коэффициент К, значения которого определяется путем тарирования прибора (рисунок 2).

По значениям истинной скорости тазового потока и диаметру газоотводящей трубы определяют количество газовой смеси по формуле

, м³/мин                                         (1)

где:   Vнет – скорость газовоздушного потока, м/с;

D – диаметр газоотводной трубки, м.

В том случае, когда стрелка анемометра не показывает скорость движения потока, щиток переворачивают Г-образной трубкой в противоположную сторону и повторяют измерения. При таком положении щитка производят измерения скорости воздуха, посту­пающего из атмосферы в отработанное пространство [3, с. 207-213].

Концентрация метана измеряется интерферометрами ШИ-10 или ШИ-12 в канале скважины под (С1) и над клапаном (С2) (рисунок 1б). Дебит метана определяется по формуле.

, м³/мин                                             (2)

Температуру воздуха измеряют обычным бытовым термометром.

Атмосферное давление измеряется с помощью барометра-анероида.

Результаты измерений и расчетов заносят в журнал работы каждой скважины.

Используя ежесуточные измерения дебита метана в течение месяца по каждой скважине, строятся графики его изменения во времени и в зависимости от атмосферного давления. Затем производится анализ материалов наблюдений за газодренажными скважинами. По этим материалам устанавливаются группы скважин, которые:

1. вообще не выдают газ и не принимают воздух в шахту;
2. работают только всасывающем режиме;
3. работают только по выдаче метана на поверхность;
4. работают в переменном (то выдают газ, то принимают воздух) режиме.

Скважины группы «а», которые не принимают и не выдают газ, исключаются из дальнейшего анализа. Для других групп скважин по планам горных работ и схеме вентиляции шахты к моменту его закрытия устанавливаются возможные аэродинамические связи между скважинами, Далее для скважин с имеющимися аэродинамическими связями выполняется анализ характера изменения дебита газа, на основании которого принимается решение о перекрытии канала той или иной скважины, После перекрытия намеченных скважин ежесуточные наблюдения за режимом работы всех скважин (включая и перекрытую) продолжаются, по результатам которых вновь строятся графики изменения дебита газа во времени и от атмосферного давления [4, с. 46]. После чего выполняются сопоставление полученных графиков с первоначальными. В случаях, если скважины оказывают взаимовлияние на режим их работы; то при закрытых отдельных скважинах, через другие скважины будет наблюдаться изменение дебита газа и его концентрации.

а)                                                           б)

Примечание: а  – анемометр; б – интерферометр

Рисунок 1. Схема анемометра Рaul Gothe Восhum и интерферометров ШИ-10 или ШИ-12

Рисунок 2. Тарировочный график

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения аналитических исследований установлено, что побудителем передвижения метановоздушной смеси из ликвиди­рованных шахт является естественная тяга. Определены факторы, влияющие на изменение величины естественной тяги, к которым относятся, атмосферное давление, температура воздуха на поверхности и в шахте, химический состав и влажность воздуха, работа венти­ляторов главного проветривания на соседней шахте, Приведен анализ влияния каждого из этих факторов на величину естественной тяги.

Разработана методика изучения взаимного влияния между газодренажными скважинами.

Список литературы:

1. Скочинский А.А., Комаров В.Б. Рудничная вентиляция. Углетехиздат. М.: Недра, 1949. 443 с.
2. Воропаев А.Ф. Тепловая депрессия шахтной вентиляции. М.: Изд-во АН СССР, 1950. 231 с.
3. Преображенская Е.И., Кизряков А.Д. Газодинамический режим дренажной скважины, пробуренной с поверхности в выработки ликвидированной шахты. В кн. Вопросы безопасности в сорной промышленности. М.: Недра, 1971. С. 207-213.
4. Кузнецов С.В. Кричман Р.Н. Природная проницаемость угольных пластов и методы ее определения. М., Наука. 1978. 122 с.