Тип пород (ИГЭ) Физико-механические свойства
γ, тн/м3 kобр/kМ, МПа ρ, град.
1. ИГЭ 2 2,08 0,051 / 0,006 5
2. ИГЭ 3 2,00 0,068 / 0,010 7
3. ИГЭ 4 2,10 0,280 / 0,038 12
4. ИГЭ 4 влажные 2,10 0,190 / 0,024 9
5. ИГЭ 5 2,24 2,00 / 0,068 20
6. ИГЭ 6 2,28 – – – / 0,070 18
45
забоев, составило 2,5∙105 Па (25 т/м2). Коэффи- циент структурного ослабления равен 0,10-0,12.
Следовательно, расчетная величина сцепления массива пород верхних горизонтов, принимаемая для анализа устойчивости уступов, составляет 25- 30 кПа (Отчет НИР «Разработка рекомендаций по обеспечению устойчивости стационарного борта разреза «Богатырь». ВНИМИ, Казахский филиал.
Караганда, 1991 г.).
С учетом полученных результатов выполне- ны расчеты устойчивости верхних уступов (гор.
+165 м-+200 м), а также площадки гор. +165 м, на которой планируется строительство склада. Рас- чет коэффициента запаса устойчивости выполнен в соответствии с методикой ВНИМИ и требовани- ями нормативно-технических документов [5, 6].
В современных условиях при проектирова- нии откосов зачастую уже недостаточно детерми- нированных показателей (коэффициент запаса устойчивости) все чаще требуется указать уровни риска при принятии тех или иных решений.
Оценочная взаимосвязь между КЗУ и макси- мальной вероятностью разрушения представлена в таблице 2 [3].
Объект исследований – верхние уступы стаци- онарного борта участка 6 необходимо разделить на 2 участка:
1. Уступы верхних горизонтов (гор.
+165-+200 м);
2. Площадка (гор. +165), на которой предпо- лагается размещать проектируемый угольный склад «Южный» с откосом (гор. +150-+165 м).
Эти участки различаются по своему характеру и функциональному назначению в проектируе- мом объекте.
1. Уступы верхних горизонтов (гор. +165- +200 м).
По классификации проектных рисков обру- шения откосов, приведенной в таблице 2, данная группа уступов может быть отнесена ко 2 катего- рии (отдельные уступы и группы уступов высотой до 50 м, влияющие на коммуникации). Степень ответственности – относительно значительная.
Требования: проектное значение КЗУ – не ниже 1,5, уровень риска обрушения – не более 10%.Основная задача – предупреждение деформа- ций и обрушений откосов.
2. Площадка гор. +165 м и откос (гор. +150- +165 м).
По классификации проектных рисков обру- шения откосов, приведенной в таблице 2, данный уступ может быть отнесен к 3 категории (группы уступов, на которых размещены коммуникации).
Степень ответственности – весьма значительная.
Требования: проектное значение КЗУ – не ниже 2,0, уровень риска обрушения – не более 5%.
Основная задача – предупреждение дефор- маций площадки и обрушений откоса (гор. +150- +165 м).
Анализ существующего состояния и результа- тов выполненных расчетов устойчивости верхних уступов (гор. +150-+200 м) позволил сделать следу- ющие выводы.
1) Устойчивость откоса гор. +150-+165 м. На- личие слабых пластических контактов является определяющим фактором при оценке устойчи- вости уступа площадки + 165 м (КЗУ = 1,15). Не- значительное дополнительное увлажнение та- ких контактов приведет к сползанию породных призм. Подрезанные слои горных пород долж- ны быть отработаны при их принудительном и управляемом обрушении.
2) Деформации подрезанных слоев могут про- являться в форме сползания породных призм по контактам и в целом не представляют большой опасности с точки зрения стабильности площад- ки + 165м. Главная угроза такого рода деформа- ций заключается в постепенном «съедании» берм, которое может достигнуть конвейерного обору- дования и остановить технологический процесс.
3) При анализе устойчивости откоса и пло- щадки гор. +165м, нагруженного угольным штабе- лем, получены следующие результаты.
В соответствии с СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» [7], несущая способность глинистых пород основания составляет 1,5-2,0 кг/
см2 (150-200 кПа).
Наращивание высоты угольного штабеля свыше 10 м связано с рисками деформирования (выдавливания) глинистых пород основания, что приведет к нарушению нормальной работы про- ектируемого сооружения.
Для исключения возможности выпора основа- ния от давления угольного штабеля рекомендует- ся уменьшить его высоту с 15 до 10 м, что позволит уменьшить расчетное давление на основание с 225 до 150 кПа и увеличить КЗУ с 1,26 до 1,68.
4) Для исключения совместного деформи- рования угольного штабеля и откоса гор. +150- Таблица 2 – Проектные значения рисков обрушения откоса
Характеристика откоса КЗУ Риск обрушения (max)
Отдельные уступы и группы уступов (Н до 50м), удаленные от коммуникаций.
Степень ответственности – незначительная 1,3 20%
Отдельные уступы и группы уступов (Н до 50м), влияющие на коммуникации.
Степень ответственности – относительно значительная 1,5 10%
Средние (50-100м) и высокие (Н до 150м) группы уступов, на которых разме-
щены коммуникации. Степень ответственности – весьма значительная 2,0 5%
46
1. Отчет по инженерно-геологическим изысканиям для разработки рекомендаций и предложений по обеспечению устойчи- вости верхних уступов борта участка 6 разреза «Богатырь» в районе оползневых явлений угольного склада «Южный» / ТОО
«Азимут геология». Караганда, 2017.
2. ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация. Межгосударственный стандарт. – М.: Стандартинформ, 2013. – 38 с.
3. John Read, Peter Stacey. Guidelines for Open pit slope design. Csiro publishing, Published exclusively in Australia, New Zealand and South Africa by 150 Oxford Street (PO Box 1139), Collingwood VIC 3066, 2010. Australia. – 511p.
4. Evert Hoek. Practical rock Ingineering. University of Toronto, 2006. Canada. – 342 p.
5. Правила обеспечения устойчивости на угольных разрезах. ВНИМИ. – СПб, 1998. – 208 с.
6. Долгоносов В.Н., Шпаков П.С., Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б., Старостина О.В. Аналитические способы рас- чета устойчивости карьерных откосов. – Караганда: издательство «Санат-Полиграфия», 2009. – 332 с.
7. СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений». Москва, 1995.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
+165 м необходимо обеспечить ширину бермы не менее 20 м. На протяжении всего Южного участ- ка склада минимальное значение ширины бермы, равное 20 м, соответствует сечению (РЛ 14-20) и всему участку между РЛ №37 и РЛ № 44а. Здесь существует угроза постепенного «съедания» бер- мы, описанная выше. На остальном протяжении Южного участка склада ширина площадки доста- точно большая.
5) Необходимо иметь в виду возможность вы- пора основания вышележащими уступами (гор.
+165-+200 м), рассмотренную ранее. С одной сто- роны, угольный штабель служит контрфорсом, препятствующим выпору основания по площадке
+165 м, а с другой – источником нагрузки на дан- ную площадку. Это может привести к эффекту
«суммирования» выдавливающих нагрузок и вы- пору в форме пучения участка между основанием вышележащего откоса и угольным штабелем, где уложена исходящая ветвь конвейера.
6) Для надежной защиты от влаги и эрозии ре- комендуется применение синтетических защит- ных покрытий – геотекстиль либо геомембраны.
Все перечисленные выше мероприятия будут эффективны лишь при четком выполнении пер- вого пункта – надежной работы дренажной систе- мы, не допускающей увлажнения прибортового массива.
47
Tехнология бурения скважин с гидроразрывом угольных пластов Карагандинского угольного бассейна
Н.А. ДРИЖД, д.т.н., профессор, Р.А. МУСИН, докторант,
Д.В. ВОЛКОЛОВСКИЙ, магистрант, инженер лаборатории метановой энергетики, Г.М. БАЛНИЯЗОВА, магистрант, инженер-технолог,
Карагандинский государственный технический университет, кафедра РМПИ УДК 622.817
Ключевые слова: скважина, бурение, кондуктор, буровой станок, эксплуатационная колонна, кумулятивные заряды, метанообильность, гидроразрыв, трещиноватость, метан, дегазация.
Одним из основных факторов, предопределя- ющих эффективную коммерческую добычу ме- тана из угольных пластов как самостоятельного полезного ископаемого, является выбор методов и определение параметров технологий интенси- фикации газоотдачи пластов, соответствующих конкретным горно-геологическим условиям раз- рабатываемых месторождений.
Основной задачей большинства применяемых технологий интенсификации газоотдачи уголь- ных пластов является установление эффективной связи ствола добывающей скважины с природной системой трещин в угольном пласте, обеспечива- ющей интенсивный приток метана к скважине.
Для эффективной интенсификации газоотдачи был выбран метод гидроразрыва пласта (ГРП).
Гидравлический разрыв – самый распростра- ненный метод воздействия на угольные пласты, позволяющий обеспечить соединение ствола сква- жины с естественными трещинами коллектора.
Это процесс нагнетания специальной жидкости с проппантом (или без него) в скважину с большой скоростью, после чего происходит разрушение пласта и образование вертикальной трещины.
Проппант необходим для предотвращения смы- кания стенок трещины и для предохранения от забивания трещин угольными частицами. Гидро- разрыв в настоящее время используется в мире больше чем на 80% действующих скважин для добычи метана. Эта технология может использо- ваться в различных пластовых условиях.
Выбор жидкости гидроразрыва очень важен для обеспечения эффективной стимуляции газо- отдачи пластов. Жидкость гидроразрыва может быть следующих видов: азотная пена для низкона- порных коллекторов, жидкости на водной основе для коротких трещин с низкой проводимостью;
линейный или поперечно-сшитый гель для ши- роких и протяженных трещин. Чтобы уменьшить утечки жидкости разрыва в пласт через стенки трещины, в жидкость разрыва добавляют различ- ные присадки, в основном, антифильтрационные
агенты и агенты снижения трения.
Анализ результатов опытно-промышленных ра- бот по разведке и добыче метана из угольных пластов на Шерубайнуринском участке
Для отработки технологий разведки и добы- чи метана угольных пластов был определен Ше- рубайнуринский участок как наиболее перспек- тивный. Основными преимуществами участка являются: значительные прогнозные ресурсы метана, хорошая разведанность участка, высокая угленосность, незначительные глубины на пер- вом этапе проекта (450-650 м), наличие развитой инфраструктуры (ж/д пути, автомобильные до- роги, электроэнергия, город, водоемы). По ос- новным геологическим факторам (угленосность, метаноносность, плотность метана и т.д.) проек- тируемый участок отвечает геолого-техническим критериям перспективности метаноугольных месторождений.
Выбор мест заложения разведочных и поис- ково-оценочных скважин был проведен с учетом ситуационной обстановки на лицензионной пло- щади (рисунок 1). В связи со сложной геологиче- ской ситуацией, обусловленной тектонической нарушенностью, а также учитывая глубину зале- гания продуктивных угольных пластов, глубина бурения скважин на участке проектировалась до 900 м. Гидроразрыв пласта производился на 3-х поисково-оценочных скважинах.
Результаты стимулирования неразгруженных угольных пластов методом гидроразрыва
На каждой скважине было выделено по 5 зон обработки. Гидравлический разрыв проводился по многоступенчатой технологии и был выпол- нен с применением однопакерного закачивания и поинтервальной перфорации, т.е. обработка каждой зоны производилась следующим обра- зом: перфорация, ГРП, отсыпка обработанного интервала, отбивка забоя, переход на следующую вышележащую зону (рисунок 2).
В качестве жидкости ГРП была применена жидкостная система Стратум на водной основе
48
с загрузкой полимера 2,6 кг/м3. Закачка прово- дилась со средним расходом от 3,5 до 4,0 м3/мин.
Устьевое давление закачки не превышало 400 атм (рисунок 3). Конечная концентрация проппанта составляла 600 кг/м3.
Полудлина трещин по результатам калибров- ки находится в пределах 30-70 м (рисунок 3). Од- нако калибровка проводилась в предположении, что трещины являются вертикальными. Однако из теории гидравлического разрыва пласта из- вестно, что на малых глубинах трещины могут
развиваться горизонтально, вдоль продуктивно- го пласта. В таком случае моделирование гидро- разрыва пласта должно проводиться по другим методикам.
Для некоторых верхних интервалов характер- но необычное соотношение механических свойств угольного пласта и верхних/нижних перемычек.
Для оптимизации дизайнов ГРП рекомендуется уточнение механических свойств пластов путем проведения дополнительных исследований на об- разцах керна или в скважинных условиях.