ДРЕНАЖНАЯ СКВАЖИНА ДЛЯ ПРОХОДКИ НАКЛОННЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть реализована при проведении наклонных горных выработок в направлении сверху вниз в обводненных породах.
Проведение наклонных горных выработок, особенно по пластам угля, характеризуется большой сложностью, связанной с подтоплением их забоев и невозможностью полного удаления из них воды при существующих способах ее откачки насосами непосредственно из забоев, хотя при этом призабойная зона наклонных выработок загромождается большим количеством работающих, резервных и ремонтируемых насосов и их нагнетательными и всасывающими трубопроводами, причем последние постоянно монтируются и демонтируются при буровзрывных работах.
Известна схема удаления воды из забоев наклонных выработок с использованием временных зумпфов, (см. например, «Справочник инженера-шахтостроителя», под общей редакцией В.В. Белого, Москва: «Недра», 1983. - с. 60-61). Существенным недостатком указанной схемы удаления воды является ее присутствие в пониженных частях забоя и временное подтопление забоя при остановках насосов.
Наиболее близким решением (прототипом) является предварительное бурение в почве забоя наклонной выработки передовой наклонной дренажной скважины, ее обсадки перфорированной трубой и откачкой воды забойными насосами через гибкий всасывающий рукав, опущенный в перфорированную обсадную трубу дренажной скважины. (Е.П. Калмыков «О проведении уклонов в водоносных горных породах». Шахтное строительство. №3, 1989. - с. 19-21).
Недостатками этого способа являются частые прекращения откачки воды и подтопления забоя при укорачивании звеньев дренажных труб по мере проходки наклонных выработок, так как при этом необходимо или извлекать из обсадной трубы гибкий всасывающий рукав забойного насоса, или отсоединять его при снятии очередного звена обсадной трубы.
Техническим результатом полезной модели является повышение темпов проходки выработок в условиях повышенного водопритока.
В рассматриваемом техническом решении дренажной скважины, включающей в себя секционную обсадную трубу с соединительными муфтами и всасывающий трубопровод забойного насоса. Согласно полезной модели секции обсадной трубы между соединительными муфтами состоит из двух частей с разъемом в диаметральной плоскости.
Предложение поясняют фиг. 1-4. На фиг. 1 изображен вертикальный разрез по наклонной выработке и дренажной скважине, на фиг 2 - разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3 - вид по стрелке Б фиг. 2, на фиг. 4 - вид сбоку фиг. 2. Цифрами обозначены: 1 - дренажная скважина; 2 - секционный жесткий всасывающий трубопровод; 3 - секция обсадной трубы; 4 - гибкий всасывающий рукав; 5 - насос забойного водоотлива; 6 - нагнетательный трубопровод; 7 - несущие рамы металлокрепи горной выработки; 8 - соединительная муфта обсадных труб; 9 - палец обсадной трубы; 10 - отверстие в муфте для пальца обсадной трубы; 11 - фиксатор ширины раскрытия продольной щели дренажной обсадной трубы.
Предложенный способ использования скважины реализуют следующим образом. Из забоя наклонной выработки бурят или в местах расположения водоотливных канавок или в любом другом удобном месте в почве выработки одну или несколько передовых дренажных скважин параллельно продольной оси выработки. Дренажные скважины бурят значительно больше их активной глубины для уменьшения перерывов в работе по проходке выработки, связанной с периодической углубкой скважины. При использовании нескольких скважин их располагают с опережением одной относительно другой.
н
н
Активную наклонную глубину  дренажной скважины 1 определяют в зависимости от высоты всасывания забойного насоса h, угла наклона к горизонтальной плоскости а и превышения установки забойного насоса в выработке над устьем дренажной скважины h (фиг. 1).
н
В таблице приведены результаты расчетов активной длины дренажных скважин для некоторых фиксированных значений параметров α, h.
Из таблицы видно, что предлагаемая полезная модель может быть реализована при расположении забойного насоса от забоя на расстоянии 5 м при всех углах наклона выработок до 30°, при удалении его от забоя до 10 м - в выработках с углом наклона 22°, а при удалении забойной насосной установки до 20 м - в выработках с углом наклона 10°. В выработках с углом наклона 30° изобретение применять нецелесообразно. В целом же область применения предлагаемого изобретения весьма значительна.
Полная глубина бурения дренажной скважины L при одной остановке проходки определяется устойчивостью пород, возможностями имеющейся буровой установки и отклонением скважины от требуемого направления. При обнаружении по мере проходки выработки значительного отклонения скважины не используют ее в дальнейшем и переходят на откачку воды из другой дренажной скважины.
Затем переходят к ее обсадке (скважины). Используют секции обсадной трубы 3 с длиной, определяемой параметрами выработки и возможностями доставки, т.е. 2-4 м. В зависимости от устойчивости и гранулометрического состава пород применяют трубы перфорированные или сплошные и изменяют размер щели между секциями труб с помощью деревянных или из любого другого материала клиньев. Между собой секции обсадных труб 3 соединяют муфтами 8 с отверстиями 10 для входа в них и фиксирования в требуемом положении пальцев 9, приваренных к трубам (фиг. 2-4). Скважину обсаживают на полную глубину.
В скважину опускают всасывающий трубопровод 2 насоса, состоящий из трубы с длиной, равной активной наклонной длине скважины и длине выступающей над устьем обсадной трубы, и гибкого всасывающего рукава 4, соединенного с насосом забойного водоотлива 5. Труба состоит из секций длиной 2-4 м, соединенных между собой муфтами на резьбе. Нижний отрезок всасывающего трубопровода (храпок) перфорирован и оборудован обратным клапаном. Донное отверстие трубы закрыто сеткой или перфорированной заглушкой.
В периоды производства в забое выработки взрывных работ выступающие из скважины часть обсадной трубы, всасывающий трубопровод и насос водоотлива перекрывают обаполами, досками или металлическими листами, если они расположены в зоне воздействия кусков взорванной породы.
По мере проходки выработки, демонтируют выступающие из скважины секции обсадной трубы 3 без разъединения всасывающего трубопровода забойного насоса и, следовательно, без перерывов в откачке воды. Нижнюю часть всаса 2 опускают при этом на длину демонтированной секции обсадной трубы. Соединительные муфты обсадных труб 8 остаются на гибком всасывающем рукаве 4 и снимаются с него за один прием при накоплении их в количестве 10-20 шт путем быстрого разъединения трубы и гибкого рукава. Насос забойного водоотлива 5 сдвигают или одновременно с опусканием храпка всаса или после использования длины петли гибкого рукава 4.
К бурению новой скважины приступают при использовании большей длины действующей дренажной скважины.
В целом водоотлив выполняют следующим образом. Поступающая из горных пород вода стекает в передовую наклонную дренажную скважину 1 и откачивается из нее забойным насосом 5 в водосборник перекачного, участкового или центрального шахтного водоотлива. Конструкция скважины, обсадной трубы, нижней части всасывающего трубопровода и постоянное опускание нижней части всасывающего трубопровода в обсадной трубе в пределах расстояния  между длиной скважины L и активной наклонной глубиной , равной длине всасывающего трубопровода 2 между его храповиком и устьем дренажной скважины 1, исключают попадание в забойный насос бурового шлама и штыба. Поэтому для откачки воды применяют высокопроизводительные насосы любых типов, пригодных для шахтовых условий и не загромождают при этом призабойную зону выработки.
Описанные выше конструкции дренажной трубы позволяют применить дренажные скважины диаметром 150-200 мм, что значительно облегчает и удешевляет процесс бурения.
Забойный водоотлив с забором воды из предварительно пробуренной дренажной скважины описанной выше конструкции позволяет обеспечить полное и постоянное удаление воды из забоя в процессе проходки и повысить темпы проходки выработки в 2-3 раза.