Способ разработки пластовых месторождений полезных ископаемых

 

1. СПСЮОБ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, включающий прение скважин, нагнетание через них в пласт веществ. Диспергирующих полезное ископаемое, и извлечение последнего на поверхность, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с цегхью повьшевия степени извлечения полезного ископаемого и сокращения сроков отработки пласта за счет управления горным давлением и движением флюидов и диспергированного ископаемого в пласте, бурят нагнетательную и добычную ркважины, забои которых располагают в плоскости пласта, производят сбойку концевых участков забоев этих скважин, бурят, по меньшей мере, одну дополнительную скважину, забой которой располагают в плоскости пласта между забоями нагнетательной и добычной скважин, не пересекая последние и сбойку между ними, заполняют нагнетательную добычную/ скважины и сбойку между ними инертной жидкостью при давлении, не меньшем горного давления вмещаюших пласт пород, производят закачку в дополнительную скважину диспергирующих веществ в количестве, обеспечиваюшем обработку пласта между пробуренными скважинами, затем в нагнетательную или дополнительную скважину закачивают утяжеленную жидкость с удельным весом, большим удельного веса полезного ископаемого , но меньшим удельного веса вмешаюших пород, после чего через добычную скважину извлекают смесь этой жидкости и диспергированного полезного ископаемого. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что устья скважин pac-f С « полагают по падению пласта, начиная с добычной скважины, при этом забой на (Л гнетательной скважины проходят по простиранию пласта, а забой добьганой скважины проходят в том же направлении, но под углом к линии простирания в сторону падения пласта. 3.Способ по пп. 1 и 2, о т л и - чающийся тем, что нагнетательную и добычную скважины бурят до пересечения с ранее выработанным простран00 ел ством пласта 4.Способ по п. 1, о т л и ч а ю - 00 щ и и с я тем, что устья скважин располагают по простиранию пласта, а их забои проходят по падению пласта. 5.Способ по п. 1, отличающийся тем, что утяжеленную жидкость закачивают в нагнетательную скважину через трубопровод, проходящий до конца забоя указанной скважины. 6; Способ по п. 1, отличающийся тем, что в период закачки

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1011858 др Е 21 В 43/28; Е 21 С 41/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Д * Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3348963/22-03 (22) 28. 10.81 (46) 15.04.83. Бюл. ¹ 14 (72) В..Н. Потураев, Ф. А. Абрамов и В. В. Репка (71) Институт геотехнической механики

АН Украинской CCP (53) 622. 234(088.8) (56) 1. Арнес В. Ж. Геотехнологические методы .добычи полезных ископаемых. М., "Недра", 1975, с. 264.

2. Патент США № 3498674, кл. 299-4, опублик. 1970.

3. Патент США № 3850477, кл. 299-5, опублик, 1974.

5.Способпоп. 1, отличаюшийся тем, что утяжеленную жидкость закачивают в нагнетательную скважину через трубопровод, проходящий до конца забоя указанной скважины.

6 Способ по и. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в период закачки (54) (57) 1. СПОСОБ РАЗРАБОТКИ

ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖД.ЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, вклю- . чающий бурение скважин, нагнетание через них в пласт веществ, диспергирующих полезное ископаемое, и извлечение последнего на поверхность, о т л и ч а— ю ш и и с я тем, что, с целью повышения степени извлечения полезного ископаемого и сокращения сроков отработки пласта за счет управления горным давлением и движением флюидов и диспергированного ископаемого в пласте, бурят нагнетательную и добычную-скважины, забои которых располагают в плоскости пласта, производят сбойку концевых участков забоев этих скважин, бурят, по меньшей мере, одну дополнительную скважину, забой которой располагают в плоскости пласта между забоями нагнетательной и добычной скважин, не пересекая последние и сбойку между ними, заполняют нагнетательную добычную, скважины и сбойку между ними инертной жидкостью при давлении, не меньшем горного давления вмещающих пласт пород, производят закачку в дополнительную скважину диспергируюших веществ в количестве, обеспечивающем обработку пласта между пробуренными скважинами, затем в нагнетательную или дополнительную скважину закачивают утяжеленную жидкость с удельным весом, большим удельного веса полезного ископаемого, но меньшим удельного веса вмещающих пород, после чего через добычную скважину извлекают смесь этой жидкости и диспергированного полезного ископаемого.

2. Способпоп. 1, отличаюшийся тем, что устья скважин рас-, полагают по падению пласта, начиная с добычной скважины, при этом забой нагнетательной скважины проходят по простиранию пласта, а забой добычной скважины проходят в том же направлении, но под углом к линии простирания в сторону падения пласта.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что нагнетательную и добычную скважины бурят до пересечения с ранее выработанным прострах с твом пласта.

4. Способ по п. 1, о т л и ч а ю— ш и и с я тем, что устья скважин располагают по простиранию пласта, а их забои проходят по падению пласта.

1011858 диспергирующих веществ в дополнительную скважину производят периодическую закачку инертной жидкости в нагнетательную скважину и откачку ее из добычной скважины.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при бесшахтной добыче твердых полезных ископаемых, на. пример угля, путем его диспергирования.

Известен способ добычи угля с помо- 5 щью скважинных гидромониторов $1) .

Однако способ характеризуется трудоемкостью и потерей угля в целиках.

Известен способ добычи полезных ископаемых, включающий подачу в раздробленную залежь тяжелой жидкости для выделения обогащенных полезным ископаемым частиц породы (2g .

Недостатком этого способа является необходимость предварительной подготовки залежи.

Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности и достигаемому результату является способ, включающий бурение скважин, нагнетание через них 20 в пласт веществ, диспергирующих полезное ископаемое, и извлечение последнего на поверхность 3 J.

Недостатками известного способа являются большая трудоемкость работ, низкая 5 скорость разработки месторождений из-за низкой скорости гетерогенных физико-химических реакций взаимодействия угля и диспергирующего химического реагента, бо. шие потери полезного ископаемого вследствие малой скорости разработки месторождений и интенсивного сдвижения вмещающих пород.

Uem изобретения - повышение извлечения полезного ископаемого и сокращение З сроков отработки залежи за счет управления горным давлением и движением флюи дов и диспергированного полезного иско» паемого в пласте.

Поставленная цель достигается тем,что О согласно способу, включающему бурение скважин, нагнетание через них веществ, диспергирующих полезное ископаемое, и извлечение последнего на поверхность, бурят нагнетательную и добычную скважи7. Способ по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что диспергирующие вещества нагнетают в пласт под давлением, обеспечивающим гидроразрыв или пневморазрыв пласта.

2 ны, забои которых располагают в плоскости пласта, производят сбойку концевых участков забоев этих скважин, бурят, по меньшей мере, одну дополнительную скважину, забой которой располагают в плоскости пласта между забоями нагнетательной и добычной скважин, не пересекая последние и сбойку между ними, заполняют нагнетательную, добычную скважины и сбойку между ними инертной жидкостью при давлении, не меньшем горного давления вмещающих пласт пород, производят закачку в дополнительную скважину диспергирующих веществ в количестве, обеспечивающем обработку пласта между пробуренными скважинами, затем в нагнетательную или дополнительную скважину закачивают утяжеленную жидкость с удельным весом, большим удельного веса полезного ископаемого, но меньшим удельного веса вмещающих пород, после чего через добычную скважину извлекают смесь этой жидкости и диспергированного полезного ископаемого.

Устья скважин располагают по падению пласта, начиная с добычной скважины, при этом забой нагнетательной скважины проходят по простиранию пласта„ а забой добычной скважины проходят в том же направлении, но под углом к линии простирания в сторону падения пласта.

Кроме того, нагнетательную и добычную скважины бурят до пересечения с ранее выработанным пространством пласта.

Устья скважин располагают по простиранию пласта, а их забои проходят по падению пласта.

Утяжеленную жидкость закачивают в нагнетательную скважину через трубопровод, проходящий до конца забоя указанной скважины.

Кроме того, в период закачки диспергирующих веществ в дополнительную скважину производят периодическую закачку

3 10118

88 4 плоскости пласта между входной, добычной скважинами и не пересекающую входную, добычную скважину и их сбойку, герметизируют входную и добычную скважины, заполняют входную, добычную скважины и их сбойку жидкостью и поддерживают избыточное давление жидкости, противодействующее развитию горного давления вмещающих пород и пережатию входной, добычной скважин и их сбойки.

Нагнетают в пласт твердого полезного ископаемого через дополнительные скважины вещества, диспергируюшие твердое полезное ископаемое, в количествах, обеспечивающих обработку разрабатываемого участка месторождения, расположенного между входной, добычной скважинами и их сбойкой. Нагнетание в пласт диспергируюших веществ производят в зависимости от их фазового состояния в режиме гидрорасчленения или пневморасчленения пласта, при котором в разрабатываемом участке месторождений развиваются трещины. Диспергирующие вещества, проникая в трещины, макропоры и микропоры твердого полезного ископаемого, вызывают его разрушение, причем в начальные моменты времени диспергирование происходит по границам трещин и макропор, а затем распространяются вглубь блоков твердого полезного ископаемого.

Чтобы разрушению под, действием диспергирующего вещества не подвергалась область месторождения вне разрабатываемого участка, во время нагнетания в дополнительную скважину диспергирующих веществ производят периодическое нагнетание инертной жидкости в нагнетательную скважину и ее выпуск из добычной скважины, чем достигается вынос диспергирующего вещества из нагнетательной, poáû÷íîé скважин и их сбойки и устраняется возможность распространения диспергирующего вещества за пределы разрабатываемого участка. инертной жидкости в нагнетательную скважину и откачку ее из добычной скважины.

При этом диспергируюшие вещества нагнетают в пласт под давлением, обеспечивающим гидроразрыв или пневморазрыв пласта.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого способа при расположении мест вскрытия на линии простирания (вертикальное сечение через добычную скважи- 10 ну); на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, но в процессе выемки твердого полезного ископаемого; на фиг. 4схема предлагаемого способа при расположении мест вскрытия на линии падения 15 (аксонометрическое сечение в плоскости скважин) .

Добычной участок состоит из добычной скважины 1 и входной скважины 2, вскрывающих пласт 3 твердого полезного ископаемого (место вскрытия добычной скважиной обозначено как 4) и проходящих в плоскости пласта (участок добычной скважины, проходящий в плоскости пласта обозначен как 5), сбойки 6 конце-25 вых участков входной и добычной скважин, расположенных в плоскости пласта, допол нительных скважин 7-9 для нагнетания диспергирующих веществ, проходящих в плоскости пласта между входной и добыч-50 ной скважинами и не пересекающих входную, добычную скважины и сбойку, трубопровода 10. Выработанное пространство, образованное при извлечении твердого полезного ископаемого, обозначено .

1l. Стрелками указано направление движения жидкости с удельным весом, большим удельного веса твердого ископаемого, но меньшим удельного веса вмещающих пород.

Способ осуществляют следующим образом.

Бурят добычную 1 и нагнетательную 2 скважины, вскрывающие разрабатываемый участок пласта 3 и проходящие в плос45 кости пласта. При одной реализапии способа места вскрытий располагают на линии простирания месторождения, а участки скважин, расноложенных в плоскости пласта, бурят по падению месторождения (фиг. 1-3) .

Затем производят сбойку 6 концевых участков входной и добычной скважин, расположенных в плоскости пласта. Сбойку производят огневым, электротермическим способом, бурением соединительной наклонно-горизонтальной скважины и др.

Бурят по меньшей мере, одну дополнительную скважину 7-9, проходящую в

Когда разрабатываемый участок месторождения под действием диспергируюших веществ переведен в рыхлое состояние, закачивают в нагнетательную скважину или в нагнетательную и дополнительные скважины жидкость с удельным весом, большим удельного веса твердого полезного ископаемого, но меньшим удельного веса вмещающих пород, и извлекают смесь этой жидкости и измельченного твердого полезного ископаемого через добычную скважину. Поток жидкости, проходя через нагнетательную скважину, 5 ХОХХ8 сбойку и добычную скважину, производит размыв переведенного в рыхлое состояние твердого полезного ископаемого и

его перемещение к добычной скважине.

В добычной скважине полезное ископаемое всплывает и выносится на поверхность потоком жидкости.

Так как всплывать твердое полезное ископаемое может и во входной скважине, то во избежание образования встреч- 1О ных потоков нагнетаемой жидкости и всплывающего полезного ископаемого в нагнетательной скважине, нагнетают в нее тяжелую жидкость через трубопровод, выходное отверстие которого располагают 15 у конца забоя скважины.

Поверхностями очистного забоя, на которых происходит размыв разрыхленного твердого полезного ископаемого, в этом 2О случае будут сбойка концевых участков нагнетательной и добычной скважин, расположенных в плоскости пласта, и участок добычной скважины, расположенный в плоскости пласта (фиг. 2). 25

Перемещая вверх по нагнетательной скважине выходной участок трубопровода по мере извлечения разрыхленного полезного ископаемого, производят его выемку со всего разрабатываемого участка мес- 5О торождения, расположенного между ввходной добьгчной скважиной и их сбойкой.

Нагнетание в дополнительные скважины жидкости с удельным весом, большим удельного веса твердого полезного ископаемого, но меньшим удельного веса вмещающих пород, ускоряет размыв разрыхленного полезного ископаемого и его выдачу на поверхность.

В предлагаемом способе разработки пластовых месторождений твердых полезных ископаемых отпадает необходимость в управлении кровлей добычной выработки в процессе выемки твердого полезного ископаемого.

В выработанном пространстве происходит сдвижение вмещающих пород и, так как удельный вес жидкости, заполняющей выработку, меньше удельного веса вмещающих пород, самопроизвольное обрушение кровли (позиция ll на фиг. 3). Обру50 шение кровли не препятствует процессу выемки разрыхленного полезного ископаемого путем его размыва и выноса жидкостью с удельным весом, большим, чем удельный вес твердого полезного ископае-5 мого (фиг. 3), так как очистной забой движется из глубины пласта к месту вскрытия добычной скважиной.

58 6

Во второй реализации способа места вскрытия располагают на линии падения с расположением места вскрытия нагнетательной скважиной ниже по падению, чем добычной, участок входной скважины, расположенный в плоскости пласта, бурят по простиранию месторождения, а участок добычной скважины, расноложенйый в плоскости пласта, бурят под некоторым углом к линии простирания, таким образом, что наибольшее расстояние между участками входной и добычной скважин, расположенных в плоскости пласта, измеренное по линии падения, находилось на линии, соединяющей места вскрытий. Участок добычной скважины, расположенный в плоскости пласта, располагают по ту же сторону от линии, соединяющей места вскрытий, что и участок нагнетательной скважины (фиг. 4).

Расположение участка добычной скважины, расположенного в плоскости пласта под некоторым углом ot к линии простирания (фиг. 4), облегчает транспортировку измельченного полезного ископаемого по этому участку скважины за счет действия выталкивающей силы и возможности самопроизвольного движения всплывающего полезного ископаемого от сбойки к месту вскрытия пласта.

Во второй реализации способа при дальнейшей разработке месторождения участок нагнетательной скважины, расположенный в плоскости пласта по его простиранию, и участок добычной скважины, расположеннътй в плоскости пласта под углом к линии простирания, бурят до пересечения с выработанным пространством, образованным в предыдущем цикле добычи, при этом выработанное пространство служит сбойкой нагнетательной и добычной скважин. Вторая реализация способа имеет преимущества перед первой: при дальнейшей разработке отпадает необходимость в проведении сбойки нагнетательной и добычной скважин, а также возможна сплощная выемка твердого полезного ископаемого на значительных площадях без оставления каких пибо целиков угля. Недостатком второй реализации по сравнению с первой является необходимость бурения наклонно-горизонтальных скважин.

Пример, На глубине 300 м разрабатывается пласт угля мощностью

0,3 м. Бурят входную, добычную скважины, производят сбойку их концевых участков и бурят три дополнительные скважины (фиг. 2). Длина участков входной и добычной скважин, расположенных

7 i0ii в плоскости пласта, по 100 м, длина сбойки также 100 м. Протяженность участков дополнительных скважин, расположенных в плоскости пласта, по 75 м. г

После бурения. скважин и сбойки их герметизируют, помещают во входную скважину трубопровод {фиг. 2), заполняют входную скважину, сбойку и добычную скважину жидкостью, поддерживают избыточное давление этой жидкости, на- 30 гнетают в угольный пласт через дополнительную скважину вещества, диспергирующие уголь, например водный раствор метиламина, в количествах, обеспечивающих разрыхление разрабатываемого учась-15 ка пласта, а затем нагнетают во входную скважину жидкость с удельным- весом, большим удельного веса угля, но меньшим удельного веса вмещаемых пород, например глинистую суспензию, и извлека858 8 ют смесь измельченного угля и этой жидкости из добычной скважины.

Применение предлагаемого способа позволяет полностью извлечь уголь из разрабатываемого участка.

Предлагаемый способ разработки пластовых месторождений твердых полезных ископаемых по сравнению с известными обеспечивает уменьшение обьема буровых работ в 3-5 раз и соответственно уменьшение затрат времени на подготовку и выемку разрабатываемого участка; увеличение степени извлечения твердого полезного ископаемого на 2040%; уменьшает трудоемкость работ, ускоряет темпы освоения и разработки месторождения и приводит к более полному извлечению твердого полезного ископаемого. (Риг.2

1011858

1011858

Составитель О. Гридин

Редактор Н..Киштулинец Техред О.Неце Корректор М. Коста

Заказ 2716/40 Тираж 601 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4