Способ добычи угля из крутых и крутонаклонных пластов

 

1. СПОСОБ ДОБЫЧИУГЛЯ ИЗ КРУТЫХ И КРУТОНАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ, включающий проведение подготовительной выработки ниже уровня пласта, бурение из нее в пласт нагнетательных и добычных скважин, нагнетание через них воды в пласт с многократным изменением давления по пилообразному режиму и извлечение .полезного ископаемо ;о в виде пульпы через добычные скважины, отличают и йс я тем, что, с целью повышения эффективности скважинной гидродобычи путем снижения энергетических затрат ,.- на разрушение угля, перед нагнетани ем воды в пласт нагнетают жидкость , с коэффициентом сжимаемости, равным . .Ю - 10 МПа, и плотностью, -меньшей плотности воды, с многократным изменением давления по пилообразному режиму до образования вы аботанГного пространства высотой, равной , 1,5 мощности пласта, после чего воду. нагнетакгг до образования выработанного пространства высотой, равной первичному шагу обрушения кровли, затем .производят под постоянным давлением нагнетание воды в нагнетательные скважины, а выпуск образовавшейся ; пульпы через добычные скважины осуществляют в импульсном режиме с длиСП тельностью импульса, равной периоду основного тона собственных колебаний . системы: пласт - вмегцанхцие породы, с поддержанием давления воды в отработан ном пространстве не ниже гидроста-S тического.. 2. Способ по П.1, отлич ающ и и с я тем, что перёд подачей воды нагнетают нефть. и01 4

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 (21) 3432536/22-03 (22) 29.04. 82 (46) 07. 09. 83. - Бюл. В 33 (72) A.Ô.Ïàïûðèí и К.К.Софийский (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Института геотвхнической механики AH 8|= o CCP (53) 622.234.5(088.8) (56) 1. Патент США 9 3695711, кл. 299-2, 1972.

2 ° Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3421681, кл. E 21 С 45/00, 1982 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ДОБЫЧИ УГЛЯ ИЗ

КРУТЫХ И КРУТОНАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ, включающйй проведение подготовительной выработки ниже уровня .пласта, бурение из нее в пласт нагнетательных и добычных скважин, нагнетание через них воды в пласт с многократным изменением давления по пилообразному режиму и извлечение .полезного ископаемого в виде пульпы через добычные скважины, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности скважинной гидродобычи

; SU„„1040154

|.3(Я) Е 21 С 41/06 Е 21 С 45/00.- путем снижения энергетических затрат .. на разрушение угля, перед нагнетани:ем воды в пласт нагнетают жидкость .,- c коэффициентом сжимаемости, равным ., = 10 — 10 Mtla=>, и плотностью, -,меньшей. плотности воды, с многократ:-.:ным изменением давления по пилообраз:.:.ному режиму до образования выработан;,.ного пространства высотой, равной 1,5 мощности пласта, после чего воду

:. нагнетают до образования выработанного пространства высотой, равной пер:-вичному шагу обрушения кровли, затем

;производят под постоянным давлением нагнетание воды в нагнетательные

:.:.скважины, а выпуск образовавшейся пульпы через добычные скважины осу- Е .ществляют в импульсном режиме с дли, тельностью импульса, равной периоду основного тона собственных колебаний - "системы: пласт - вмещающие породы, с 1, поддержанием давления воды в отработанномм пространстве не ниже гидро ст а . тического..

leal

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что перед подачей во- (, ) ды нагнетают нефть. вам

1040154

Изобретение относится к горной промышленности л может быть использовано для добычи угля из крутых и крутонаклонных пластов способами скважи нной гидродобычи.

Известен способ скважинной добычи угля, включающий вскрытие пласта нагнетательными и добычными скважинами, нагнетание черед них воды в пласт с многократным изменением давления по пилообразному режиму и извлечение полезного ископаемого в виде пульпы через добычные скважины 1 j.

Недостатком известного способа являются значительные энергетические 15 затраты на разрушение полезного ис- копаемого и подъем пульпы на поверхность

Известен способ скважинной добычи угля из крутых и крутонаклонных 20 пластов, включающий проведение подготовительной выработки ниже, уровня пласта, бурение из нее в пласт нагнетательных и добычных скважин, нагнетание через них воды в пласт с 25 многократным изменением давления по пилообразному режиму и извлечение полезного ископаемого в виде пульпы через добычные скважины (2 ).

Недостатком известного способа являются значительные энергетнческие затраты на разрушение полезного ископаемого.

Цель изобретения — повышение эф- .35 фективности скважинной гидродобычи путем снижения энергетических затрат на разрушение угля.

Поставленная цель достигается. тем, что проводят подготовительную выра- 40 ботку ниже уровня пласта, бурят из нее в пласт нагнетательные и добычные ск в ажины, н агн ет ают жидкость с к оэ ф фициентом сжимаемости, равным 10

10 > МПа-, и плотностью, меньше плотности водя, с многократным изменением давления по пилообразному режиму до образования выработанного пространства высотой, равной 1,5 мощности пласта, после чего воду нагнетают до образования выработанного пространства высотой, равной первичнсму шагу обрушения кровли, затем производят под постоянным давлением нагнетание воды в нагнетательные скважины, а выпуск образовавшейся пульпы через добычные скважины осуществляют в импульсном режиме с длительностью импульса, равной периоду основного тона собственных колебаний си стемы: пласт — вмещающие породы, с 60 поддержаниЬм давления воды в отработанном пространстве не ниже гидроста- . тического.

Кроме того, перед подачей воды нагнетают нефть. 65

На фиг.1 показано взаимное расположение пласта, скважин и выработки, на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.

Способ осуществляют следующим образ ом.

Под крутым угольным пластом 1 проводят полевую выработку 2 на расстоянии 10-20 м от пласта в зависимости от фильтрационных, упругих и прочностных свойств вмещающих пород. Из полевой выработки к угольному пласту бурится нагнетательная скважина 3 и система добычных скважин 4. Скважины обсаживаются стальными трубами и герметизируются на всю длину до угольного пласта. Расстояние между скважинами выбирают равными 5-1g м. Расстояние между скважинами ограничено производительностью,системы добычных скважин, которая позволяет осуществлять сброс давления воды в вырабо танном пространстве на данной глубине в течение времени 0,002-0,1 с. В указанном временном диапазоне лежат периоды собственных колебаний систе.Я мы: угольный пласт — вмещающие породы для угольных пластов мощностью

0,2-1, 5 м. Нагнетают в нагнетатель ную 3 и добычные 4 скважины рабочую жидкость, в качестве которой используют жидкость с коэффициентом сжима-. емости 10 "-10 MIIa- что выше коэффициента сжимаемости угля, равного в среднем 10 э NIIa,и. плотностью жидкости, меньшей плотности воды, напри мер нефть, повышая давление до величины 2уН, где g — удельный вес, Н— глубина разработ ки, и поддерживают это давление в течение врвмени, достаточном для проникновения жидкости вглубь угольного пласта на толщину отторгаемого слоя угля. При гН=

=250 .кг/см 2 напряжение на кромке забоя скважины равно 2уН=500 кг/см а время поддержания давления, равного 500 кг/см 2, определяется из закона Дарси

К

Ч где Чф - скорость фильтрации; К коэффициент проницаемости для угля, )и- — вязкость рабочей жидкости; 1р градиенr давления.

Для конкретных значений. K = --8 «

«10 "2 сц2; вязкости для нефти

=4 10-"2г/см.с и градиента давления, равном 500 МПа. см, скорость фильтрации ЧФ =0,01 см/c, т. е. через 100 с давление рабочей жидкости 50 МПа будет на глубине в 1 см. После этого производят сброс давления жидкости до нуля через все скважины в течение времени, не превышающем 0,1 с, что обеспечивает выполнение критерия разрушения m (p> - p.„) ) 4 Р Где эффективная пористость угля, P >давление нагнетания, P < — давление, 1040154 до которого производится сброс давления, в данном случае Р„=О; предел прочности угля на отрыв и послойный отрыв угля.

Указанный процесс повторяют до образования общей полости высотой

L = bctq 4,, где I - высота выработанного пространства; 5 — мощность пласт а; о — угол падения пласта ..

Для крутонаклонных и крутых угольных пластов о > 36, à ctgoC с 1,5.

При такой высоте полости граница забоя находится в контакте с рабочей жидкостью, обуславливающей послойный отрыв.

После этого производят нагнетание 15 по нагнетательной скважине и сброс давления через добычные скважины по описанному режиму роды, что позволяет.при одном и том же расходе выпускаемой жидкости при сбросе давления увеличить объем выработанного прост-, ранства. Таким образом, послойное разрушение угля осуществляется нефтью, а технологический режим обусловлен изменением давления воды.

Нагнетание воды по описанному режиму осуществляют до тех пор, пока высота выработанного пространства не станет равной первичному шагу обрушения кровли. При,этом меняют режим повышения и сброса давления воды в полости отработанного пространства.Через нагнетательную скважину производят постоянную закачку волы, а через добычные скважины выпуск ее с разрушенным углем в импульсном режиме с длительностью импульса, равной основному тону собственных колебаний системыг угольный пласт — вмещающие породы. В этом случае в жид- кости генерируются упругие волны, 40 максимум спектра которых проходится на частоту, период которой равен длительности возмущающего импульса, что Позволяет, используя резонанс, повысить эффективность разрушения. 45

При возбуждении колебаний в жидком слое на поверхности вмещающих пород образуются волны Рз л ея, которые, рас-. пространяясь по поверхности вмещающих пород, достигают границы забоя и при выполнении критерия разрушения бо, где Š— относительная деформация угля в пласте,,а Fц — критическое значение деформации, при которой происходит разрушение, вызывают разрушение угля, который под действием силы тяжести огускается к системе добычных скважин и выпускается вместе с водой при очередном сбросе давления.

1lo достижении очистным пространством высоты, большей Э вЂ” длины волны основного тона собственных колебаний систежг: угольный пласт — вмещающие породы, проявляются эффекты, связанные со сближением вмещающих пород, которые по мере подвигания границы разрушения со временем становятся основными. Процеcc.разрушения угля сТановится самоподдерживающимся. Однако по мере разрушения угля при закрытых выпускных клапанах и коэффициенте разрыхления, превышающем единицу, давление в выработке возрастает за счет заполнения выработанного пространства разрушенным углем, что приводит к остановке разрушения. После этого требуется освобождение очистного пространства от разрушенного угля подачей воды под гидростатическим давлением в нагнетательную скважину и выпуск суспензии,через добычные скважины при этом же давлении Р>.

Поддержание гидростатического давления н а данной глуби не в очист ном пространстве позволяет поддерживать кровлю до конца процесса выемки угля.

Предлагаемый спбсоб поз воляет повысить эффективность скважинной добычи угля путем снижения энергетических затрат на разрушение на 10-15%.

ВНИИПИ Заказ 6850/36

Тираж 603 Подписное

Филиал Itllh "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4