Способ дегазации горного массива

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в газообильных шахтах для борьбы с газом и газодинамическими явлениями. Цель - повышение эффективности дегазации за счет формирования разветвленной сети искусственных трещин в дегазируемом массиве. Из горной выработки бурят скважину и вскрывают дегазируемый пласт. Устье скважины обсаживают трубами и цементируют затрубное пространство. Обработку дегазируемого массива начинают до насыщения обрабатываемой зоны жидкостью. Когда давление нагнетания возрастет до величины, пропорциональной геостатическому давлению и коэффициенту бокового распора пород (λ<SP POS="POST">.</SP>γ<SP POS="POST">.</SP>H) начинают осуществлять гидроимпульсное воздействие на пласт. Предварительно определяют скорость распространения звука в массиве и прочность его пород на разрыв. Нагнетание жидкости в импульсном режиме ведут при скорости нарастания давления, пропорциональной квадрату скорости звука. Нижний предел нарастания давления в импульсе устанавливают по суммарной величине предела прочности пород дегазируемого массива на разрыв ( σ<SB POS="POST">р</SB>) и геостатического давления (γ<SP POS="POST">.</SP>H). В случае пересечения скважинами гидроразрыва горных пород, уступающих по прочности дегазируемым, их изолируют от жидкости. Способ увеличивает эффективность дегазации с 15-20% до 40-50%. 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51}5 Е 21 F 7 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

« »

ПРИ ГКНТ СССР

oIlNcAHHE изоБриткния ! E 1 УФ

* :If

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

t (21) 4472457/22-03 (22) 16.08.88

:(46) 1 5.03.90. Бюл. № 10 (71) Институт горного дела им. А.А.Скочинского (72) Д.И.Бухны, В.С.Забурдяев, И.В.Сергеев, Б.Е.Рудаков, Ю M.Бирюков и Ю.В.Пудовкин (53) 622.81 7.47:622.807.42(088.8) (56) Руководство по дегаэации угольных шахт. M. Недра, 1975, с. 40-47.

Авторское свидетельство СССР

¹ 883509, кл . E 21 F 7/00, 5/00, 1980.

Забурдяев В.С., Рудаков Б.Е. Технологические схемы дегазации с использованием метода гидроимпульсного воздействия на массив угля. — В сб.:

Вентиляция, борьба с газом и пылью

1 в угольных шахтах. Научные сообщ.

ИГД. М., 1 985, вып. 236, с. 38-43. (54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ГОРНОГО МАССИВА (57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в газообильных шахтах для борьбы с газом и гаэодинамическими явлениями. Цель— повышение эффективности дегаэации за счет формирования разветвленной сети искусственных трещин в дегазиИзобретение относится к горной промышленности, преимущественно угольной, и может быть использовано в газообильных и выбросоопасных шахтах для борьбы с газом и газодинамическими явлениями, а также для дега„„SU» 3 550174 А 1

2 руемом массиве. Иэ горной выработки бурят скважину и вскрывают дегазируемый пласт. Устье скважины обсаживают трубами и цементируют затрубное пространство. Обработку дегазируемого массива начинают до насыщения обрабатываемой зоны жидкостью. Когда давление нагнетания возрастет до величины, пропорциональной геостатическому давлению и коэффициенту бокового распора пород (g I| Н), начинают осуществлять гидроимпульсное воздействие на пласт. Предварительно определяют скорость распространения звука в массиве и прочность его пород на разрыв. Нагнетание жидкости в импульсном режиме ведут при скорости нарастания давления, пропорциональной квадрату скорости звука. Нижний предел нарастания давления в импульсе устанавливают по суммарной величине предела прочности пород дегазируемого массива на разрыв (G ) и геостатиP ческого давления (zt Н). В случае пересечения скважинами гидроразрыва горных пород, уступающих по прочности дегазируемым, их изолируют от жидкости. Способ увеличивает эффективность дегазации с 15 †2 до 40-50Х. 1 з.п. ф-лы. зации труднообрушаемых пород кровли, снижения напряжений в горном массиве.

Цель изобретения — повышение эффективности дегаэации за счет формирования разветвленной сети искусственных трещин в массиве.

155017

Способ дегазации горного массива о уществляют следующим образом.

Из горной выработки, пройденной в вмещающих угольный пласт породах иЛи по угольному пласту, проводят скважину с таким расчетом, чтобы вскрыть предназначеннъ и для дегазации пласт, если он расположен выше или ниже горной выработки, или распо- 0 лагают ее в плоскости дегазируемого пласта, если выработка пройдена по пласту. Эту скважину оборудуют у устЬя так, чтобы через нее можно было нагнетать в пласт рабоче жидкость, разрывая его.устье скважины обсяживают трубами, залив затрубное пространство цементным (или иным герметизирующим) раствором, либо укрепляют ассив в устьевой части скважины !

Твердеющим составом и вводят в нее ствольную часть установки, например, для взрывогидроимпульсного воздействия. Пересекаемые скважиной горные породы, уступающие по прочности дегазируемым, изолируют путем цементации затрубного пространства или упрочнения их твердеющими растворами, Обработку дегазируемого пласта вачинают с подачи в него жидкости в статическом режиме нагнетания, для

Чего можно использовать имеющиеся йасосы, обеспечивающие расход жидкости от нескольких десятков до сотен

Литров в минуту и давление нагнетания, при котором прилегающая к скважине зона обрабатываемого пласта насьпцается жидкостью. Последняя заполняет естественные трещины и поры в 40 пласте, но не разрывает его.

Импульсное воздействие осуществляют тогда, когда давление нагнетания возрастает до величины 9, $ Н (ф — коэффициент бокового распора, 45 отн. ед.; ) Н вЂ” величина геостатического давления, Па) . Этот момент фиксируется по показаниям манометра, установленного в нагнетательной ветви.

При этом импульсное воздействие осуществляют в зонах, не имеющих тектонических и разрывных напряжений.

Параметры нагнетания жидкости в импульсном режиме воздействия на массив находят с учетом предварительно установленных величин скорости звука в дегазируемом массиве и прочности его пород на разрыв, которые определяют экспериментально извест4 4 ными методами. При этом нагнетание жидкости в начальной фазе импульсного воздействия на массив ведут при скорости нарастания давления, пропорциональной квадрату скорости звука в нем. В этом случае создают новые трещины, которые в совокупности с природными формируют в массиве разветвленную сеть трещин. Нижний предел нарастания давления в импульсе устанавливают по суммарной величине предела прочности пород дегазируемого массива на разрыв и геостатического давления (Н, Формула для расчета скорости нарастания давления в импульсном режиме имеет вид

Ы =1,5.10 Р с, Па/с, Ф где о, — скорость нарастания давления; (— вязкость жидкости, кг/м с; с — скорость звука, м/с.

Нижний предел нарастания давления в импульсе определяют по формуле

P„= H+(><, Па где Є— нижний предел нарастания давления в импульсе;

1 Н вЂ” величина геостатического давления, Па;

G - предел прочности дегазируемых пор од н а р азрыв, Па.

Режим и параметры импульсного воздействия обеспечивают количеством применяемого энергоносителя импульса, в качестве которого могут быть выбранъ1 взрывчатые вещества, реализуемые в скважине, или средство, формирующее во взрывогидроимпульсной установке заданные параметры воздействия.

Обработку пласта осуществляют в один прием, если используют в качестве энергоносителя взрывчатые вещества, реализуемые в сквалжне, или в несколько приемов — при использовании взрывогидроимпульсной установки„ содержащей автоматический клапан для разделения рабочей жидкости и средства формирования импульса.

После завершения процесса формирования трещин в дегазируемом массиве в обработанной жидкостью зоне пласта проводят пластовые дегазационнь;е скважины, которые, также как и нагиетательные скважины, подключают к дегазационному трубопроводу и используют их для отсоса газа.

15501

При использовании способа для ослабления труднообрушаемых пород кровли, снижения напряжений в горном массиве и его дегаэации скважины для разрыва пласта проводят до середины слоя труднообрушаемых пород, сдерживающих процесс разгрузки и дегазации. Скважины обсаживают до почвы обрабатываемого слоя, перекрывая все менее прочные горные породы. Воздействие на породы труднообрушаемого слоя осуществляют в статическом и импульсном режимах нагнетания,аналогично случаю с угольным пластом. При этом параметры воздействия (скорость и нижний предел нарастания давления жидкости в импульсе)устанавливают с учетом данных о скорости звука в труднообрушаемом слое пород, их проч- 20 ности на разрыв и величины геостатического давления в слое. Затем проводят дегазационные скважин до почвы пород труднообрушаемого слоя. Все скважины подключают к дегазационной 25 системе.

При дегаэации надрабатываемой толщи, содержащей слои крепких песчаников или известняков, сдерживающих процесс разгрузки, нагнетательные З0 скважины проводят до середины наиболее мощного слоя, создают в нем искусственную сеть трещин, способствующих последующему разлому слоя в зоне влияния горного давления при очистной выемке угольного (или иного) пласта. Очередность операций, параметры обсадки скважин и гидровоздействия в статическом и импульсном ре жимах нагнетания устанавливают ана- 40 логично описанному выше. Дегазационные скважины проводят только до крепкого слоя обработанных пород. Все скважины используют для дегазации.

Пример, Способ дегазации осуществляли для условий угольного пласта, залегающего на глубине 800 м.

Скважины для воздействия на пласт и его дегазации проводили до начала очистных работ в плоскости пласта из подготовительной выработки. Массив у устьевой части скважины укрепили твердеющим раствором и ввели в нее ствольную часть установки для взрывогидроимпульсного воздействия.

По результатам натурных замеров были определены: коэффициент бокового распора — Я =0,5; скорость распространения звука в пласте с=2 ° 10 м/с, 74 6 предел прочности угля на растяжение—

G„=2 10 Па.

Через ствольную часть вэрывогидроимпульсной установки выполнили нагне- тание жидкости в пласт с темпом нагнетания 200-300 л/мин до тех пор, пока давление нагнетания не превзойдет величины ф (H. Величина геостатического давления QH) определялась, исходя из глубины залегания пласта (Н=800 м) и среднего объемного веса пород (IF=2,5 т/м>) и составила

7 (Н=2,5 800=2000 т/м =2 10 Па..

Таким образом нагнетание жидкости в пласт продолжали до тех пор, пока давление нагнетания не достигнет величины 0,5 "1- .=10 Па. 5

После этого производили обработку пласта в импульсном режиме. Скорость нарастания давления в импульсе определяли по формуле

4 2

„=1 5 10 Рс

Так как в качестве рабочей жидкости использовали воду, вязкость кото-з рой равна 10 кг/м с, то темп нарастания давления принимали равным

oL =1,5 10 10 (2 10 ) =6 10 Па/с, нижний предел для величины давления в импульсе устанавливали по формуле б

P => H+G =2 10 +2 ° 10 =2 2 10 Па

После выполнения обработки массива в импульсном режиме продолжали его обработку в режиме статического нагнетания, затем повторяли импульсное воздействие и т.д. до тех пор, пока не был достигнут требуемый радиус обработки. Момент достижения требуемого радиуса обработки был установлен по появлению жидкости в контрольной скважине.

Затем в обработанном массиве пробурили дегазационные скважины. Обе группы скважин подкюпочили к дегазационному трубопроводу и приступили к отсосу газа.

Формул а и з о бр е те ни я

1. Способ дегазации горного массива, включающий бурение скважин гидроразрыва, абсадку <х трубами, проведение гидрообработки массива через скважины путем нагнетания жидкости в пласт в статическом режиме, гидроим1550174

Составитель В.Львов

Редактор И.Товтин Техред М.Дидык корректор М.Максимишинец

Заказ 257 Тираж 374 Подпи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 пульсное воздействие на пласт, подключение скважин гидрораэрыва к, дегаэационному газопроводу и извлечение газа, отличающийся тем, Что, с целью повышения эффективности

Дегазации sa счет формирования разВетвленной ca TH искусственных трещин

В массиве, предварительно определяют корость распространения звука в дегазируемом массиве и прочность пород массива на разрыв, нагнетание жидкости в импульсном режиме осуществляют йри скорости нарастания давления в.жидкости, пропорциональной квадрату скорости распространения звука в массиве, при этом нижний предел нарастания давления в импульсе устанавливают по суммарной величине предела прочности пород дегазируемого массива на разрыв и геостатического давления пород.

2. Способ поп. l о тл ич аю шийся тем, что изолируют от жидкости горные породы,. пересекаемые скважиной гидроразрыва и уступающие по прочности дегазируемым.