Способ повышения проницаемости горных пород на месте залегания и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для добычи полезных ископаемых через скважины. Цель изобретения - увеличение проницаемости скальных горных пород при одновременном снижении энергозатрат за счет обеспечения дилатантной деформации и разуплотнения массива в режиме неравномерного нагружения в макрообьемах. Установка представляет собой комплекс, состоящий из экскаватора, волнового излучателя (ВИ) и гидромолота (ГМ) При этом ВИ представляет собой два конических корпуса - отражатель волн и концентратор волн, которые соединены фланцами. К нижней части ВИ крепится подвижная опора, которая патрубком соединена с напорной магистралью агрегата высокого давления воды. Заполняют скважину водой Последняя поднимается, воздействует на волновод, который поднимает боек ГМ. Под действием давления жидкости боек устремляется вниз и наносит удар по торцу ВИ. Прижатый к столбу воды, ГМ создает ударную волну сжатия. Последняя , достигая конической поверхности отражателя волн, отражается вдоль оси скважины и проходит через концентратор волн ВИ в жидкостный волновод, который образуется заполнением скважины жидкостью . Боек ГМ с заданной частотой генерирует серию волн. Это вызывает смещение в направлении забоя столба воды. Перед воздействием ударными волнами на столб жидкости воздействуют статическим давлением , превышающим поровое давление в разуплотняемых породах не менее чем в 1,5 раза. Амплитуду в ударной волне выбирают равной или больше напряжения сжатия-растяжения . Длительность волны устанавливают соизмеримой с мощностью пласта, но не меньше заданной длины трещин. Поперечное сечение жидкостного волновода изменяют в направлении к забою в соответствии с расчетной зависимостью. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. Ё XJ О 00 ю ON

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 43/28 43/25

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

2 е (21) 4675168/03 (22) 01.02.89 (46) 30,12.91. Бюл. ¹ 48 (71) Криворожский горнорудный институт (72) А. И. Бажал, А. И. Зюган, А. Д. Маслов, Н. И. Цывинда, А. В. Сухоруких и И. К. Седлер (53) 622.276:622.234.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1030540, кл. Е 21 В 43/28, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1240112, кл. Е 21 В 43/28, 1983. (54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД НА МЕСТЕ ЗАЛЕГАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горному делу и м.б, использовано для добычи полезных ископаемых через скважины. Цель изобретения — увеличение проницаемости скальных горных пород при одновременном снижении энергозатрат за счет обеспечения дилатантной деформации и разуплотнения массива в режиме неравномерного нагружения в макрообьемах. Установка представляет собой комплекс, состоящий из экскаватора, волнового излучателя (ВИ) и гидромолота (ГМ), При этом ВИ представляет собой два конических корпуса — отражатель волн и концентратор волн, которые

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для добычи полезных ископаемых через скважины, в том числе металлов, марганца, серы, соли, угля, нефти.

Цель изобретения — увеличение проницаемости скальных горных пород при одно Ы 1701896 À1 соединены фланцами. К нижней части ВИ крепится подвижная опора, которая патрубком соединена с напорной магистралью аг.регата высокого давления воды. Заполняют скважину водой. Последняя поднимается, воздействует на волновод, который поднимает боек ГМ. Под действием давления жидкости боек устремляется вниз и наносит удар по торцу ВИ. Прижатый к столбу воды, ГМ создает ударную волну сжатия. Последняя, достигая конической поверхности отражателя волн, отражается вдоль оси скважины и проходит через концентратор волн ВИ в жидкостный волновод, который образуется заполнением скважины жидкостью. Боек ГМ с заданной частотой генерирует серию волн. Это вызывает смещение в направлении забоя столба воды. Перед воздействием ударными волнами на столб жидкости воздействуют статическим давлением, превышающим поровое давление в ра®уплотняемых породах не менее чем в 1,5 раза. Амплитуду в ударной волне выбирают равной или больше напряжения сжатия-растяжения. Длительность волны устанавливают соизмеримой с мощностью пласта, но не меньше заданной длины трещин. Поперечное сечение жидкостного волновода изменяют в направлении к забою в соответствии с расчетной зависимостью. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. временном снижении энергозатрат путем обеспечения дилатантной деформации и разуплотнения массива в режиме неравномерного нагружения в макрообьемах.

На фиг. 1 представлена общая компоновочная схема установки по предлагаемому способу; на фиг, 2 — излучатель волн.

1701896

° Установка представляет собой компг екс, состоящий из экскаватора 1, волнового излучателя 2, гидромолота 3 и цементировочного агрегата ЦА-320МЕ4, На рукояти экскаватора вместо снятого ковша 5 устанавливается генератор волн, состоящий из гидромолота 3, подключенного к гидравлической системе экскаватора и соединенного в нижней части посредством фланцев с излучателем 2, 10

Излучатель волн представляет собой два конических корпуса, один иэ которых-отражатель 4 волн — рассчитывается из условия акустического согласования волноводов, а другой — концентратор 5 волн — 15 строится из условия уменьшения сечения по экспоненте. Корпусы соединены фланцами. К нижней части излучателя крепится подвижная опора 6, Верхняя часть споры представляет со- 20 бой сферу, необходимую для обеспечения соосности при монтаже установки на скважину, K патрубку подвижной опоры крепится присоединительный патрубок 7, соединенный с напорной магистралью 8 аг- 25 регата высокого давления воды. После подключения к присоединительному патрубку напорной магистрали высокого давления воды через обратный клапан подают воду под давлением 3 . 10 кН/м, в количестве, 30

2 2 обеспечивающем заполнение скважины до перелива.

После заполнения скважины и излучателя вода поднимается и воздействует на волновод, который поднимает боек 9 гидро- 35 молота до сопряжения с клапаном 10. После этого боек 9 под действием давления жидкости, которое поддерживается гaçoâûì аккумулятором через клапан 10, устремляется вниз и наносит удар по торцу излучателя, 40

Затем клапан снова набегает на головку бойка, и далее цикл повторяется.

Гидромолот 3, будучи прлжатым к столбу воды, создает ударную волну сжатия, которая, достигая конической поверхности 45 корпуса отражателя 4 волн, отражается вдоль оси скважины и, проходя через концентратор 5 волн, излучается в жидкостный волновод, который образуется заполнением скважины жидкостью. 50

При работе установки волновод постоянно прижат к столбу воды, а боек 9 с заданной частотой генерирует серию волн, что вызывает смещение в направлении забоя 55 столба воды, сообщая ему заданное количество движения, Процесс разуплотнения по предлагаемому способу осуществляется следующим образом, До нагружения раэуплотняемого массива волнами сжатия пористое пространство горной породы насыщается жидкостью.

Для этого в скважину нагнетается жидкость под давлением, превышающим поровое не менее чем в 1,5 раза, в расчете на то, чтобы компенсировать горное давление, вытесняющее жидкость из пор в направлении к скважине, а также сопротивление направленному движению жидкости в порах и в конечном счете, обеспечить перемещение жидкости по порам и трещинам от скважины в массив.

После того, как в скважине устанавливается оговоренное статическое давление, по столбу жидкости, сжатому этим статическим давлением, подаются с поверхности волны сжатия с амплитудой давления, больше или равной напряжению сжатия — растяжения в плоскости пласта., обеспечивающего дилатантную деформацию и разуплотнение массива в режиме неравномерного нагружения

B макрообъемах, обусловленного разностью горных давлений на нижних и верхних-поверхностях участка массива, охваченного волной, и неравномерности в макрообъемах, обусловленной разностью паровых давлений из-за неодинакового размера пор и структурно-акустической неоднородности массива, Длину волны выбирают близкой к мощности пласта, но не больше этой мощности, с целью снижения потерь энергии волны на рассеяние за пределами пласта, При малых мощностях пласта длину волны ограничивают по минимальной величине — она должна быть не меньше длин трещин, образовавшихся в масслве, так как через такие трещины волна малой амплитуды не будет распространяться. Длину волны задают в генераторе, Процесс разуплотнения массива происходит путем дилатантной деформации — деформации сдвигом по граням кристаллов или блокам кристаллов. В результате такой сдвиговой деформации массив покрывается равномерной сеткой трещин, а существующие трещины и поры увеличиваются в размере, Объем разуплотненной части массива при этом увеличивается на 1 — 27; за счет упругого сжатия близлежащего массива.

Необходимым условием дилатантного разуплотнения является наличие неравномерного нагружения участка массива, охваченного волной в каждый момент времени, в частности, наличие растягивающих напряжений, обусловленных этой неравномерностью в микро-и макрообъемах разуплотняемого массива, 1701898

Процесс дилатантного разуплотнения происходит при величинах напряжения, на порядок более низких, чем процесс традиционного дробления раздавливанием, В частности, при наличии растягиваюших напряжений величиной до 5 МПа в граните для дилатантного сдвига кристаллов по граням достаточно напряжения сжатия в пределах 1 — 5 МПа, приложенного в плоскости, перпендикулярной направлению растягивающего напряжения, Процесс разуплотнения контролируют с поверхности по приемистости скважин— поглощению жидкости при нагнетании ее в скважину. Если в начале приемистость обычно составляет 0 — 5 м !ч при давлении з нагнетания 3 — 5 МПа для монолитных пород, то в процессе воздействия волнами на массив она постепенно увеличивается и достигает 7 — 8 м !ч и более в зависимости от з технологических требований. Необходимое для этого время составляет несколько часов, Количество движения участка жидкостного волновода в скважине, охваченного волной в зоне рудного тела, поворачивается вдоль разуплотняемого пласта путем акустического согласования жидкостного волновода с массивом. Для этого используют конические согласователи из металла или осуществляют специальную разделку скважины, обеспечивающие акустическое согласование волноводов и поворот количества движения волны в направлении разуплотняемого пласта.

Формула vçoáðåòåíèÿ

1, Способ повышения проницаемости горных пород на месте залегания, включающий вскрытие пласта полезного ископаемого скважиной, подачу в скважину жидкости и воздействие ударными волнами с передачей их по жидкостному волноводу в скважине с последующим поворотом волны от отражателя в пласт, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью увеличения проницаемости скальных горных пород при одновременном снижении энергозатрат путем обеспечения дилатантной деформации и разуплотнения массива в режиме неравномеоного нагружения в макрообъемах, перед воздействием ударными волнами на столб жидкости в скважине воздействуют статическим давлением, превышающим поровое давление в разуплотняемых горных породах не менее чем в 1,5 раза, а амплитуду в ударной волне выбирают равной или большей напряжения сжатия-растяжения для протекания дилатантной деформации в пласте, при этом длину волны устанавливают соизмеримой с

FUî а„* Го+ < a> F

Роо аоо мощностью пласта, но не меньше заданной длины трещин, образующихся в массиве

L «1=-Т а «Л( где 1.. — мощность пласта полезного ископа5 емого; л. — длина волны; а — скорость волны;

Т вЂ” длительность волны;

Л; — поирост длины трещины, образо10 ванной за одно прохождение волны;

n — количество прохождений волны для обеспечения расчетной длины трещины, .причем поперечное сечение жидкостного волновода в направлении к забою в зоне

15 излучения волн изменяют в соответствии .. зависимостью

-й. й* Ь ю и

®о

pRp а, ф;о где р „, а„, — начальные (при подходе к забою скважины) соответственно плотность жидкости и скорос i ь волны в жидкости; рж, а, F> — соответственно плотность жидкости, сксрость волны в жидкости и текущее значение сечения жидкостного волновода на длине волны;

®, а, Гч — соответственно плотность массива, скорость волны в нем, поперечное сечение,часткг массива, охваченного волной в каждом сечении на длине волны от забоя скважины.

2. Устройство для повышения проницаемости горных пород на месте залегания, включающее акустический отражатель конической формы с острием в верхней части, соединенный с генератором силовых волн с концентратором волн и отражателем волн на его конце, сообщенным с жидким волноводом, отличающееся тем,что,сцелью увеличения проницаемости горных пород при одновременном с".èæåíèè энергозатрат путем обеспечения дилатантной деформации и разуплотнения массива в режиме неравномерного нагружения в макрообьемах, концентоатор волн и отражатель волн выполнены в виде усеченных конусов, герметично соединенных между собой своими большими основаниями, и снабжены гидромолотом, пропущенным через меньшее

50 основание концентратора волн с возможно стью coo возвратно-поступательного движения с клапаном и бойком и патрубком высокого давления воды, при этом сечение отражателя волн выполнено с уменьшающимся по экспоненте сечением, волновод-излучатель вь|полнен с сечением, уменьшающимся по зависимости

1701896

/Pub ?

Составитель Н.Руденко

Редактор И.Касарда Техред M.Moðãåíòàë Корректор О.Ципле

Заказ 4520 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 где puo, au, — соответственно плотность материала иалучателя, скорость волны в материале излучателя в нулевом сечении; ри, аи, Fu — соответственно те же параметры излучателя в текущих сечениях излучателя; р, а, F — соответственно плотность жидкости волновода, скорость волны в жидком волноводе и приведенное сечение жидкостного волновода по длине излучателя, 5 а акустический отражатель имеет высоту не меньше длины волны.