Способ гидроразрыва горных пород

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ведении подземных горных, работ для разуплотнения горного массива, например приуправлениитруднообрушающейсякровлей. Цель -снижение трудоемкости направленного гидроразрыва горных пород. Скважину гидроразрыва пробуривают в зоне повышенных растягивающих напряжений пород кровли, которые способствуют направленному распространению трещин гидроразрыва, Для инициирования трещин расслоения в кровле, участок, где бурится скважина гидроразрыва, подрабатывают, например, путем сооружения щелей в бортах выработки. Щели расслоения используются как зародышевые при гидроразрыве. Они обеспечивают направленное распространение трещины гидроразрыва на большое расстояние. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 F 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4807328/03 (22) 28.03.90 (46) 15.03,92. Бюл. М 10 (71) Красноярский горный отдел Института горного дела СО АН СССР (72) Д.В,Рашевский, Н.И.Шадрин, Г.А,Павл юшин и В.И. Ш теле (53) 622.8.831(088.8) (56) Руководство по дегаэации угольных . шахт. M.: Недра, 1975.

Авторское свидетельство СССР

N- 825962, кл. Е 21 С 41/04, 1979. (54) СПОСОБ ГИДРОРАЗРЪ|ВА ГОРНЫХ

ПОРОД (57) Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ведении подземных горных. работ для

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разупрочнения толщ горных пород, в основном при ведении подземных горных работ.

Известен способ, включающий. бурение в кровлю иэ выработки шпура или скважины, установку в шпуре герметизатора и нагйетание в горный массив жидкости под давлением, Недостатком способа является высокая трудоемкость задания направления трещйне гидроразрыва путем нарезки в стенках щели пионерной щели.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, включающий бурение скважины в кровлю из выработки шпура:или скважины, установку герметизатора и нагнетание в горный массив жидкости. под давлением.,, ЯХ„„1719660 А1 разуплотнения горного массива, например при управлениитруднообрушающейсякровлей. Цель — снижение трудоемкости направленного гидрораэрыва горных пород.

Скважину гидроразрыва пробуривают в зоне повышенных растягивающих напряжений пород кровли, которые способствуют направленному распрострачению трещин гидроразрыва, Для инициирования трещин расслоения в кровле. участок, где бурится скважина гидрораэры ва, подрабатывают. например, путем сооружения щелей в бортах выработки. Щели расслоения используются как зародышевые при гидроразрыве.

Они обеспечивают направленное распространение трещины гидроразрыва на большое расстояние. 3 з,п. ф-лы, 4 ил. к О нВ этом способе также предусматривается предварительная нарезка кольцевой щели в скважине, Эта операция является д трудоемкой, требует много времени и использование оборудования, которое серийно не. выпускается.

Цель изобретения — снижение трудоемкости направленного гидроразрыва горных О пород. (:

С этой целью, согласно известному О способу, еке ючею щему бурение е кроепю ие выработки скважинь1, установку в ней герметизатора и нагнетание в горные породы

° ееиею жидкости под давлением, определяют положение зоны максимума растягивающих напряжений в кровле выработки, бурят скважину- перпендикулярно слоям горных пород:кровли до плоскости контакта смещенных слоев горных пород, формируют дополнительныте трещины расслоения кровли

1719660

55 путем увеличения площади ее подработки, а нагнетание жидкости осуществляют после начала расслоения пород кровли.

Кроме того, зону максимума растягивающих напряжений определяют по величине прогиба кровли выработки, а скважину размещают по оси симметрии поперечного разреза прогиба кровли выработки.

Кроме того, контроль формирования трещин расслоения осуществляют через скважину.

Кроме того, площадь подработки кровли увеличивают с помощью нарезки щелей в бортах выработки.

На фиг.1 показана толща горных пород в районе предполагаемого гидрораэрыва, разрез; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — то же, что на фиг.1 (при. наличии слоев горных пород в кровле); на фиг,4— расположение герметизатора в шпуре.

Способ осуществляют следующим. образом.

При разработке, например, угольного пласта 1 проходят выработку 2. Над выработкой 2 в кровле 3 формируется зона растягивающих напряжений 4 (показана эпюра напряжений). При горизонтальном залегании пласта I максимум этой зоны совпадаетс вертикальной осью площади сечения выработки 2, Из выработки 2 бурят шпур или скважину 5, которую располагают в зоне максимума растягивающих напряжений. Затем в скважину 5 вводят до упора герметизатор 6 и производят нагнетание воды. При этом, учитывая действие растягивающих напряжений, способствующих формированию трещины перпендикулярно оси скважины 5 и то, что нагнетание воды осуществляется в дискообразный зазор 7, образованный между забоем скважины 5 герметиэатором 6, трещина гидроразрыва распространяется параллельно пласту

1. В сложных горно-геологических ситуациях положение максимума зоны 4 растягивающих напряжений мощно определять с помощью инструментальных методов и . расчетных методов.

В условиях разработки. осадочных месторождений и при незначительной тектонической нарушенности можно утверждать, что положение максимума растягивающих напряжений совпадает с вертикальной осью 8 симметрии прогиба 9 кровли 3. Исходя из этого, место заложенйя и направление скважины 5 можно определить после замеров величин прогиба 9 кровли 3 поперек выработки 2.

Для увеличения растягивающих напряжений в кровле 3 и формирования за счет этого трещин 10 расглоения, которые появ5

50 ляются в основном на контакте слоев горных пород, увеличивают площадь подработки кровли. 3, например, путем нарезки в бортах выработки 2 щелей 12 или путем выбуривания угля или расширяя выработку 2, При формировании локальной зоны подработки путем нарезки щелей 12 в скважине устанавливают датчики по контролю расстояния пород кровли 3, а после регистрации начала расслоения датчики удаляют, оснащают скажину 5 герметизатором 6 и с помощью нагнетаемой жидкости иницируют развитие щели 10 на большой площади.

При этом целесообразно забой скважины 5 размещать на контакте слоев горных пород кровли, где высока вероятность появления щели 10 расслоения..

Затем в выработке 2 монтируется механизированный комплекс (не показан) и начинается обработка выемочного столба.

Наличие трещины гидрораэрыва в кровле исключает ее зависание, что снижает динамические нагрузки на очистную крепь, Бурение скважины гидроразрыва в зону максимальных растягивающих напряжений обеспечивает ее пересечение с трещиной

10, что способствует направленному развитию трещины гидроразрыва, Учитывая, что трещина 10 всегда формируется на контакте слоев кровли, то бурение скважины гид- . рораэрыва осуществляется с их пересечением, что обеспечивает подсечку зародышевых трещин 10. Нагнетание воды и массив после формирования зародышевых трещин расслоения кровли обеспечивает снижение необходимого давления воды, так как разрыв осуществляется по наиболее слабому контакту слоев в кровли, обеспечивается высокая точность формирования .трещины гидроразрыва, так как зародышевые трещины расслоения имеют заостренные края.

Предлагаемый способ может быть использован при управлении труднообрушающейся кровлей и для других технологических целей.

Для реализации способа могут быть использованы герметизаторы марки "Таурус", высоконапорвая установка УНР-0,2, обеспечивающей давление 30 МПа.

Формула изобретения

1. Способ гидрораэрыва горных пород, включающий бурение из выработки в кровлю скважины, установку в ней герметизатора и нагнетание в скважину рабочей жидкости под давлением, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения трудоемкости направленного гидроразрыва горных

1719660 пород, определяют положение зоны максимума растягивающих напряжений.в кровле вы работки, бурят скважину перпендикулярно к слоям горных пород кровли до плоскости контакта смежных слоев горных пород, формируют дополнительные трещины расслоения кровли путем увеличения площади ее подработки, а нагнетание жидкости осуществляют после начала расслоения пород кровли.

2. Способ поп.1,отл ичающийся тем, что зояу максимума растягивающих напряжений определяют по величина прогиба кровли выработки, а скважину размещают по оси симметрии поперечного разреза прогиба кровли выработки, 5 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль формирования трещин расслоения осуществляют через скважину.

4. Способ поп1,отлича ющийся

10 тем, что площадь подработки кровли увели- чивают с помощью нарезки щелей в бортах выработки.

1719660

Составитель

Техред М. Моргентал

Корректор Т, Малец

Редактор А, Долинич

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 301

Заказ 752 Тираж Подписное ., ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCP

133035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5