Способ создания направленных трещин в горных породах

 

Изобретение предназначено для создания направленных трещин вокруг скважин. Способ включает бурение скважин, размещение в них вкладышей с полостями и осуществление гидроразрыва. Новым является то, что полости вкладышей формируют в виде зародышевой щели со сходящимися под острым углом берегами, а пространство между стенками скважины и вкладышами заполняют твердеющим составом с прочностью , равной или большей прочности вмещающих пород. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ir n (21) 4749599/03 (22) 05.09.89 (46) 15.02.93. Бюл. N. 6 (71) Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (72) А,А.Умрихин, А.H.Óìðèõèí, К.В.AreeB, С.Е.Кузьмин, С.М,Харкевич, А.Ю.Бурцев и Б,Ф.Захаренко (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1408067, кл. Е 21 F 5/00, 1987, Авторское свидетельство СССР

N. 1481430, кл. Е 21 F 5/00, 1988, Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разрушения породных блоков и разулрочнения горных пород при управлении кровлей или несущей способностью целиков.

Известен способ создания трещин, заключающийся в том, что в скважине размещают заряд ВВ, выполненный в виде двух конусов, соединенных основаниями, и производят встречное инициирование заряда.

По данному способу трещина может быть образована лишь в плоскости, расположенной под углом 90 к оси скважины. Кроме того, взрывная технология создания трещин небезопасна при обработке массивов горных пород, вмещающих газоносные угольные пласты, Известен также способ создания трещин, основанный на гидроразрыве массива горных пород через концентраторы напряжений в виде зародышевых щелей, образуемых в стенках скважины. Основным

„„. Ж„„1795115 А1 (54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАПРАВЛЕННЫХ ТРЕЩИН В ГОРНЫХ ПОРОДАХ (57) Изобретение предназначено для создания направленных трещин вокруг скважин.

Способ включает бурение скважин, размещение в них вкладышей с полостями и осуществление гидроразрыва, Новым является то, что полости вкладышей формируют в виде зародышевой щели со сходящимися под острым углом берегами, а пространство между стенками скважины и вкладышами заполняют твердеющим составом с прочностью, равной или большей прочности вмещающих пород, 1 з.п. ф-лы, 2 ил. недостатком известного способа является высокая трудоемкость операции по выпиливанию в стенках скважины зародышевой щели.

В качестве прототипа принят способ создания сети трещин в горном массиве, заключающийся в том, что в скважине размещают трубку со сквозными прорезями в стенках, герметизируют скважину и подают в трубку жидкость под давлением. . Недостатком известного способа является низкая эффективность создания направленных трещин. Параллельные берега прорезей и наличие зазора между трубкой и стенками скважины на позволяют создать достаточной концентрации напряжений и инициировать развитие трещины гидроразрыва в прочных породах.

Целью изобретения является повышение эффективности образования направленных трещин в горных породах за счет формирования концентраторов напряжений по фронту трещинообразования.

1795115

Поставленная цель достигается тем, что в способе создания направленных трещин в горных породах, включающем размещение в скважинах вкладышей с полостями и осуществление гидроразрыва, полости вкладышей формируют в виде зародышевых щелей со сходящимися под острым углом берегами, а пространство между стенками скважины и вкладышами заполняют твердеющим составом с прочностью равной или большей прочности вмещающих пород. В качестве твердеющего состава используют эпоксидно-песчаную смесь с объемным соотношением 1:1.

На фиг.1 приведена схема гидрорэзрыва пород кровли; на фиг.2 — положение вкладыша в скважине при гидроразрыве.

Способ осуществляют следующим образом. Для разгрузки горной выработки 1, пройденной по угольному пласту 2, необходимо в кровле 3 создать направленную трещину 4, плоскость которой наклонена под углом а к поверхности контакта угольного пласта с породами кровли и встречают указанный контакт нэ расстоянии а от верхнего угла выработки. Из выработки подуглом Р к поверхности контакта бурят скважину 5, забой которой находится на расстоянии h от угольного пласта.

Значение отдельных параметров определяют из следующих выражений

l3= агсщ

c + a + h . erg a зТй/3

1—

1 =а — /3 где с — расстояние от устья скважины до верхнего угла выработки;

I — длина участка скважины до места заложения трещины гидроразрыва.

Для создания трещины используют вкладыш 6, выполненный цельным (керамика, пластмасса) или разъемным (металл).

Внутри вкладыш имеет зародышевую щель

7 в виде полости со сходящимися под острым углом берегами в плоскости, которая наклонена под углом к оси корпуса. Полость каналом 8 соединена с напорной магистФормула изобретения

1. Способ создания направленных трещин в горных породах, включающий бурение скважин, размещение в них вкладышей с полостями и осуществление гидроразрывэ, отличающийся тем, что. с целью повышения эффективности образования направленных трещин в горных породах зэ счет формирования концентраторов напр жений по фронту трещинообразования, поралью 9. Для обеспечения перехода процесса трещинообразования из полости вкладыша во вмещающие скважину породы, пространство 10 между вкладышем и стенками скважины заполняют твердеющим материалом, обладающим способностью обеспечить их плотное и прочное сцепление . и имеющим прочностные показатели не ниже соответствующих показателей горных по10 род в месте намечаемого разрыва. Этим условиям, например. удовлетворяет твердеющая эпоксидно-песчаная смесь с объемным соотношением компонентов 1:1, В серии проведенных опытов получены сле15 дующие значения показателей: Ссж от 70 до

86 МПа и Е от 5,1 10 до 5.4 10 МПа.

Данная смесь может быть использована при гидрораэрыве практически всех горных пород, встречающихся на угольных месторождениях, Изменение обьемного соотношения в сторону увеличения содержания песка ведет к нежелательному изменению консистенции смеси, а при увеличении доли эпоксидного клея уменьшается срок твердения смеси, что создает неудобства в работе с составом.

После отвердения смеси по напорной магистрали 9 подают под давлением рабочую жидкость, под действием которой проЗ0 исходит рост концентрации напряжений у острия щели 7. При достижении напряжениями критических значений, определяемых прочностью материала, у границ щели происходит ее развитие от вкладыша через скрепляющий состав в стенки скважины и далее вглубь массива. За счет разъемного соединения или разрыва вкладыша по плоскости щели обеспечиваются совместные деформации вкладыша и окружающих по40 род, стимулирующие в начальной фазе процесса формирование в них искусственной трещины гидрорэзрыва.

После окончания процесса гидроразрыва в очередную скважину устанавливают новый вкладыш. герметизируют, подключают к напорной магистрали и повторяют цикл, лости вкладышей формируют в виде зародышевой щели со сходящимися под острым углом берегами, а пространство между стенками скважины и вкладышами заполняют твердеющим составом с прочностью равной или большей прочности вмещающих пород, 2. Способ по и 1, о тл и ч э ю щи и с я тем, что в качестве твердеющего состава используют эпоксидно-песчаную смесь с объемным соотношением 1;1.

Фиг. I

Фиг.2

Составитель А. Умрихин

Техред М.Моргентал Корректор N. Муска

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 414 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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