Способ разупрочнения горных пород и углей

 

Изобретение относится к способам разупрочнения горных пород и углей и может быть использовано в горном деле. Сущность предлагаемого способа разупрочнения горных пород или углей заключается в комплексном и последовательном нагнетании в массив через скважины газообразных и жидких агентов. Применение газообразных агентов, обладающих большей проникающей способностью в микропоры горных пород и углей позволяет облегчить доступ макромолекул жидких ПАВ на большую глубину обрабатываемого массива и тем самым повысить эффективность его разупрочнения. 3 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к способам разупрочнения горных пород и углей и может быть использовано в горном деле.

Известен способ уменьшения сопротивляемости горных пород взрыву и увеличения скорости бурения шпуров путем обработки этих пород ПАВ через скважину [1] Недостатком этого способа является небольшая глубина проникновения растворов ПАВ, макромолекулы которых не могут проникнуть в микропоры массива и снизить величину поверхностной энергии в большем объеме. Особенно это проявляется на угле, где микропористость в несколько раз превышает объем трещин и макропор, в которые проникает раствор ПАВ свободно.

Известен также способ разупрочнения угольного пласта путем подачи в него углекислого газа [2] Этот способ позволяет более эффективно воздействовать на поверхность макропор угля благодаря тому, что способность молекул углекислого газа проникать в глубину угольного массива в 30 40 раз выше, чем молекул жидкости. Однако углекислый газ проявляет свои поверхностно-активные свойства только в поле поверхностных сил микропор, не воздействуя на поверхность макропор, это ограничивает эффект разупрочнения.

Целью изобретения является повышение эффективности разупрочнения массива горных пород или угля в результате комплексного и последовательного воздействия газообразных и жидких агентов.

Для достижения указанной цели, в известном способе разупрочнения массива горных пород и угля, включающем нагнетание в массив через скважины адсорбирующегося газообразного агента, совместно нагнетаются растворы высокомолекулярных поверхностно-активных веществ.

Растворы высокомолекулярных поверхностно-активных веществ могут нагнетаться совместно с электролитами. Подача растворов электролитов и высокомолекулярных ПАВ может осуществляться после обработки массива газообразным реагентом.

Соотношение и состав ПАВ может выбираться пропорционально содержанию природных компонентов в массиве, адсорбирующих соответствующие группы поверхностно-активных веществ.

Способ реализуется следующим образом. В массив горных пород или угля бурятся скважины. Устье скважин оборудуются герметизаторами, и в них подается газообразный реагент, например углекислый газ из баллонов. Проникая в трещины, поры и микропоры, углекислый газ адсорбируется на поверхности пор и трещин благодаря своей высокой проницаемости в радиусе нескольких метров от скважины. В результате взаимодействия на границе "газ-твердое тело" понижается величина свободной поверхностной энергии, так называемый "Эффект Ребиндера", что приводит к расширению микропор и их соединению между собой, то есть увеличению макропористости и проницаемости пласта. Проведенные опыты показали, что величина влагоемкости угля после обработки углекислым газом увеличивается в 2 раза.

При последующей подаче через скважины растворов высокомолекулярных поверхностно-активных веществ, значительно увеличивается радиус проникновения жидких ПАВ в массив, при этом жидкие ПАВ снижают свободную энергию на поверхности более крупных пор и трещин, раскрытых после воздействия углекислого газа, привода к дальнейшему разупрочнению ослабляемого массива.

Как показали проведенные нами исследования, величина снижения прочности при последовательном воздействии углекислого газа и растворов ПАВ на 30% больше, чем при обратном порядке воздействия на образцы угля.

Возможна подача в массив эмульсии из газа и раствора ПАВ, так как, благодаря более высокой проницаемости газообразного агента, углекислый газ будет распространяться с опережением жидкого ПАВ.

Исследования с композициями различных видов ПАВ при разупрочнении кимберлитов позволили установить, что эффективность разупрочнения повышается при комплексном воздействии на различные вещества, входящие в состав кимберлитов, при этом существует зависимость между соотношением и концентрацией ПАВ и соотношением веществ в кимберлите, подвергаемых воздействию ПАВ.

Данное изобретение позволяет значительно повысить эффективность разупрочнения. По сравнению с воздействием на уголь только углекислого газа или растворов ПАВ, комбинированное воздействие снижает прочность в 1,5 2 раза эффективнее. При разупрочнении кимберлитов эффект также превышает суммарный эффект от разупрочнения углекислым газом и жидкими ПАВ.

Формула изобретения

1. Способ разупрочнения горных пород и угля, включающий нагнетание в массив через скважины адсорбирующегося газообразного агента, отличающийся тем, что через упомянутые скважины в массив дополнительно нагнетаются растворы поверхностно-активных веществ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в массив нагнетается раствор, состоящий из электролита и высокомолекулярных поверхностно-активных веществ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после обработки массива газообразным реагентом производится подача растворов электролитов и высокомолекулярных поверхностно-активных веществ.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что соотношение и состав поверхностно-активных веществ выбирается пропорционально содержанию природных компонентов в массиве, подлежащих разупрочнению, которые адсорбируют соответствующие группы поверхностно-активных веществ.