Способ выбора эффективного режимагидрообработки угольных пластов дляпредупреждения динамическихи газодинамических явлений при разработкеместорождений полезных ископаемых

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик нц800389

* с

« (6f ) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл (22) Заявлено 03.04. 79(21) 2746053/22-03 с присоедмнемием заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 300181. Бюллетень " 4

Дата опубликования описания 30. 01. 81

Е 21 F 5/00

Государственный комитет

СССР о делам изобретений и открытий (53) УДК 622 807.4 (088.8) б бб, ° .,, ;ю (72) Авторы изобретения

Б.Т. Акиньшин,.И.М. Петухов и M.Ô. Малюга !

1

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт геомехани и маркшейдерского дела б б

,б.. б

/ (7! ) Заявитель (54 ) СПОСОБ ВЫБОРА ЭФФЕКТИВНОГО РЕЖИМА ГИДРООБРАБОТКИ

УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ

И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ

ИЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при выборе эффективного режима гидрообработки угольных плас5 тов для предупреждения динамических и газодинамических явлений.

Известен способ предупреждения динамических и газодинамических явлений в шахтах, включающий гидро10 обработку угольных пластов в режиме гидроотжима или низконапорного нагнетания (1) .

Недостатком этого способа является отсутствие рекомендаций к выбору режима гидрообработки для конкретных геологических и горнотехнических условий.

Известен способ выбора эффективного режима гидрообработки угольных пластов для предупреждения динами ческих и газодинамических явлений при разработке месторождений полезных ископаемых, включающий поинтервальное бурение шпуров на участке угольного пласта, поинтервальный отбор

1роб угля из шпуров и определение физических характеристик порового пространства проб угля (2 .

Недостатком этого способа является отсутствие единой методики выбора эффективного режима гидрообработки угольных пластов, склонных к динамическим и газодинамическим явлениям, и большая трудоемкость работ по определению физических характеристик угля.

Цель изобретения — увеличение вероятности выбора эффективного режима гидрообработки и снижение трудоемкости работ по определению физических характеристик порового пространства проб угля.

Поставленная цель достигается тем, что в краевой части угольного пласта определяют естественную Уа и максимальную гигроскопическую

W âëàæíîñòè угля, сравнивают их между собой и при условии:

max

We Г и

W ) 4,0-4,5% гидрообработку угольного пласта ведут в режиме увлажнения через длинные нагнетательные скважины;

W = W " и W " 1 5% гидрое г г

I обработку угольного пласта ведут в режиме гидрорыхления через нагнетательные скважины глубиной 6-13 м;

800389 точно широк. На большинстве же удароопасныхи выбросоопасных пластов разной степени метаморфиэма (кроме марок Б, ПА и А) величина сорбционного порового объема и не превышаС ет:З 4%.

Дри общей пористости no = 4% и

8„ = 0,6-1, nc = 4(0,6-1)= (2,4-4В), т.е. граничным йоказателем общей пористости равной 4В является величина максимальной гигроскопической влаж1" ности W а" - 4%.

Для большинства выбросоопасных пластов, разрабатываемых на шахтах

Донбасса, Кузбасса, Воркуты и на других месторождениях, величина Ы - ™

35 составляет 1,8-2,5%.

Для угольных пластов с плотным углем, подверженных проявлению горных ударов (например пласты Кизеловского месторождения), а также

Щ склонных к динамическим. явлениям различных типов (например, пласты типа 85 в Центральном районе Донбасса), величина Wn не превышает

1-1,4%. В этих условиях многолетний опыт показал, что наиболее эффективен гидроотжим или высоконапорное нагнетание в краевой части пласта через короткие скважины.

Вместе с тем исследованиями последних лет выявлено, что участки ударо- или выбросоопасных пластов представляют опасность, а следова» тельно, в этих условиях необходимо проведение мер борьбы при условии, что в краевой части пласта удовлетворяется условие:

„гпах с тах Я г

n0 где 2I — объемная плотность сухого,,угля.

Доля сорбционного порового объема в общей пористости угля Gmn " уменьшается от пластов, опасных по динамическим явлениям, к пластам, опасным по газодинамическим явлениям. 40

При этом на пластах, опасных по газодинамическим явлениям т.е. выбросоопасных; в зонах влияния геологических нарушений, в зонах повышенного горного давления, например, от целиков, оставленных на соседних пластах, участках, чаще всего представляющих реальную выбросоопасность, уголь имеет высокую общую пористость пр (по образцам). В напряженном массиве она существенно уменьшается, в первую очередь, за счет закрытия субмакро- и макропор. Можно принять, что в напряженном массиве пористость будет определяться сорбционным поровым объемом, определяемым как 55 мах

noG u

max

Тогда и = n Gmoxп — =- х Ч

Х W max с о и о п > Ос

Если отнести сорбционный поровый объем к 1 т угля, тогда np — Ы . ® гпах

На низкометаморфиэованйых угольных пластах, разрабатываемых на различных месторождениях, диапазон изменения общей пористости по и сорбционного порового объема п доста- 45 уй,.. W » и W,п„ а"<1,3-1,53 гидро-:: обработку угольного пласта ведут в режиме высоконапорного нагнетания через короткие нагнетательные сква.жины глубиной до 5-6 м;

Ы с Ир и ИгЪ 1,3-1,5В и при повышенной.склонйости угольного пласта к динамическим и газодинамическим явлениям гидрообрабвтку угольного пласта ведут в режиме гидроотжима через короткие нагнетательные скважины глубиной до 5-6 м.

При этом глубину длинных нагнетательных скважин в режиме увлажнейия принимают с учетом системы разработки месторождений полезных ископаемых.

Сущность способа заключается в том, что уголь типичных удароопасных пластов, т.е. пластов, опасных . по динамическим явлениям, имеет общую пористость и,, представленную на

70-90% сорбционнйм паровым объемом, определяемым как и noG> "

Параметр Gmo" является показате1 лем долевого участия в общей пористости сорбционного порового объема, включая переходные поры.

Величину Gm> " определяют как степень водонасыщения порового пространства влагой, соответствующей максимальной гигроскопической влажности (W ), так:

Способ осуществляют следующим образом.

Пробы угля на интересующем участке пласта отбирают в краевой части пласта, при бурении контрольных шпуров или скважин через интервалы

0,5 или 1 м.

Определяют естественную влажность угля, например, путем полного их высушивания, после чего пробы помещают в воздушную среду с относительной влажностью воздуха 95-98% и выдерживают до установления равновесного состояния. Определяют максимальную гигроскопическую влажность как

max

"Г = (Сопв1 о) по где m - - масса полностью высушенной пробы угля, г;

m „ - масса пробы при равновесном состоянии, r, Полученные значения естественной влажности Чз сравнивают со значениями максимальной гигроскопической влажности W+ах и если W а Wm ",то на основании чйсленных значений И™х

I для данного участка пласта выбирают

800389 наиболее эффективный для этих условий режим гидрообработки.

При Ы „" "> 4-4,5Ъ выбирают гидрообработку в режиме увлажнения пласта, цлина скважин при этом определяется принятой технологией и системой разработки; при Wz ф1,5% — гидрообраmax ботку в режиме гидрорыхления через скважины длиной 6-13 м, при W 1,3fYlg Х

1,5% — гидрообработку в режиме высоко напорного нагнетания воды в пласт через короткие скважины длиной до

5-6 м или в режиме гидроотжима пласта.

На 135 угрожаемых и опасных по динамическим и газодинамическим явлениям, а также неопасных, разрабатываемых в Донбассе, Кузбассе, Воркуте, Грузии, Урале, Кузбассе и в Приморье, проведены соответствующие исследования. B таблице приведены характерные результаты для ряда удароопасных и выбросоопасных пластов, приведены данные по общей пористости угля пр, величине 6„, естественной We пса х и максимальной гигроскопической М влажностям. В соответствии с рекомендациями способа выбраны эффективные режимы гидрообработки для конкретных случаев, которые сопоставлены с рекомендациями известного способа и принятыми на шахтах.

Из приведенной таблицы видно,что режимы гидрообработки, определяемые предлагаемым способом, совпадают с, известным способом для типичных удароопасных пластов. Для выбросоопасных пластов и пластов, угрожаемых и опасных как по горным ударам, так и по внезапным выбросам, методика не может дать достоверных рекомендаций к выбору режима гидрообработки.

Предлагаемый способ выбора эффективного режима гидрообработки угольных пластов, опасных по динами35 ческим и газодинамическим явлениям при разработке месторождений полезных ископаемых существенно упрощает необходимые экспериментальные работы, повышает надежность получаемой

;щ информации как для пластов, опасных по динамическим явлениям, так и для пластов склонных к проявлениям динамических и газодинамических явлений различных типов. ру Использование способа повышает безопасность ведения горных работ. на удароопасных и выбросоопасных пластах.! !!! а о о с

>Ъ х 5

Е з

/ з

Р) с !

Ч !

CO с

%-!

» 3 »!

Р1 с

%" »

Р ) с

1-4 !

Ch с

%-! с

СЧ !

РЪ с т1

% 1 ! л

О1

Ю л

РЧ с

Ю ! и1 м с

Ю бГ)

Ю с

C) !

CO с

Р ) с

Ю ! 3 с

Р ) %-1!

lA с

О1! с с

<Ч! (Ч

ГЧ с ! !

I о

l!!

4 о

Е с н и

50V389!

3 ий

oRo !!! (б !:!

4 Ц о х — 1 ц ноас

04н>, L 4Am ое5!! Ц !

ra > !!! X!!! )X 9 а3 х ° а хи3 х

»ах х

0m о

Г» Ф !х o r!! 3

V. V r!! н хох й) ga ко йоахим с х и а

<б Э !.

m !» 9

QФхО)

1Ох сХЦ о о х

ox)ex оооа

„и о.r= x а о

4Я Ю Ф М

223

r xmхаа оо оса мхих о цикаor» аохх!хх

800389

1 о

Ц .о !1

М гч

CO с-!

СО, CO

%-!

1 гч

%.Ч

Ю .Ч !

1О

О1

Ю

CO

М

Ю гч

Ю ! с3

Ю!

%-Ч г%

I и ) ! 1 1

И. п3

Э Э д ф йФ НД

ФОИХЦ

Х хп1ФО о о=-14 аэо 3,ОЭ Э

u Z u I

1ч «юдда

o— - х о о

Фда био с III х

-х х а Ф вЂ” ок д с э ц пой 1 (2 X

ov3 Я !

1! Ф Ф !

- "хц. о хо Р

Р1

1 (D

Х О о Ф х х

1 ц х х

Я rd х н х э

5 4

° д Ф х х х о о фв4 авэо дах хэй ойдо

III с ф дах хФо

zKX ххо ц ао

ЦИ 2 п5 д в х э х Е а -ц

Ф К Х1О

Х I х б О

МЭЕ х х 53

Ф Д Е х аох оооо

Ю О,O,õ ц ццх дххй

>.44Ц

ЭФФИ

ХККх хххх

Ф5 Ф5

О,О ад

Х дадо

800389

Формула изобретения

Составитель A. Дудченко

Техред М. Голинка Корректор Ю. Макаренко

Редактор П. Макаревич

Тираж 474 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 10355/35

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Способ выбора эффективного режима гидрообработки угольных пластов для

° предупреждения динамических и газодинамических явлений при разработке месторождений полезных ископаемых, включающий поинтервальное бурение шпуров на участке угольного пласта, поинтервальный отбор проб угля из шпуров и определение физических характеристик порового пространства проб угля, отличающийся тем, что, с целью увеличения вероятности выбора эффективного режима гидрообработки и снижения трудоемкости работ по определению физических характеристик порового пространства проб угля, в краевой части угольного пласта определяют естественную W и максимальную гигроскопическую W глав влажности угля, сравнивают их между 2О собой и при условии: гидрообработку угольного пласта ведут в режиме увлажнения через длинные нагнетательные скважины;

Ие а 4 " и W " ) 1,5Ъ гидрообработку угольного пласта ведут в режиме гидрорыхления через нагнетательные скважины глубиной 6-13 м;

Ие z WP и W„ " 1,3-1,5% гидрообработку угольйого пласта ведут в режиме высоконапорного нагнетания через короткие нагнетательные скважины глубиной до 5-6 м;

Ие И х и Ы " ° 1,3-1,5% и при повышенной склойности угольного пласта к динамическим и газодинамическим явлениям гидрообработку угольного пласта ведут в режиме гидроотжима через короткие нагнетательные скважины глубиной до 5-6 и.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что глубину длинных нагнетательных скважин принимают с учетом системы разработки месторождений полезных ископаемых.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа, M. "Недра", 1977, с. 67 — 77.

2. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах, М., "Недра", 1976, с. 166-167.