СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ УГОЛЬНОГО МАССИВА Российский патент 1996 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для ослабления массива и повышения устойчивости подземных сооружений.

Известен способ поддержания горных выработок на удароопасных пластах, позволяющий снизить напряжения в зоне максимума опорных нагрузок путем бурения в краевой части пласта разгрузочных скважин на ширину зоны отжима и заполнение их закладочным материалом [1]
Недостатком способа является отсутствие сплошной разгруженной зоны вдоль выработки, оставшиеся между скважинами нетронутые участки угля могут послужить причиной локальных выбросов.

Известен способ разупрочнения угольного пласта, позволяющий снизить прочностные свойства угля путем бурения скважин в угольном пласте, подачи в них диоксида углерода (СО₂) и диспергирования угля [2]
Недостатком способа является то, что обработка диоксидом углерода снижает прочностные свойства угольного массива, но не разрушает его, таким образом частично сохраняется несущая способность пласта и возможность горных ударов, внезапных выбросов и др. опасных проявлений горного давления.

Цель изобретения повышение эффективности разупрочнения угольного массива.

Цель достигается тем, что в способе разупрочнения угольного пласта, включающем бурение скважин в угольном пласте, подачу в них диоксида углерода под давлением, равным или больше порогового, выдерживание скважин при этом давлении до установления режима равновесия и диспергирование угля вокруг каждой скважины, в отличии от прототипа, между скважинами для нагнетания диоксида углерода располагают дополнительные скважины с зарядами взрывчатых веществ, производят их взрывание в режиме полного камуфлета и создают тем самым зоны взрывного трещинообразования. При этом взрывание скважин производят после окончания диспергирования угля, причем нагнетание диоксида углерода в скважины производят до соединения зон диспергирования вокруг соседних скважин между собой, а взрывание зарядов взрывчатых веществ производят до соединения между собой зон взрывного трещинообразования вокруг соседних взрывных скважин.

На фиг. 1 показана принципиальная схема расположения скважин для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 зоны разупрочнения угольного массива вокруг скважин, разрез Б-Б на фиг. 1.

Способ осуществляют следующим образом.

По обеим сторонам выработки 1, в зоне неупругих деформаций перпендикулярно продольной оси выработки, в угольном пласте 2 бурятся скважины (шпуры) 3 диаметром 43-45 мм. Длина шпуров составляет порядка 4 м. Расстояние между скважинами 3 для нагнетания диоксида углерода (СО₂) выбирают из расчета перекрытия (соединения) зон диспергирования 4 (фиг. 3) вокруг соседних скважин. Экспериментальным путем установлено, что радиус зоны диспергирования угля вокруг скважин при нагнетании СО₂ в типичных условиях (например, Донецкого бассейна) при давлении газа 25-60 атм составляет порядка 1 м. Таким образом, расстояние между нагнетательными скважинами 3 принимают 2 м. В пробуренную скважину досылается на глубину 2-2,5 м от устья газовый затвор, соединенный армированными шлангами с баллонами диоксида углерода (не показаны). Подача СО₂ в скважины производится под давлением, равным или больше разупрочняющего порогового 25-60 атм до установления режима равновесия (не менее 30 мин) и диспергирования угля. После сброса избыточного давления, нагнетающее оборудование вынимают из скважины и переходят к следующей.

Между скважинами 3 после диспергирования угольного пласта 2 бурят дополнительные скважины (шпуры) 5 для взрыва заряда взрывчатого вещества (ВВ). Диаметр взрывных скважин также 40-45 мм, длина 4 м, расстояние между скважинами 2 м (фиг. 1). После монтажа взрывной сети производят взрыв скважин 5. Соединение зон взрывного разупрочнения 6 от соседних скважин 5 (фиг. 3) достигается изменением веса заряда ВВ. Для типичных условий применения способа (крепость угля 1,5-1,8) и расстоянии между скважинами 2 м, вес заряда ВВ составляет 1,2 кг (аммонит Т-19).

Режим полного камуфлета при взрыве зарядов ВВ скважинах 5 достигается применением соответствующих забоечных материалов на основе ингибиторов взрывоподавления. Режим полного камуфлета позволяет повысить эффективность разгрузки угольного массива 2, а также исключает возможность нарушения крепи горной выработки 1.

Применение предлагаемого способа разупрочнения массива угля чередование взрывных и нагнетательных скважин, является более эффективным, чем применение каждого из этих видов разупрочнения по отдельности. Это объясняется тем, что в некоторых случаях каждый из данных видов разупрочнения может оказаться малоэффективным, что влечет за собой разрыв зоны разупрочнения вдоль выработки, появление зон локальной концентрации напряжений и, следовательно, повышенной опасности горных ударов и других опасных явлений в данных местах. Например, при наличии областей в массиве со слоевой структурой, диоксид углерода при нагнетании может прорываться по контактам слоев в массив, не обеспечивая образования равномерной зоны диспергирования угля вокруг нагнетательной скважины.

Данный способ разупрочнения позволяет также уменьшить количество взрывных скважин, поскольку при взрыве заряда ВВ в заранее ослабленном диспергированием массиве угля, размер зоны взрывного разупрочнения возрастает.

Зону взрывного трещинообразования вокруг дополнительных скважин 5 можно создать также путем взрыва в них не зарядов ВВ, а газодинамических патронов, работающих на энергии сжатого воздуха (Адамидзе Д.И. Разупрочнение пород и углей сжатым воздухом. М. Наука, 1978, с. 120). В этом случае вместо взрывной сети монтируется компрессор и сеть трубопроводов для подачи в газодинамические патроны воздуха под давлением 30-70 МПа. Изменение размера зоны взрывного разупрочнения вокруг дополнительных скважин достигается изменением давления воздуха, подаваемого в патроны.

Применение предлагаемого способа разупрочнения угольного пласта позволяет получить сплошную зону разупрочнения угля для охраны подземных сооружений и уменьшить тем самым затраты на их поддержание и перекрепление.

Использование: для разупрочнения угольного массива. Сущность изобретения: бурят скважины для нагнетания диоксида углеродов в массив. Между скважинами для нагнетания диоксида углерода бурят дополнительные скважины и производят в них взрыв зарядов ВВ в режиме полного камуфлета после окончания диспергирования угля. Нагнетание СО₂ в скважины производят до соединения зон диспергирования от соседних скважин между собой. Взрыв зарядов ВВ в скважинах производят до соединения зон трещинообразования от соседних скважин между собой. Взрывное трещинообразование вокруг скважин может быть создано также путем взрыва в них газодинамических патронов. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ УГОЛЬНОГО МАССИВА, включающий бурение системы скважин в угольном массиве, подачу в них диоксида углерода под давлением, равным или больше порогового, выдерживание скважин при этом давлении до установления режима равновесия и диспергивание угля вокруг каждой скважины, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разупрочнения угольного массива, между скважинами для нагнетания диоксида углерода располагают дополнительные скважины с зарядами взрывчатых веществ, производят их взрывание в режиме полного камуфлета и создают вокруг них зоны взрывного трещинообразования, причем взрывание дополнительных скважин производят после окончания диспергирования угля, при этом нагнетание диоксида углерода в скважины производят до соединения зон диспергирования вокруг соседних скважин между собой. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зону взрывного трещинообразования вокруг дополнительных скважин создают путем взрыва в них газодинамических патронов.