СПОСОБ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ Российский патент 1997 года по МПК E21C41/18 E21C45/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке способом скважинной гидродобычи антиклинальных складок угольных пластов, особенно тех, отработка которых традиционными подземными способами затруднена из-за небольшой механической прочности угля (уголь в таких складках, как правило, перемят) и низкой устойчивости пород кровли. В таких антиклинальных складках теряется большое количество угля из-за невозможности добычи его традиционными подземными системами разработок.

Известен способ скважинной гидродобычи полезных ископаемых в неустойчивых вмещающих породах, который включает вскрытие пласта бурением добычных и вспомогательных скважин, формирование искусственной кровли на границе покрывающих пород и пласта, размещение в добычных скважинах гидродобычного оборудования, гидравлический размыв и подъем пульпы на поверхность.

Указанный способ эффективен при отработке пластов горизонтального залегания, так как при гидравлическом размыве почва добычных камер формируется в соответствии с гипсометрией пласта, т.е. горизонтальной, или с небольшим уклоном в сторону добычных скважин. При наклонном залегании пласта в смежных добычных скважинах размыв камер и формирование днищ происходит на разных уровнях, что ведет к оставлению целиков и потерям полезного ископаемого в них.

Кроме того, применение этого способа при разработке антиклинальных складок угольных пластов малоэффективно из-за перемятости и большой трещиноватости угля трещиноватость угля вызывает большую фильтрацию жидкости, что приводит к обезвоживанию пульпы и низкой транспортирующей способности ее к всасу выдачного устройства.

Цель изобретения повышение эффективности способа скважинной гидродобычи за счет расширения области применения способа при отработке антиклинальных складок угольных пластов.

Цель достигается тем, что в способе скважинной гидродобычи антиклинальных складок угольных пластов, включающем вскрытие пласта бурением добычных и вспомогательных скважин, формирование искусственной кровли на границе покрывающих пород и угольного пласта, размещение в добычных скважинах гидродобычного оборудования, гидравлический размыв и подъем угольной пульпы на поверхности, при вскрытии пласта дополнительно проводят транспортный штрек в подстилающих породах симметрично относительно крыльев антиклинальных складок, добычные скважины бурят из транспортного штрека веером по восстанию, причем угол наклона крайних скважин в веере к горизонту устанавливают не менее 5^o, гидравлический размыв осуществляют одновременно в двух скважинах, начиная от центральных к крайним, подъем угольной пульпы осуществляют из транспортного штрека.

На чертеже показана схема скважинной гидродобычи (вертикальный разрез антиклинальной складки).

Способ осуществляют следующим образом.

С поверхности месторождения бурят вспомогательные скважины 1 до кровли ядра антиклинальной складки 2 угольного пласта. Из вспомогательных скважин 1 формируют искусственную кровлю 3 на границе покрывающих пород и ядра антиклинальной складки 2. Искусственную кровлю 3 формируют путем либо гидроразрыва пласта, либо гидроразмыва в зависимости от прочности и трещиноватости пород кровли.

Расстояние между вспомогательными скважинами 1 устанавливают таким образом, чтобы щели от смежных скважин соединялись между собой.

В образованные щели под давлением нагнетают твердеющую смесь, которая после отвердевания и образует искусственную кровлю 3.

Одновременно с работами по вскрытию пласта и формированию искусственной кровли 3 под ядром антиклинальной складки в подстилающих породах проходят транспортный штрек 4. Штрек 4 располагают симметрично относительно крыльев 5 антиклинальной складки. Из штрека веером по восстанию бурят добычные скважины 6 и вскрывают ими антиклинальную складку на всю ее мощность. Крайние добычные скважины веера бурят под углом α не менее 5^o к горизонту.

После формирования искусственной кровли и сооружения добычных скважин 6 из транспортного штрека 4 в двух крайних добычных скважинах монтируют гидродобычное оборудование, состоящее из колонны труб с гидромонитором на конце. Подают на гидромониторы воду под давлением и осуществляют гидравлический размыв угля с образованием камер 7 под искусственной кровлей 3. Образованная в результате гидравлического размыва угольная пульпа самотеком по скважинам поступает в транспортный штрек 4, откуда ее углесосами или гидроэлеваторами выдают на поверхность.

Проходка транспортного штрека 4 в подстилающих породах симметрично относительно крыльев антиклинальных складок обеспечивает, во-первых, безопасность для горнорабочих во время гидравлического размыва угля, так как человек находится под защитой крепи транспортного штрека и целика из подстилающих пород, и, во-вторых, рациональное бурение добычных скважин 6, и самотечный гидротранспорт по ним пульпы, так как в противном случае, т.е. транспортный штрек смещен к одному из крыльев складки, бурение скважин к противолежащему крылу затруднено из-за большого расстояния, а при гидроразмыве и самотечном гидротранспорте пульпы ухудшаются характеристики гидродобычи - монтаж и демонтаж гидродобычного оборудования и большая вероятность забутовки ствола скважины (особенно крайней).

Бурение добычных скважин веером по восстанию из транспортного штрека обеспечивает минимальные затраты на бурение, так как весь веер скважин бурится одним станком с одного места.

Угол наклона крайних скважин в веере к горизонту устанавливают не менее 5^o, что обеспечивает хорошую работу самотечного гидротранспорта угольной пульпы. Меньший угол наклона приводит к забутовке скважин кусками угля из-за недостаточной скорости потока пульпы.

Гидравлический размыв осуществляют одновременно в двух скважинах, начиная от крайних к центральным. Такой порядок выемки угля 3 ядра антиклинальной складки позволяет, во-первых, быстро осуществить выемку угля из всего веера скважин и, во-вторых, подрабатывая центральную часть ядра антиклинальной складки с двух сторон, используются силы горного давления, которые, воздействуя на центральную часть складки, помогают более эффективно размывать уголь на завершающей стадии отработки всего веера. Образование искусственной кровли над антиклинальной складкой изолирует выработанное пространство от попадания в него покрывающих пород (как правило, породы над антиклинальными угольными складками перемяты и обладают низкой устойчивостью). Применение пластических твердеющих материалов, например, на основе эпоксидных смол для формирования искусственной кровли обеспечивает плавное опускание кровли вслед за образованием выработанного пространства без прорыва в него неустойчивых пород кровли. Работа такой кровли аналогична добыче угля под гибким перекрытием.

Отбитый уголь в виде пульпы по добычным скважинам попадает в транспортный штрек, где пульпа может обезвоживаться или при помощи углесосов, эрлифта или гидроэлеватора подниматься на поверхность.

Подъем пульпы на поверхность из транспортного штрека позволяет контролировать и оперативно управлять работой гидроподъема, что очень затруднено в том случае, если гидроподъем происходит из добычной скважины.

Применение способа весьма эффективно на Прокопьевско-Киселевском месторождении угля в Кузбассе, так как большое количество запасов угля сосредоточено в ядрах антиклинальных складок, отработка которых традиционными способами либо технически невозможна, либо экономически нецелесообразна. Например, отработка таких складок открытым способом на глубинах 100-300 м вызывает необходимость иметь коэффициент вскрыши больше K_в>10, что для угля нерентабельно, а жесткие требования по экологии увеличивают затраты на рекультивацию земель.

Сущность изобретения: при обработке антиклинальных складок при вскрытии пласта дополнительно проходят транспортный штрек симметрично относительно крыльев антиклинальных складок. Из транспортного штрека бурят веера восстающих добычных скважин. Предварительно из вспомогательных скважин, пробуренных с поверхности, формируют искусственную кровлю из пластического твердеющего материала. 1 ил.

Способ скважинной гидродобычи угольных пластов, включающий вскрытие пласта бурением и вспомогательных скважин, формирование искусственной кровли на границе покрывающих пород и угольного пласта, размещение в добычных скважинах гидродобычного оборудования, гидравлический размыв и подъем угольной пульпы на поверхность, отличающийся тем, что при отработке антиклинальных складок угольных пластов при вскрытии пласта дополнительно проходят транспортный штрек в подстилающих породах симметрично относительно крыльев антиклинальных складок, из транспортного штрека бурят веера восстающих добычных скважин, причем угол наклона крайних скважин в веере к горизонту устанавливают не ниже 5^o, гидравлический размыв осуществляют одновременно в двух скважинах, начиная от крайних к центральным, подъем угольной пульпы осуществляют из транспортного штрека, а формирование искусственной кровли осуществляют пластическим твердеющим материалом.