Способ управления кровлей Российский патент 2020 года по МПК E21C37/06 E21C37/10 E21C41/16 

Описание патента на изобретение RU2732166C1

Техническое решение относится к горной промышленности, а именно к подземной разработке месторождений, и может быть использовано для устранения зависания кровли у границ выемочного участка.

Известен способ управления труднообрушаемой кровлей по авт.св. СССР №825962, кл. Е21С 41/04, опубл. 30. 04. 1981 г., бюл. №16. Он включает бурение скважин в породы труднообрушаемой кровли, герметизацию скважин и нагнетание в скважины жидкости до гидроразрыва пород. В породах труднообрушаемой кровли изнутри каждой скважины прорезают щели, герметизируют каждую щель и производят нагнетание жидкости. Нагнетание жидкости производят последовательно, начиная от щели со стороны устья скважины к щели со стороны забоя скважины, осуществляя послойный гидроразрыв.

Общим у аналога с предлагаемым способом является бурение скважин в породы кровли, герметизация скважин и нагнетание в скважины жидкости до гидроразрыва пород.

В этом способе кровлю расслаивают множеством трещин, формируемых гидравлическим разрывом горной породы в плоскостях, ориентации которых задают предварительным созданием инициирующих щелей. Для формирования каждой трещины требуется выполнение операций по созданию отдельной инициирующей щели, ее герметизации, подвода к ней нагнетательной системы и подачи жидкости. Все это обуславливает относительно высокую трудоемкость реализации и, как следствие, низкую эффективность способа.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ управления кровлей при разработке угольных пластов по патенту РФ №1216345, кл. Е21С 41/04, опубл. 07.03.1986 г., бюл. №9. Он включает бурение скважин в зону концентрации растягивающих напряжений, расположенную над опорой у границы выемочного столба, создание зародышевых щелей, герметизацию скважин и нагнетание в них жидкости в режиме гидроразрыва. Зародышевую щель создают в плоскости, проходящей через режущую кромку опоры с наклоном 50-80° к наслоению пород кровли, причем высоту Z от обнажения пород кровли до точки заложения зародышевой щели определяют из выражения

где hT - нормальная мощность непосредственной трещиноватой кровли, м;

m - вынимаемая мощность пласта, м;

Kp - коэффициент рыхления породы.

Общим у прототипа с предлагаемым способом является бурение скважин в породы кровли, герметизация скважин и нагнетание в них жидкости в режиме гидравлического разрыва.

Непременным условием успешной реализации этого способа является получение отсечных трещин, ориентация которых задается зародышевой щелью, развиваемой нагнетанием в нее жидкости под давлением в режиме гидравлического разрыва. Вместе с этим, согласно результатам многочисленных исследований, жидкость в породном массиве движется по пути наименьшего сопротивления, образуя извилистые каналы, выходит на плоскости ослабления (плоскости с относительно слабым сцеплением слоев горных пород) и затем движется по ним в режиме гидравлического расчленения. Это обуславливает сравнительно низкую вероятность образования сплошных отсечных трещин значительных размеров в плоскости, задаваемой без учета структуры породного массива. Кроме этого, в способе не предусмотрено создание поля растягивающих напряжений с заданной ориентацией путем бурения в одной плоскости множества скважин с последующим распором их стенок, а также использования скважин в качестве направляющих фронта гидравлического разрыва горных пород. В результате вероятность обрушения кровли в выработанное пространство оказывается относительно небольшой. Все это обуславливает относительно низкую эффективность способа.

Решаемая проблема заключается в повышении эффективности способа за счет создания в требуемой плоскости поля растягивающих напряжений путем бурения в ней сближающихся скважин, стенки которых распирают давлением нагнетаемой жидкости.

Проблема решается тем, что в способе управления кровлей, включающем бурение скважин в породы кровли выработки, их герметизацию и нагнетание в них жидкости в режиме гидравлического разрыва, согласно техническому решению скважины бурят в одной плоскости в направлении их сближения до пересечения, скважины герметизируют и распирапют нагнетаемой жидкостью до возникновения в плоскости бурения скважин поля растягивающих напряжений, затем увеличивают давление до разрыва горной породы с возникновением увеличивающейся трещины до выхода ее на поверхность выработки, из которой пробурены скважины.

Такое техническое решение реализует идею создания в породном массиве искусственного поля растягивающих напряжений, обеспечивающих принудительное отделение кровли от породного массива в заданной плоскости. Достигается это суммированием усилий распора стенок всех скважин и давления жидкости на поверхности трещин, возникающих и растущих в результате разрыва породного массива, а также ослаблением прочности сцепления горной породы скважинами и упомянутыми трещинами в указанной плоскости. Бурение скважин в одной плоскости разрыва породного массива обеспечивает после распора их стенок поле растягивающих напряжений в указанной плоскости и, следовательно, задает ориентацию возникающих трещин. Бурение скважин в направлении их сближения до пересечения обеспечивают место начала разрыва породного массива. Согласно результатам исследований гидравлический разрыв горной породы начинается из зоны наименьшего расстояния между скважинами (из зоны наибольшего их взаимного влияния). Отметим, что скважины предполагают бурить под различными углами и с возможностью их взаимного пересечения. Распор стенок скважин нагнетаемой жидкостью обеспечивает совмещение операций воздействия на породный массив через стенки скважин и его гидравлического разрыва в заданной плоскости (в плоскости нахождения скважин). Увеличение давления до разрыва приводит к образованию трещины. В результате повышается эффективности способа за счет создания в требуемой плоскости поля растягивающих напряжений путем бурения в ней сближающихся скважин, стенки которых распирают давлением нагнетаемой жидкости.

Целесообразно нагнетание жидкости осуществлять через эластичные рукава, прижатые ее давлением к стенкам скважин. Это исключает попадание жидкости в случайные естественные трещины в стенках скважины с последующим их развитием в произвольных плоскостях, что увеличивает надежность управления обрушением кровли и, следовательно, повышает эффективность способа.

Сущность технического решения поясняется примером конкретной реализации способа управления кровлей и чертежом, на котором показана простейшая схема реализации способа в разрезе по заданной плоскости разрыва породного массива.

В породы кровли выработки в одной плоскости 1 (см. чертеж) бурят скважины 2 в направлении их сближения до пересечения. Затем скважины 2 герметизируют и распирают их стенки нагнетаемой жидкостью, от чего в плоскости пробуренных скважин 2 возникает поле растягивающих напряжений, которые концентрируются в зонах наибольшего сближения скважин 2. После этого давление нагнетаемой жидкости увеличивают до разрыва горной породы. В результате в зоне концентрации напряжений (в зоне наибольшего сближения скважин 2) возникает начальная трещина 3 (далее - трещина 3), которая под действием давления нагнетаемой жидкости увеличивается в размерах. Можно нагнетаемую жидкость в зону начала разрыва горной породы подавать через эластичные рукава 4 (далее - рукава 4), прижатые ее давлением к стенкам скважин 2. Граница 5 трещины 3 перемещается между скважинами 2 вплоть до выхода на свободную поверхность, например, поверхность выработки 6, из которой бурили скважины 2. При выходе границы 5 трещины 3 на свободную поверхность дальнейший рост трещины 3 прекращается из-за падения давления в нагнетаемой жидкости. Для нагнетания жидкости в скважины 2 можно использовать магистральную трубу 7 с отводами в виде труб 8, вставленных в рукава 4. При этом рукава 4 можно закрепить на трубах 8, например, обжимными кольцами 9, от чего при нагнетании в них жидкости происходит герметизация скважин 2. Для создания требуемого усилия распора стенок скважин 2 в свободные от труб. 8 концы рукавов 4 можно вставить трубки 10 с клапанами 11, настраиваемыми на заданное давление. При этом концы рукавов 4 можно закрепить на трубках 10 обжимными кольцами 12. Реализующие представленную на чертеже схему операции можно повторять многократно вплоть до обрушения кровли в выработанное пространство.

Способ предполагают использовать в основном для повышения эффективность отработки пологих угольных пластов механизированными комплексами с обрушением кровли в выработанное пространство. Воздействие на кровлю осуществляют в местах превышения допустимой нагрузки на механизированную крепь.

Похожие патенты RU2732166C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ ПРИКОНТУРНОГО МАССИВА ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ 2009
  • Осипов Анатолий Николаевич
  • Гусельников Лев Митрофанович
  • Подосенов Александр Александрович
  • Козулин Василий Владимирович
  • Вьюников Александр Анатольевич
  • Коваль Андрей Олегович
RU2396429C1
Способ ориентированного разрыва горных пород 1988
  • Курленя Михаил Владимирович
  • Чернов Олег Игнатьевич
  • Кю Николай Георгиевич
  • Посохов Григорий Егорович
  • Клишин Владимир Иванович
  • Шадрин Николай Иннокентьевич
  • Матвиец Юрий Владимирович
  • Зворыгин Леонид Васильевич
SU1535992A1
Устройство для образования направленных трещин в скважинах 2021
  • Кю Николай Георгиевич
RU2756595C1
СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ПЛАСТОВ-СПУТНИКОВ 1994
  • Гусельников Л.М.
  • Зуев В.А.
  • Осипов А.Н.
  • Белозеров В.А.
  • Жуков Н.С.
RU2065973C1
Способ эффективного управления труднообрушаемой кровлей в механизированных забоях 2017
  • Кокоулин Даньяр Иванович
  • Клишин Владимир Иванович
  • Опрук Глеб Юрьевич
RU2659292C1
Способ гидравлического разрыва угольного пласта 2018
  • Сердюков Сергей Владимирович
  • Патутин Андрей Владимирович
  • Шилова Татьяна Викторовна
  • Рыбалкин Леонид Алексеевич
RU2703021C1
СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ И РАЗУПРОЧНЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД 2008
  • Рубан Анатолий Дмитриевич
  • Забурдяев Геннадий Семенович
  • Забурдяев Виктор Семенович
  • Захаров Валерий Николаевич
RU2373398C1
Способ дегазации горного массива 1988
  • Бухны Давид Иосифович
  • Забурдяев Виктор Семенович
  • Сергеев Иван Владимирович
  • Рудаков Борис Евгеньевич
  • Бирюков Юрий Михайлович
  • Пудовкин Юрий Викторович
SU1550174A1
Способ охраны выработки 1990
  • Пономарев Игорь Мефодиевич
  • Трунова Наталья Игоревна
  • Бонис Людвиг Владиславович
SU1710746A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ НАПРАВЛЕННЫХ ТРЕЩИН В СКВАЖИНАХ 2006
  • Кю Николай Георгиевич
RU2302525C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 732 166 C1

Реферат патента 2020 года Способ управления кровлей

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к подземной разработке месторождений, и может быть использовано для устранения зависания кровли у границ выемочного участка. Способ включает бурение скважин в породы кровли выработки, их герметизацию и нагнетание в них жидкости в режиме гидравлического разрыва. Скважины бурят в одной плоскости в направлении их сближения до пересечения. Скважины герметизируют и распирают нагнетаемой жидкостью до возникновения в плоскости бурения скважин поля растягивающих напряжений, затем увеличивают давление до разрыва горной породы с возникновением увеличивающейся трещины до выхода ее на поверхность выработки, из которой пробурены скважины. Нагнетание жидкости осуществляют через эластичные рукава, прижатые ее давлением к стенкам скважин. Изобретение позволяет повысить эффективность способа управления кровлей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 732 166 C1

1. Способ управления кровлей, включающий бурение скважин в породы кровли выработки, их герметизацию и нагнетание в них жидкости в режиме гидравлического разрыва, отличающийся тем, что скважины бурят в одной плоскости в направлении их сближения до пересечения, скважины герметизируют и распирают нагнетаемой жидкостью до возникновения в плоскости бурения скважин поля растягивающих напряжений, затем увеличивают давление до разрыва горной породы с возникновением увеличивающейся трещины до выхода ее на поверхность выработки, из которой пробурены скважины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагнетание жидкости осуществляют через эластичные рукава, прижатые ее давлением к стенкам скважин.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2732166C1

Способ управления кровлей при разработке угольных пластов 1984
  • Неборский Валерий Михайлович
  • Умрихин Анатолий Николаевич
  • Чернов Олег Игнатьевич
  • Машков Сергей Владимирович
  • Полевщиков Геннадий Яковлевич
  • Умрихин Александр Анатольевич
SU1216345A1
Способ управления кровлей 1977
  • Борисов Алексей Алексеевич
  • Андрушкевич Станислав Геронимович
  • Зубов Владимир Павлович
  • Овчаренко Борис Петрович
SU688624A1
Способ управления труднообрушаемойКРОВлЕй 1979
  • Бич Яков Адамович
  • Пискунов Юрий Данилович
SU796426A1
Способ образования отрезной щели 1980
  • Ахвердиев И.А.
  • Савельев Ю.Я.
SU896957A1
Способ управления кровлей 1986
  • Толстунов Сергей Андреевич
  • Безкаравайный Виктор Георгиевич
  • Монтиков Андрей Владимирович
  • Кочетков Владимир Степанович
SU1469137A1
Способ управления труднообрушаемой кровлей 1988
  • Ли Клим Давыдович
  • Шарипов Ниль Халяфович
  • Атыгаев Дастан Кенесович
SU1602996A1
СПОСОБ ОБРУШЕНИЯ ПОКРЫВАЮЩИХ ПОРОД 1999
  • Дядькин Ю.Д.
  • Цюпка Д.Н.
RU2163968C2
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРУДНООБРУШАЮЩЕЙСЯ КРОВЛЕЙ ПРИ ВХОДЕ МЕХАНИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА В ДЕМОНТАЖНУЮ КАМЕРУ 2011
  • Баранов Сергей Григорьевич
  • Розенбаум Марк Абрамович
RU2472936C1
СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ ЧЕРЕЗ СКВАЖИНЫ, ПРОБУРЕННЫЕ ИЗ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК 2013
  • Шипулин Александр Владимирович
  • Коршунов Геннадий Иванович
  • Мешков Анатолий Алексеевич
  • Мазаник Евгений Васильевич
RU2547873C1

RU 2 732 166 C1

Авторы

Кю Николай Георгиевич

Даты

2020-09-14Публикация

2019-12-04Подача