Способ добычи полезных ископаемых и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано, например, в угольной, соледобывающей и других отраслях промышленности для скважинкой добычи полезных ископаемых.

Целью изобретения является повышение эффективности добычи путем предварительного ослабления массива полезного ископаемого.

На фиг. 1 показана возможная схема размещения скважин, очередность выемки зон; на фиг. 2 - схема устройства для осуществления способа.

Способ осуществляется следующим образом.

Угольный пласт залегает на глубине 800 м от дневной поверхности мощностью 0,5 м и является защитным для нижележащего выбросоопасного пласта рабочей мощности, который намечается отрабатывать обычным шахтным способом без противовыбросных мероприятий.

Угли пласта марки К, слоистой структуры, средней крепости, не обводненные, угол падения 7-10 град, пластовое давление 3,0 МПа, проницаемость средняя, опасен по внезапным выбросам угля и газа.

С дневной поверхности станками ЗИФ- 650, ЗИФ-1200, СБА-500 или аналогичными бурится сетка скважин диаметром 200 мм с интервалами 25-50 м. После вскрытия пласта 1, обсадки скважин 2-6, каждая из них соединяется патрубком 7, одновременно с нагнетательным 8 и отсасывающим 9 трубопроводами в патрубке 7 располагается элемент 10, сблокированный не менее, чем с одним таким же элементом смежной скважины. При непрерывной подаче высоконапорного сквозного, всасывающе-нагнета- тельного, возвратно-поступательного вибрирующего потока жидкости под давлением 30 МПа в нагнетательный трубопровод 8 одновременно срабатывают элементы 10 - один на нагнетание агента (скважина 2), второй на выдачу пульпы (скважина 5), а при реверсе наоборот. При этом изменение направления потока (реверс) производят только после стабилизации давления нагнетания в скважине 2 и стабилизации дебита отсоса в скважине 5 (фиг. 2). Одновременно в скважину 2 нагнетают, а в скважину 5 отсасывают жидкость. При этом в скважине 2 давление возрастает от минимального до максимального и через время, определяемое параметрами гидравлической системы насосная установка - угольный пласт, стабилизируется, а в скважине 5 после достижения максимальных величин дебит и давление начинают снижаться до минимальных значений и стабилизируются.

Таким образом, время реверса определяется условием, когда давление нагнетания в скважине 2 и дебит отсоса в скважине 5 стабилизируются. После этого режим нагне

тания в скважине 2 меняется на режим отсоса, а в скважине 5 режим отсоса - на режим нагнетания и т. д. по той же схеме. Далее массив (зона 11) получает предварительную разгрузку, прочность массива ослабляется, что способствует его эффективному разрушению и последующей выдаче при обработке зоны 11. В период предварительного расслабления зоны 11 в нагнетательном 8 и отсасывающем 9 трубопроводах поддерживается постоянно установленный режим нагнетания и отсоса.

После образования сбойки между скважинами 2-5 операции по переменному нагнетанию и отсосу продолжаются по той же

схеме. При этом в образовавшейся сбойке создается только между скважинами 2-5 сквозной, реверсивный, всасывающе-нагне- тательный поток. Этот поток создает режуще-размывающий эффект, так как постоянно стремится принять прямолинейную форму

между скважинами 5 и 2.

Разрушающие свойства создаваемого потока значительно возрастают при добавке в нагнетаемую гидросмесь поверхностно- активных веществ и создания вибрации. В этом случае создается высоконапорный вибрирующий агрессивный поток, который подобно режиму пиления за счет высокого напора в нагнетающей скважине и противоположного отсоса в выдающей скважине, вибрации возникающих гидроимпульсных

ударов и кавитации (при реверсах) разру- щает массив ископаемого. При этом частота вибрации устанавливается не по показателям собственной частоты вибрации угольного массива, а на основании данных оптимизации: плотности пульпы в выдаваемом

потоке гидросистемы.

Источники вибрации в этом случае могут устанавливаться непосредственно в реверсивном движущемся потоке за запорными распределителями рабочих скважин.

В нагнетательный трубопровод 8 постоянно подается под давлением 30 МПа вибрирующий с технологически оптимальной для этих условий частотой 200 Гц поток жидкости, причем плотность пульпы и частоту вибрации потока определяют перед периодом каждого реверса. При снижении плотности пульпы в трубопроводе 9 ниже технологического уровня содержания в ней угля скважину 2 отключают и включают скважину 3. Расслабляя массив в зоне 12, аналогично производят сбойку между скважинами 5 и 3. Отрабатывают зону 13 через сбойку по зоне 12. Поскольку очередная смежная скважина 3 располагается не на направлении прямой, образованной сквозным потоком между предыдущими смежными скважинами 5 и 2, а сбойка производится по кратчайшему расстоянию, наиболее ослабленному в зоне 12, достигается максимальная производительность при отработке зонь 1 13, так как создаваемый поток между скважинами 5-3 будет проходить по зоне 11 и зоне 12, извлекая полезное ископаемое в зоне 13 и как бы срезая массив в зоне 14. При этом создаваемый возвратно-поступательный (реверсивный) , всасывающе-нагнетательный, сквозной, вибрирующий поток стремится и в конце процесса достигает прямолинейности между рабочими скважинами 5-3. После этого аналогично отключается скважина 5 и включается скважина 4 и после сбойки по зоне 14 отрабатывается зона 15 между рабочими скважинами 3-4. Далее взамен скважины 3 включается скважина 6 и после сбойки по зоне 16 отрабатывается зона 17 и т. д. При этом наибольший эффект достигается, когда включаемая очередная смежная скважина отстоит от плоскости, образованной двумя предыдущими смежными скважинами, на расстоянии гидроразрыва массива (для данных условий 50 м). Гидроразрыв массива во всех случаях происходит по кратчайшему расстоянию от этой плоскости до новой скважины независимо

от ее расположения по отношению к предыдущим скважинам.

По мере отработки угольного массива в пласте 1 сохраняется высокое (30 МПа)

давление, что позволяет управлять поддержанием кровли и производить после отработки всего блока, например скважин 2-6, обрушение, закладку или плавное опускание кровли по всему блоку, регулируют этот процесс срабатыванием давления в скважинах.

При этом возможен переход и на другой порядок отработки зон, в том числе перекрестный и групповой без остановки процесса выемки угля.

Устройство выполнено таким образом, что обсадные трубы, расположенные в скважинах, входят в массив 1 полезного ископаемого, при этом каждая из этих труб в отдельности соединяется одновременно с магистральным нагнетательным 8 и отса- сывающим 9 трубопроводами посредством запорных элементов 10 и патрубков 7.

1. Способ добычи полезных ископаемых, включающий вскрытие продуктивного горизонта скважинами, гидроразрыв продуктивного горизонта до сбойки смежных скважин, реверсивную подачу потока агента в скважины, разрушение полезного ископаемого и откачку пульпы с полезным ископаемым, отличающийся тем, что, с целью повышения эффе,ктивности добычи за счет предварим.з / / Ск8. Зона 15 /С / L./f| / Зона 13 j / Зона 17 I I Чскв.г I { I / / .- - Зона 7 f О Зона 76 Ск8.5 (pui.l тельного ослабления массива полезного ископаемого, гидроразрыв продуктивного горизонта осуществляют попеременным нагнетанием в смежные скважины агента до сбойки и образования между ними сквозного потока, которым производят разрушение полезного ископаемого, а после снижения содержания полезного ископаемого в пульпе ниже установленного технологического уровня откачку пульпы прекращают, осуществляют сбойку с другой смежной скважиной и повторяют операцию по добыче полезного ископаемого. 2. Устройство для добычи полезных ис- копаемь1х, включающее трубопроводы для нагнетания агента и откачки пульпы с запорной арматурой и насосы, отличающееся тем, что оно снабжено патрубками, соединяющими скважины с нагнетательным и от- качным трубопроводами, при этом патрубки содержат запорные элементы, установленные с возможностью при перекрытии одним элементом отсасывающей части патрубка на нагнетающей скважине одновременного перекрытия другим элементом нагнетающей части патрубка на откачной скважине. Ск8. /С с (Л кэ о х Ск8,В