Способ дегазации горного массива Советский патент 1990 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно угольной, и может быть использовано в газообильных и выбросоопасных шахтах для борьбы с газом и газодинамическими явлениями, а также для дегазации труднообрушаемых пород кровли, снижения напряжений в горном массиве.

Цель изобретения - повышение эффективности дегазации за счет формирования разветвленной сети искусственных трещин в массиве.

Способ дегазации горного массива осуществляют следующим образом.

Из горной выработки, пройденной ва вмещающих угольный пласт породах или по угольному пласту, проводят скважину с таким расчетом, чтобы вскрыть предназначенный для дегазации пласт, если он расположен выше или ниже горной выработки, или располагают ее в плоскости дегазируемого пласта, если выработка пройдена по пласту. Эту скважину оборудуют у устья так, чтобы через нее можно было нагнетать в пласт рабоч;5то жидкость, разрывая его.Устье скважины обсаживают трубами, залив затрубное пространство цементным (или иным герметизирующим) раствором, либо укрепляют массив в устьевой части скважины твердеющим составом и вводят в нее ствольную часть установки, например, для взрывогидроимпульсного воздействия. Пересекаемые скважиной горные породы, уступающие по прочности дегазируемым, изолируют путем цементации затрубного пространства или упрочнения их твердеющими растворами.

Обработку дегазируемого пласта начинают с подачи в него жидкости в статическом режиме нагнетания, для чего можно использовать имеющиеся насосы, обеспечивающие расход жидкости от нескольких десятков до соте литров в минуту и давление нагнетания, при котором прилегающая к жине зона обрабатываемого пласта насыщается жидкостью. Последняя заполняет естественные трещины и поры в пласте, но не разрывает его.

Импульсное воздействие осуществляют тогда, когда давление нагнетания возрастает до величины А у Н (t коэффициент бокового распора, отн. ед.; YН - величина геостатического давления, Па). Этот момент фиксируется по показаниям манометра, установленного в нагнетательной ветв При этом импульсное воздействие осуществляют в зонах, не имеющих тектонческих и разрывных напряжений.

Параметры нагнетания жидкости в импульсном режиме воздействия на массив находят с учетом предварительно установленных величин скорости звука в дегазируемом массиве и прочности его пород на разрыв, которые определяют экспериментально извест

5

0

5

ными методами. При этом нагнетание жидкости в начальной фазе импульсного воздействия на массив ведут при скорости нарастания давления, пропорциональной квадрату скорости звука в нем. В этом случае создают новые трещины, которые в совокупности с природными формируют в массиве разветвленную сеть трещин. Нижний предел нарастания давления в импульсе устанавливают по суммарной величине предела прочности пород дегазируемого массива на разрыв и геостатического давления jj1 H.

Формула для расчета скорости нарастания давления в импульсном режиме (имеет вид

oi 1 ,5-10 |Ц С4, Па/с,

где об скорость нарастания давления; (U - вязкость жидкости, кг/м-с; с - скорость звука, м/с. Нижний предел нарастания давления в импульсе определяют по формуле

PH-JH+G,

г

Па

0

5

0

5

0

5

1Н V

где Рн - нижний предел нарастания давления в импульсе; величина геостатического давления, Па;

предел прочности дегазируемых пород на разрыв, Па. Режим и параметры импульсного воздействия обеспечивают количеством применяемого энергоносителя импульса, в качестве которого могут быть выбраны взрывчатые вещества, реализуемые в скважине, или средство, формирующее во взрывогидроимпульсной установке заданные параметры воздействия.

Обработку пласта осуществляют в один прием, если используют в качестве энергоносителя взрывчатые вещества, реализуемые в скважине, или в несколько приемов - при использовании взрывогидроимпульсной установки, содержащей автоматический клапан для разделения рабочей жидкости и средства формирования импульса.

После завершения процесса формирования трещин в дегазируемом массиве в обработанной жидкостью зоне пласта проводят пластовые дегазационные скважины, которые, также как и нагнетательные скважины, подключают к дегазационному трубопроводу и используют их для отсоса газа.

515

При использовании способа для ослабления труднообрушаемых пород кровли, снижения напряжений в горном массиве и его дегазации скважины для разрыва пласта проводят до середины слоя труднообрушаемых пород, сдерживающих процесс разгрузки и дегазации . Скважины обсаживают до почвы обрабатываемого слоя, перекрывая все менее прочные горные породы. Воздействие на породы труднообрушаемого слоя осуществляют в статическом и импульсном режимах нагнетания,аналогично случаю с угольным пластом. При этом параметры воздействия (скорость и нижний предел нарастания давления жидкости в импульсе)устанавливают с учетом данных о скорости звука в труднообрушаемом слое пород, их проч- ности на разрыв и величины геостатического давления в слое. Затем про- . водят дегазационные скважин до почвы пород труднообрушаемого слоя. Все скважины подключают к дегазационной системе.

При дегазации надрабатываемой толщи, содержащей слои крепких песчаников или известняков, сдерживающих процесс разгрузки, нагнетательные

скважины проводят до середины наиболее мощного слоя, создают в нем искусственную сеть трещин, способствующих последующему разлому слоя в зоне влияния горного давления при очистной выемке угольного (или иного) пласта. Очередность операций, параметры обсадки скважин и гидровоздействия в статическом и импульсном ре-4 жимах нагнетания устанавливают ана- логично описанному выше. Дегазационные скважины проводят только до крепкого слоя обработанных пород. Все скважины используют для дегазации.

Пример. Способ дегазации

осуществляли для условий угольного пласта, залегающего на глубине 800 м.

Скважины для воздействия на пласт и его дегазации проводили до начала очистных работ в плоскости пласта из подготовительной выработки. Массив у устьевой части скважины укрепили твердеющим раствором и ввели в нее ствольную часть установки для взрыво- гидроимпульсного воздействия.

По результатам натурных замеров были определены: коэффициент бокового распора - Д 0,5; скорость распространения звука в пласте м/с,

5

01

Q 5 0 5

0

о

5

0

5

746

предел прочности угля на растяжениеСГЦ 2-106 Па.

Через ствольную часть взрывогидро- импульсной установки выполнили нагнетание жидкости в пласт с темпом нагнетания 200-300 л/мин до тех пор, пока давление нагнетания не превзойдет величины ftУН. Величина геостатического давления QfH) определялась, исходя из глубины залегания пласта ( м) и среднего объемного веса пород Of 2,5 т/м) и поставила

,5 т/мС 2 107 Па.

Т§ким образом нагнетание жидкости в пласт продолжали до тех пор, пока давление нагнетания не достигнет величины 0,5 Па.

После этого производили обработку пласта в импульсном режиме. Скорость нарастания давления в импульсе определяли по формуле

4 ч Об -1 ,5 10 (U с .

Так как в качестве рабочей жидкости использовали воду, вязкость которой равна 10 кг/м-с, то темп нарастания давления принимали равным

oL 1 ,5 104- 10 (2-10) 107 Па/с,

нижний предел для величины давления в импульсе устанавливали по формуле

Рн Н+С 2 107+2 106 2,2-107 Па

После выполнения обработки массива в импульсном режиме продолжали его обработку в режиме статического нагнетания, затем повторяли импульсное воздействие и т0д0 до тех пор, пока не был достигнут требуемый радиус обработки. Момент достижения требуемого радиуса обработки был установлен по появлению жидкости в контрольной скважине.

Затем в обработанном массиве пробурили дегазационные скважины. Обе группы скважин подключили к дегазационному трубопроводу и приступили к отсосу газа.

Формула изобретения

1 о Способ дегазации горного массива, включающий бурение скважин гидроразрыва, обсадку их трубами, проведение гидрообработки массива через скважины путем нагнетания жидкости в пласт в статическом режиме, гидроим-

пульсное воздействие иа пласт, подключение скважин гидроразрыва к дегазационному газопроводу и извлечение газа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности дегазации за счет формирования разветвленной сети искусственных трещин в массиве, предварительно определяют скорость распространения звука в дегазируемом массиве и прочность пород массива на разрыв, нагнетание жидкости в импульсном режиме осуществляют при скорости нарастания давления в

жидкости, пропорциональной квадрату скорости распространения звука в массиве, при этом нижний предел нарастания давления в импульсе устанавливают по суммарной величине предела прочности пород дегазируемого массива на разрыв и геостатического давления пород о

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изолируют от жидкости горные породы,.пересекаемые скважиной гидроразрыва и уступающие по прочности дегазируемым.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в газообильных шахтах для борьбы с газом и газодинамическими явлениями. Цель - повышение эффективности дегазации за счет формирования разветвленной сети искусственных трещин в дегазируемом массиве. Из горной выработки бурят скважину и вскрывают дегазируемый пласт. Устье скважины обсаживают трубами и цементируют затрубное пространство. Обработку дегазируемого массива начинают до насыщения обрабатываемой зоны жидкостью. Когда давление нагнетания возрастет до величины, пропорциональной геостатическому давлению и коэффициенту бокового распора пород (λ^.γ^.H) начинают осуществлять гидроимпульсное воздействие на пласт. Предварительно определяют скорость распространения звука в массиве и прочность его пород на разрыв. Нагнетание жидкости в импульсном режиме ведут при скорости нарастания давления, пропорциональной квадрату скорости звука. Нижний предел нарастания давления в импульсе устанавливают по суммарной величине предела прочности пород дегазируемого массива на разрыв ( σ_р) и геостатического давления (γ^.H). В случае пересечения скважинами гидроразрыва горных пород, уступающих по прочности дегазируемым, их изолируют от жидкости. Способ увеличивает эффективность дегазации с 15-20% до 40-50%. 1 з.п. ф-лы.