Способ управления труднообрушаемыми кровлями Советский патент 1990 года по МПК E21C41/16 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке пластовых месторождений для управления труднообру- шаемыми кровлями.

Целью изобретения является создание управляемого процесса изменения прочностных и структурных свойств пород кровли и повышение эффективности трещинообразования за счет исключения явления степени раскрытссти трещин под действием опорного горного давления на проникновение жидкости вглубь пород кровли.J

На фиг.1 показана схема расположения скважины в выемочном столбе лавы, вид в плане; на фиг.2 - то же, в зоне влияния опорного горного давления; на фиг.З - то же, в зоне мак- симума опорного горного давления; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.6 - сечение В-В на фиг.З; на фиг.7 - схема перемещений эпюры нап- ряжений опорного горного давления по отношению к скважине по мере подви- гания очистного забоя.

Способ осуществляется следующим образом.

При разработке пластовых месторождений с труднообрушаемыми кровлями или при переходах очистных забоев зон шовышенного горного давления под целиками с оконтуривающей выработки 1 бурят скважины 2, пересекающие породы основной кровли по длине очистного забоя 3. Бурение скважины 2 в первом случае производится через требуемый шаг обрушения основной кровли, во втором - в зону концентрации напряжения под (над) целиками. После окончания бурения устья скважин 2 обсаживаются трубами и герметизируются пес- чано-цементной забойкой.

До начала ведения взрывных работ производится предварительное увлажнение пород кровли. В ближнюю к очистному забою 3 скважину 2 с помощью высоконапорной установки 4 нагнетают жидкость, например воду. Параметры нагнетания контролируют с помощью манометра 5 и расходомера 6, которыми оборудована высоконапорная установка 4. Нагнетание воды производят от шахтного водостава 7, По окончании пред- варительного увлажнения пород кровли воду из скважины сливают и досылают на заданную глубину торпеду 8, снаря

0 5

0

,„ 45

5

0

5

женную зарядами ВВ. После этого устье скважины герметизируют противоударной приставкой и посредством высоконапорной установки нагнетают в скважину жидкость повышенной вязкости, чем при нагнетании жидкости при увлажнении пород кровли, из емкости 9, где ее предварительно размешивают до определенной консистенции. При нагнетании жидкости повышенной вязкости шланг от шахтного водостава заглушают. После заполнения скважины жидкостью повышенной вязкости производят взрывание торпеды, причем взрывание производят вне зоны 10 опорного горного давления очистного забоя.

При этом происходит закупорка пор и трещин массива вокруг скважины в зоне 11 радиальной трещиноватости, что препятствует свободному дренированию воды, ранее закачанной при увлажнении пород кровли, обратно в скважину. Кроме того, жидкость повышенной вязкости под действием про- i

дуктов взрыва, проникая в поры и трещины массива за счет расклинивающего действия самой жидкости, увеличивает их размеры и, воздействуя на ранее закачанную воду , вытесняет ее в глубь массива, тем самым значительно увеличивая зону 12 наведенной трещинова- тости (микротрещиноватости) вокруг скважины.

По мере подвигания очистного забоя скважина попадает в зону 13 все увеличивающегося опорного горного давления. Для того, чтобы сохранить трещины в зоне 11, созданные взрывом и гидроразрывом, в раскрытом состоянии и продолжить процесс образования новых трещин в зоне 12, производится дальнейшее нагнетание жидкости повышенной вязкости в скважину, при этом одновременно контролируют давление нагнетания по манометру и расход жид- когти расходомером. В процесс нагнетания в скважину жидкости поиытенной вязкости по мере изменения фильтрационных свойств массива изменяют параметры нагнетания жидкости. Так, при падении давления в скважине, происходящего в момент раскрытия новых трещин, происходит увеличение проницаемости массива, тогда для под- Держания расклинивающего действия жидкости повышенной вязкости на стенки трещин повышают расход и давление жидкости. При признаках гидроразрыва - резком увеличении давления нагнетания и снижения расхода жидкости, происходящего в момент заполнения всех трещин жидкостью, высоконапорную установку отключают, а процесс образования новых трещин и дальнейшее раскрытие существующих трещин происходит не только за счет расклинивающего действия самой вязкой- жидкости, но и за счет создания в скважине постоянного подпора, компенсирующего все возрастающее горное давление. В результате этого проис- ходит дальнейшее расширение зон 11 и 12 радиальной и наведенной трещино ватости вокруг скважины на более значительные расстояния.

В момент подхода скважины к зоне 14 максимума опорного горного давления очистного забоя процесс трещино- образования затухает, так как рас- крытость и скорость образования трещин снижается вследствие воздействия повышенного горного давления. Для того, чтобы продолжить процесс трещино образования даже в зоне повышенного горного давления в нагнетаемую вязкую жидкость вводят добавки ПАВ для увеличения ее текучести с целью проникновения ее в более мелкие поры и трещины массива.

Жидкость с добавками ПАВ, проникая в образовавшиеся трещины в кон- цевых ее частях, снижает поверхностное напряжение, способствует раскрытию и росту скорости образования новых трещин при меньшем градиенте давления нагнетания. Кроме того, смаз ка поверхности трещин вязкой жидкостью резко уменьшает угол трения на их контакте, уменьшает силу сцепления между блоками и трещинами расслоений, что положительно оказывает- ся на сдвижении блоков пород. При стремлении трещин к их закрытию под действием повышенного горного давления жидкость повышенной вязкости, концентрируясь в неровностях плос- костей трещин и расслоений, тормозит и не дает возможности трещинам полностью закрыться. При этом жидкость повышенной вязкости, обладая большей динамической вязкостью, чем вода, , .практически не выдавливается при падении давления нагнетания в сторону скважины, как это может произойти на первоначальном этапе обработки

кровли, а расклинивая трещины, задерживает воду. При увеличении гра- .диента давления жидкость повышенной вязкости, обладая уже более повышенной текучестью вследствие добавок в нее ПАВ, проникает в более мелкие поры и трещины не только массива в целом, но и во внутрь самого блока пород, нарушая тем самым его сплошность и увеличивая его расслаива- емость.

По мере возрастания радиуса тре- щиноватости под воздействием нагнетания и влияния опорного горного давления, а также при выходе скважины за зону 14 максимума опорного горного давления в момент прохождения очистным забоем створа забоя скважины возрастает количество и рас крытость трещин и соответственно фильтрационные свойства массива. Кроме того, на величину раскрытости трещин влияет степень сдвижения блоков пород относительно друг друга, возникающая при воздействии растягивающих усилий при входе скважины в зону активных смещений. Поэтому для расклинивания трещин, образованных сдвижением блоков пород, и поддержания их в раскрытом состоянии увеличивают расход и давление нагнетаемой жидкости с одновременным повышением ее вязкости, т.е в нагнетаемую жидкость прекращают подавать добавки ПАВ. Нагнетание жидкости повышенной вязкости уже без добавок ПАВ продолжают до тех пор, пока не произойдет резкое устойчивое падение давления в скважине, происшедшее вследствие прорыва жидкости по трещинам в -выработанное пространство очистного забоя. На этом процесс разупрочнения труднообрушаемой кровли на ближайшей к очистному забою скважине прекращают, оборудование демонтируют, кроме запорной арматуры на устье скважины, и переходят на следующий участок выемочного столба, т.е. на следующую скважину по ходу отработки лавы.

Формула изобретения

Способ управления труднообрушаемы- ми кровлями при разработке пластовых месторождений, включающий бурение по ходу отработки скважин в кровлю пласта, нагнетание жидкости в скважину в режиме увлажнения пород кровли, размещение в скважине зарядов ВБ и их взрывание и нагнетание жидкости в Скважину в режиме гидроразрыва, от- л и чающийся тем, что, с целью создания управляемого процесса изменения прочностных и структурных свойств пород кровли и повышение эффективности трещинообразования, бурение скважин ведут за зоной опорного горного давления, дополнительно в них закачивают жидкость повышенной |вязкости, а взрывание зарядов ВБ про- изводят после дополнительного нагнетания указанной жидкости, затем продолжают нагнетать жидкость повышенной вязкости до давления гидроразрыва

1

Т

5

с последующим поддержанием расклинивающего действия жидкости и после повторного достижения давления гидро- раэрыва и одновременного уменьшения расхода указанной жидкости в скважину вводят ПАВ, который прекращают подавать в скважину при установлении снижения давления и увеличения расхода жидкости, затем процесс нагне.а- ния жидкости повышенной вязкости до давления гидроразрыва повторяют до установления устойчивого падения давления в скважине, после чего процесс разупрочнения труднообрушаемой кровли переносят в следующую по ходу отработки скважину.

Изобретение может быть использовано при разработке пластовых месторождений для управления труднообрушаемыми кровлями (ТК). Цель - создание управляемого процесса изменения прочностных и структурных свойств ТК и повышение эффективности трещинообразования. Процесс разупрочнения ТК проводят в три этапа. На первом этапе скважина (С) находится вне зоны опорного горного давления очистного забоя (ОГДОЗ). Производят предварительное увлажнение породного массива и последующее взрывание торпед 8 в жидкости повышенной вязкости (ЖПВ). На втором этапе С находится в зоне ОГДОЗ. Производят нагнетание ЖПВ по заданным параметрам. На третьем этапе С находится в зоне максимума ОГДОЗ. Производят нагнетание ЖПВ с добавками ПАВ до тех пор, пока не произойдет прорыв жидкости по трещинам в выработанное пространство очистного забоя, после чего разупрочнение ТК переносят на следующую С по ходу отработки лапы. 7 ил.

Фиг. 2

11

. . -I

O..y.:- ..-. -Л...

.. . „ - . -x

... . .

. L« ..-.. S V ... / - .

. . ./.

«.о .. .

« I

. . .

-

. . . -I

. -. .| .. .. :

:.-. :- то::;:

n

. L« . S V / - .

./.

.. .

I

. . .

-

I)

1

S

€

ъ