Способ дегазации угольных пластов Советский патент 1991 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для дегазации угольных пластов или локальных участков горного массива.

Цель изобретения - повышение эффективности дегазации за счет увеличения проницаемости угольного пласта.

На чертеже приведена схема реализации способа.

Схема включает горный массив 1, угольный пласт 2, скважины 3 с размещенными в них невзрывными пневматическими источниками 4 со встроенными в них тензодатчи- ками 5, горную выработку 6, компрессор 7 высокого давления (ЭУ-5 или ЭУ-7), электронный пульт 8 управления, микропроцессорный блок 9, модуль 10 памяти, пультовый терминал 11. цифропечатающее устройство 12, шпуры 13 для бомбардировки угольного пласта пучками нейтронов высоких энергий с использованием нейтронного генератора 14, контрольные скважины 15с размещенными в них средствами контроля горного давления, ai и Oz - векторы максимального и минимального главных напряжений в угольном пласте.

Оч

ел VI о ел

00

Способ осуществляют следующим образом.

Из горной выработки бурят серию контрольных скважин 15 и шпуров 13 параллельно забою лавы.

В контрольной скважине устанавливают датчики давления горных пород и определяют поле главных напряжений и главные век торы напряжений в угольном пласте. Также определяют величину разрушающих напряжений пласта.

Из выработки, проведенной параллельно первой на угольный пласт 2, бурят скважины 3 и размещают в них невзрывные пневматические источники 4 со встроенными т.ензодатчиками 5. Источники устанавливают в плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения.

Максимальный диаметр скважин и их глубину для размещения невэрывных пневматических источников 4 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60-1500 Гц, при которых имеет место оптимальная закачка упругой энергии в тело угольного пласта 2, составляющая 3-16% всей энергии, поступающей в источник 4 от компрессора 7 (60-300 атм). Глубина размещения источников в скважинах 3 оптимальна при величине давления в 7-10 атм, что и обеспечивается упруговязким телом, помещаемым в скважине 3 после размещения в них источников 4. В качестве упруговязкого тела используют обычно либо мелочь породы - буровую мелочь, смешанную с водой, либо кварцевый песок с добавками металлических опилок, при этом акустические свойства материала упруговязкого тела выбирают близкими по величине акустическому сопротивлению пород, слагающих массив в месте бурения скважине. Это необходимо для более полной передачи энергии возбуждаемой волны в угольный пласт и горный массив.

Скважины бурят на расстоянии 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив.

Время воздействия синхронной работы группы источников 4 для приведения угольного пласта в неудароопасное состояние регулируют посредством преобразования импульса давления сжатого воздуха, подаваемого компрессором 7 в источник 4, и устанавливают в зависимости от обводненности горного массива и угольного пласта, степени проницаемости пласта и геомеханических условий его залегания.

При синхронной работе группы источников амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого достижением напряжений в угольном пласте, равных 0,5 от разрушающих, для того, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления.

Во время воздействия на угольный пласт и прилегающий к нему горный массив вибрационными нагрузками измеряют его напряженно-деформированное состояние и

при достижении в нем напряжений, не превышающих 0,5 от разрушающих, поддерживают колебания на достигнутом уровне и осуществляют закачку упругой энергии в угольный пласт при неизменных контактных

условиях в совокупности с нагнетанием в пласт через скважины 13 технологических растворов с различными добавками, например поверхностно-активных веществ с добавкой 1% чистого кварцевого песка

с размерами частиц 1-10 мм, Угольный пласт обрабатывают поэтапно, вначале для предварительного приведения угольного пласта в колебательное состояние на частотах СО-1500 Гц. т.е. на длинах волн, соизмеримых с размерами отдельностей угольного пласта и его пачек, а затем переходят на частоту воздействия, равную частоте собственных колебаний угольного пласта, причем воздействия осуществляют в направлении

действия минимального главного напряжения в угольном пласте. Таким образом, пласт обрабатывается всеми возможными видами напряжений - вибрационными нагрузками, что способствует истечению газа

из пор и трещин и повышению эффективности процесса дегазации под воздействием вибрационных нагрузок,

По истечении необходимого времени источники выключают и перемещают на новое место, предварительно пробурив для них скважины, или оставляют на старом месте, если сохраняется возможность повторного воздействия и достижения в угольном пласте необходимого эффекта.

Для предотвращения газодинамических явлений уюльный пласт посредством нейтронного генератора 14 бомбардируют пучками почов высоких энергий - время их жизни составляет несколько минут, причем нейтрон - нестабильная частица, распадающаяся по cxjBMe

П ё +Ve ,

где Р - протон (нейтрон), е - электрон, ve - антинейтрино,

Среднее время жизни нейтронов 15,3 мин, но в угольном пласте вследствие сильного поглощения время их еще меньше. В результате сильного поглощения нейтронов ядрами газовых компонент, содержащихся

в порах и трещинах, последние распадаются на атомы, которые обладают большей проникающей способностью, чем связанные газы СОа, СН4 и другие. Если на пути нейтронов встречаются газовые полости,

находящиеся под давлением, то они взаимодействуют со связанными газами и способствуют их диффундированию в поры и трещины угольного пласта и горного массива.

Для бомбардировки пласта в шпуры 13, пробуренные через 1 м, помещают нейтронный генератор. Осуществляют бомбардировку нейтронами высоких энергий, подбирая интенсивность генератора (источника нейтронов) таким образом, чтобы энергия излучаемых нейтронов в угольный пласт позволяла при наличии газовых полостей проникнуть в глубь пласта на расстояние не менее, чем 5-10 м. Бомбардировку осуществляют в совокупности с вибрационными нагрузками. Осуществляют бомбардировку газовых полостей в угольном пласте нейтронами, разлагают горючие флюиды - ChU, СОз и другие - на атомы, что снижает вязкость и энергетические барьеры, повышает пластичность и миграционную и диффузионную способность атомоа, которые под воздействием вибрационных колебаний перераспределяются в угольном пласте и окружающем его горном массиве и способствуют истечение газов из пор и трещин угольного пласта.

После виброобработки пласта осуществляют извлечение газа из скважин.

Пример. Осуществляли дегазацию угольного пласта.

Вначале определили характер распределения скорости газовыделения. Вибровоздействие проводили на частоте 60 Гц. Скважины вибровоздействия пробурили на расстоянии 120-200 м от пласта, что составило величину порядка 3-5 длин волн. В скважинах были размещены 4 виброисточника. Амплитуду давления А, подводимого к пневматическому виброисточнику, определяли из соотношения

A-(0.015PV)1/3/R, кг/см2, где Р -давление сжатого воздуха, подаваемого к источнику, кг/см2;

V - объем камеры виброисточника, дм ;

R - глубина размещения источника в скважине, м.

Учитывая, что вибровоздействие должно происходить на уровне 0,5 от разрушающих нагрузок для данного пласта, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления, внезапных выбросов угля, породы и газа, и исходя из параметров источников типа Импульс-1 : частота 100 Гц, объем 10 дм3, давление в источнике 100 кг/см , глубина размещения в скважине 10 м - из указанной формулы получили А 1.5 кг/см2 для одного источника. Для четырех источников А - 6 кг/см2.

Горное давление на глубине, где осуществляли дегазацию пласта, - 900 кг/см. Для создания в пласте давления в первой полуволне, равному горному (геостатическому) давлению, необходимо было совершить N (900 кг/см2/б 102 кг/см2) - 1,5- 104 вибровоздействий. При этом в пласте возникали волны сжатия и растяжения, под воздействием которых осуществляли

следующие операции: нагнетали в пласт разупрочняющие вещества, воду и вибровоздействия производили в течение времени, при котором деформации сжатия сменяли деформации растяжения в диапазоне частот 60-1500 Гц, что было обусловлено длиной волны, т.е. способностью упругой волны взаимодействовать с флюидами - жидкостями и газами, которые содержатся в порах и трещинах в угольном пласте. При

скоросте волн в пласте 2400 м/с в диапазоне частот 60-1500 Гц длины волн составляли 1,6-40 м и охватывали весь спектр трещино- ватости, имеющейся в пласте, вследствие чего в этом диапазоне с одной стороны осуществляли повышение проницаемости угля и горных пород в массиве и тем самым повышали его аэро- и гидродинамические связи угля и горных пород, а с другой стороны способствовали истечению газов (дегазации) из пор и трещин пласта.

При нормальных условиях скорость газовыделения из пласта составляла 1,2-2 л/мин, з при вибровоздействиях этот показатель увеличился от 6 до 18 раз, что было подтверждено полевыми натурными измерениями. На выбросоопасном пласте для избежания динамики проявления горного давления осуществляли вибровоздействия на уровне 0,2-0,3 от разрушающих напряжений в совокупности с бомбардировкой угольного пласта частицами нейтронов высоких энергий посредством нейтронного генератора. При этом нейтроны разлагали газовые смеси - С02, СН/ на составные части (в атомарное состояние). Этим самым уменьшилась вероятность динамики проявления горного давления. Проникающая способность нейтронов составляла 5-7 м. Формула изобретения

1. Способ дегазации угольных пластов, включающий бурение скважин, определение векторов максимального и минимального главного напряжений в угольном пласте, установку в скважинах источников колебаний, оси которых располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напряжению, возбуждению колебаний в угольном пласте, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа

за счет увеличения проницаемости угольного пласта, размещают в скважинах невзрывные пневматические источники, заполняют их упруговязким телом, причем источники размещают в скважинах, отстоящих от угольного пласта на удалении 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в угольный пласт, возбуждают колебания, регулируют амплитуду колебаний от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в угольном пласте достигнут 0,5 от разрушающих, а затем, поддерживая амплитуду колебаний на достигнутом уровне, нагнетают в угольный пласт технологический раствор, причем воздействие производят до тех пор, пока уровень концентрации метана не снизится до допустимого или нормативного.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что параметры вибровоздействия в скважинах задают идентичными для всех источников, а воздействие на угольный

пласт осуществляют поэтапно, вначале приводят угольный пласт в колебательное состояние в диапазоне 60-1500 Гц, а затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний угольного пласта, причем для избежания динамических проявлений горного давления осуществляют во время воздействия контроль за напряженным состоянием угольного пласта.

3.Способ по п.1,отличающийся тем, что угольный пласт дополнительно бомбардируют пучками нейтронов высоких энергий.

4.Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью увеличения проницаемости угольного пласта и улучшения гидродинамических связей, перед нагнетанием в 1%-ный технологический раствор добавляют чистого кварцевого песка с размерами частиц 1-10 мм.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации угольных пластов при их отработке подземным способом. Цель - повышение эффективности дегазации за счет увеличения проницаемости горных пород, В массиве горных пород бурят скважины. В последних на расстоянии от пласта, равном 3-5-ти длинам волн основной получаемой частоты, размещают невзрывные пневматические источники вибрации, определяют векторы максимального и минимального главных напряжений, ориентируют оси источников в направлении действия одного из главных напряжений, заполняют скважину упруго- вязким материалом, возбуждают в угольном пласте колебания. Амплитуду колебаний меняют от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в угольном пласте достигают 0,5 от разрушающих. Воздействие на угольный пласт осуществляют поэтапно; вначале приводят угольный пласт в колебательное состояние в диапазоне частот от 60 до 1500 Гц, а затем переходят на частоту, равную частоте собственных коле- Саний угольного пласта в совокупности с бомбардировкой пласта пучками нейтронов высоких энергий. Воздействие осуществляют до тех пор, пока уровень концентрации метана в лаве не снижается до нормативного, что позволяет значительно повысить эффективность предлагаемого способа по сравнению с известными. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. W Ё

ЗА5