Способ регионального увлажнения угольных пластов Советский патент 1991 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для приведения угольных пластов в неудароопасное состояние под воздействием мощных вибрационных нагрузок в совокупности с нагнетанием различных технологических растворов.

Цель изобретения - повышение эффективности путем замены газовой фазы в лорах и трещинах угля и пород жидкой фазой, а также увеличение гидро- и аэродинамических свойств угольного пласта.

На чертеже приведена схема реализации способа. На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - горный массив, 2 - горная выработка, 3 - угольный пласт, 4 - скважины, заполненные редкоземельным веществом 5 со вставленными в них электродами, 6 - источник импульсного возбуждения напряжения, 7 - блок согласования для синхронизации источника 6 с сеймо- станцией, 8 - микропроцессорный блок, 9 - модуль памяти, 10 - пультовый терминал, 11 - цифропечатающее устройство, 12 - шпуры для нагнетания в них под давлением технологического раствора с ПАВ.

Способ осуществляется следующим образом.

О

ю ел

СА)

О

С помощью датчиков давления годных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы максимального и минимального напряжения в угольном пласте,

В штроке 2, находящемся на том горизонте, что и угольный пласт 3, бурят скважины 4 и заполняют их редкоземельным веществом 5, причем направление скважин согласуют с направлением действия одного из главных напряжений действующих в угольном пласте 3.

Максимальный диаметр скважин выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических волн в выбранном диапазоне частот, а именно диаметр скважин Ф44-66 и глубиной 3-5 м, причем скважины на 3/4 их объема заполняют р/з веществом, обладающим гигантской магни- тострикцией, В качестве р/з веществ использованыинтерметаллическиесоединения Р Fe2, Ге 2, ТоГе2, ДуГе2, Не- Ге2, которые смешивали с вяжущим - быст- ротвердеющий цемент в соотношении, % - р/з вещества 90% + вяжущее 10%, которым заполняют скважины и вставляют в них электроды для подачи импульсного возбуждающего напряжения на них от источника 6. Необходимым условием возникновения гигантской магнитострикции в р/з веществе является большая концентрация ионов р/з веществ. Этим условиям даже при комнатной температуре соответствуют вышеперечисленные интерметаллические соединения. КПД такого источника, основанного на явлении гигантской магнитострикции, составляет при 90% концентрации р/з вещества примерно 50%, т.е. примерно половину возбуждающей энергии переходит в упругие колебания, частота и интенсивность которых управляют изменениями параметров возбуждающего импульсного напряжения от источника 6, причем при этом возникают не только упругие, но и электромагнитные колебания, которые также влияют на процесс миграции флюидов в порах и трещинах пород угля. Скважины 4 с размещенными в них р/з веществами располагают на одной прямой на удалении нескольких длин волн друг от друга с таким условием, чтобы поле напряжения, излучаемое ими, было распределено равномерно, что и достигается на удалении 3-5 длин волн основной частоты от места размещения самого источника. Синхронизацию источников осуществляют посредством сейсмодатчиков, которые располагают поблизости от каждого источника 5 и зарегистрированные сигналы подают на вход блока согласования 7, связанного с микроЭВМ 8-11, в котором заложена программа управления процессом вибровоздействия на пласт 3. Время воздействия синхронной работы группы источников 4 справа и слева от пласта 3 - на его торцах - регулируемое посредством блока согласования 7 с микроЭВМ 8-11 и связанного обратной связью с источником возбуждающего напряжения 6 и средствами контроля горного давления, которое в данном случае

0 выполняет сейсмостанция с сетью датчиков упругих колебаний, зависит от обводненности пласта и геомеханических условий его залегания на данной глубине.

При синхронной работе группы источ5 никое амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения в пласте напряжений, не превышающих 0,5 от разрушающих или нормативных для данной

0 марки угля с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления. Колебания вызывают в пласте относительную подвижку структурных элементов горного массива и вмещающего

5 пласта, изменение сил внутреннего трения и сцепления между отдельными пачками угля, перераспределение поля упругих напряжений на пути распространения колебаний. Эти явления имеют место как при работе

0 одиночного источника колебаний, так и при работе группы источников.

Вода или технологический раствор с добавками 2-3% ПАВ или других разупрочня- ющих веществ, вводимая в жидкость,

5 нагнетаемую в пласт под давлением, перемещаясь по порам и трещинам пласта, проникает на расстояние до 100 длин основной частоты, генерируемой источниками.

Вибровоздействия на пласт осуществ0 ляет поэтапно: вначале воздействуют частотами 60-1500 Гц, так как при скорости Р-волн в пласте 2400 м/с и соответствующим им длинам волн от 1,5 до 30 м упругие волны взаимодействуют практически со

5 йсеми имеющимися в пласте порами и трещинами естественного или искусственного происхождения и нагнетают в пласт воду с ПАВ. По истечении необходимого времени, определяемого из условия достижения оп0 тимального достижения проницаемости в пласте (при этом деформации сжатия сменяют в пласте деформации растяжения), переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний угольного

5 пласта, лежащую в интервале 200-400 Гц и являющуюся обычно функцией глубины расположения пласта, чем глубже расположен пласт, тем меньше собственная частота колебаний пласта, и вибровоздействия производят встречными колебаниями источников,

расположенных на торцах пласта. Естественно, лучше всего производить встречные вибровоздействия источниками, расположенными параллельно линии забоя пласта, но такое расположение в массиве нереаль- но и приходится осуществлять вибровоздействия колебаниями из источников на торцах образца. Для достижения положительного эффекта рассчитывают время миграции жидкостей-флюидов исходя из величины скорости в порах и трещинах (определяют экспериментально на тех породах и углях, которые взяты из места исследования) из соотношения

хН/У/миграц.

где I - размер пласта,

/миграц. - скорость миграции флюидов, и попеременно оказывают вибровоздействия слева и справа от забоя пласта. При этом производят контроль изменения водо- насыщения пород и угля в массиве, измене- ния напряжения - деформированного состояния пород и пласта и по ним судят о- достижении положительного эффекта.

По истечении необходимого времени вибровоздействия прекращают, и источники размещают на новом месте или оставляют на старом, если сохраняется возможность поворотного воздействия на пласт. При размещении р/з веществ в сква- жинах в них в вяжущее добавляют пластификатор, при истечении срока испытаний в данном месте нагревают содержимое скважины до 30-40°, извлекают р/з вещества из скважины и размещают их на новом месте, в новой скважине, используя р/з вещества многократно.

Формула изобретения 1. Способ регионального увлажнения угольных пластов, включающий бурение скважин в горном массиве, определение предельных растягивающих напряжений, напряжений разрушения и направления действия максимального главного напряжения, установление в скважинах источников колебаний с ориентированием их по направлению максимального главного напряжения, идентичное по амплитудам и частоте воздействие на горный массив колебаниями в нескольких скважинах, нагнетание под давлением в ;кважины воды, а затем воздуха перед воздействием на горный массив колебаниями вначале в диапазоне отвода 1500 Гц, а затем на частоте собственных колебаний массива до момента установления в массиве величины напряжений, равной 0,7 предельных растягивающих напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем замены газовой фазы в порах и трещинах угля и пород жидкой фазой, изменяют амплитуду колебаний от минимального уровня до уровня достижения напряжений в угольном пласте, равных половине от разрушающих, и, поддерживая амплитуду колебаний на достигнутом уровне, дополнительно нагнетают в пласт воду или технологический раствор.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью увеличения гидро- и аэродинамических свойств угольного пласта, в воду добавляют 1 % расклинивающих агентов с размерами частиц 0,05-0,1 мм.

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для приведения угольных пластов в неудароопасное состояние под воздействием вибрационных мощных нагрузок в совокупности с нагнетанием различных технологических растворов. Цель изобретения - повышение эффективности путем замены газовой фазы в порах и трещинах угля и пород жидкой фазой. Располагают невзрывные пневматические источники в скважинах (С), окаймляющих угольный пласт и отстающих на удалении 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в пласт. Определяют векторы максимального и минимального главных напряжений и ориентируют оси источников в направлении действия одного из главных напряжений. Заполняют с упруго-вязким телом, возбуждают колебания в угольном пласте в диапазоне частот 60-1500 Гц. Амплитуду колебаний регулируют от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в угольном пласте достигают половины от разрушающих. Затем, поддерживая амплитуду колебаний на достигнутом уровне, нагнетают в С угольного пласта воду или технологический раствор. При нагнетании в С в воду добавляют 1 % расклинивающих агентов с размерами частиц 0,05-0,1 мм. 1 з,п.ф-лы, 1 ил. Ё