Способ гидроразрыва горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разупрочнения толщ горных пород, в основном при ведении подземных горных работ.

Известен способ, включающий.бурение в кровлю из выработки шпура или скважины, установку в шпуре герметизатора и нагнетание в горный массив, жидкости под давлением.

Недостатком способа является высокая трудоемкость задания направления трещине гидроразрыва путем нарезки в стенках щели пионерной щели.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, включающий бурение скважины в кровлю из выработки шпура или скважины, установку герметизатора и нагнетание в горный массив жидкости под давлением.

В этом способе также предусматривается предварительная нарезка кольцевой щели в скважине. Эта операция является трудоемкой, требует много времени и использование оборудования, которое серийно не выпускается.

Цель изобретения - снижение трудоемкости направленного гидроразрыва горных пород.

С этой целью, согласно известному способу, включающему бурение в кровлю из выработки скважины, установку в ней герметизатора и нагнетание в горные породы жидкости под давлением, определяют положение зоны максимума растягивающих напряжений в кровле выработки, бурят скважину перпендикулярно слоям горных пород кровли до плоскости контакта смещенных слоев горных пород, формируют до- полнительйые трещины расслоения кровли

ю о с о

путем увеличения площади ее подработки, а нагнетание жидкости осуществляют после начала расслоения пород кровли.

Кроме того, зону максимума растягивающих напряжений определяют по величине прогиба кровли выработки, а скважину размещают по оси симметрии поперечного разреза прогиба кровли выработки.

Кроме того, контроль формирования трещин расслоения осуществляют через скважину.

Кроме того, площадь подработки кровли увеличивают с помощью нарезки щелей в бортах выработки.

На фиг.1 показана толща горных пород в районе предполагаемого гидроразрыва, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - то же, что на фиг.1 (при наличии слоев горных пород в кровле); на фиг.4 - расположение герметизатора в шпуре.

Способ осуществляют следующим образом.

При разработке, например, угольного пласта 1 проходят выработку 2. Над выработкой 2 в кровле 3 формируется зона растягивающих напряжений 4 (показана эпюра напряжений). При горизонтальном залегании пласта 1 максимум этой зоны совпадаете вертикальной осью площади сечения выработки 2. Из выработки 2 бурят шпур или скважину 5, которую располагают в зоне максимума растягивающих напряжений. Затем в скважину 5 вводят до упора герметизатор 6 и производят нагнетание воды. При этом, учитывая действие растягивающих напряжений, способствующих формированию трещины перпендикулярно оси скважины 5 и то, что нагнетание воды осуществляется в дискообразный зазор 7, образованный между забоем скважины 5 герметизатором 6, трещина гидроразрыва распространяется параллельно пласту 1. В сложных горно-геологических ситуациях положение максимума зоны 4 растягивающих напряжений мощно определять с помощью инструментальных методов и - расчетных методов.

В условиях разработки.осадочных месторождений и при незначительной тектонической нарушенности можно утверждать, что положение максимума растягивающих напряжений совпадает с вертикальной осью 8 симметрии прогиба 9 кровли 3. Исходя из этого, место заложения и направление скважины 5 можно определить после замеров величин прогиба 9 кровли 3 поперек выработки 2.

Для увеличения растягивающих напряжений в кровле 3 и формирования за счет этого трещин 10 расслоения, которые появляются в основном на контакте слоев горных пород, увеличивают площадь подработки кровли 3, например, путем нарезки в бортах выработки 2 щелей 12

или путем выбуривания угля или расширяя выработку 2.

При формировании локальной зоны подработки путем нарезки щелей 12 в скважине устанавливают датчики по контролю

расстояния пород кровли 3, а после регистрации начала расслоения датчики удаляют, оснащают скажину 5 герметизатором бис помощью нагнетаемой жидкости инициру- ют развитие щели 10 на большой площади.

При этом целесообразно забой скважины 5 размещать на контакте слоев горных пород кровли, где высока вероятность появления щели 10 расслоения.

Затем в выработке 2 монтируется механизированный комплекс (не показан) и начинается обработка выемочного столба. Наличие трещины гидроразрыва в кровле исключает ее зависание, что снижает динамические нагрузки на очистную крепь.

Бурение скважины гидроразрыва в зону максимальных растягивающих напряжений обеспечивает ее пересечение с трещиной 10, что способствует направленному развитию трещины гидроразрыва, Учитывая, что

трещина 10 всегда формируется на контакте слоев кровли, то бурение скважины гид- роразрыва осуществляется с их пересечением, что обеспечивает подсечку зародышевых трещин 10. Нагнетание воды и массив после формирования зародышевых трещин расслоения кровли обеспечивает снижение необходимого давления воды, так как разрыв осуществляется по наиболее слабому контакту слоев в

кровли, обеспечивается высокая точность формирования трещины гидроразрыва, так как зародышевые трещины расслоения имеют заостренные края.

Предлагаемый способ может быть использован при управлении труднообруша- ющейся кровлей и для других технологических целей.

Для реализации способа могут быть использованы герметизаторы марки Таурус,

высоконапорная установка УНР-0,2, обеспечивающей давление 30 МПа.

Формула изобретения 1. Способ гидроразрыва горных пород, включающий бурение из выработки в кров- лю скважины, установку в ней герметизатора и нагнетание в скважину рабочей жидкости под давлением, отличающий- с я тем, что, с целью снижения трудоемкости направленного гидроразрыва горных

пород, определяют положение зоны максимума растягивающих напряжений в кровле выработки, бурят скважину перпендикулярно к слоям горных пород кровли до плоскости контакта смежных слоев горных пород, формируют дополнительные трещины расслоения кровли путем увеличения площади ее подработки, а нагнетание жидкости осуществляют после начала расслоения пород кровли.....

2. Способ по п. 1, о т ли ч а ю щ и и с я тем, что зону максимума растягивающих на0

пряжений определяют по величине прогиба кровли выраббтки, а скважину размещают по оси симметрии поперечного разреза прогиба кровли выработки.

3.Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что контроль формирования трещин расслоения осуществляют через скважину.

4.Способ по п.1. о т л и ч а ю щ и и с я тем, что площадь подработки кровли увеличивают с помощью нарезки щелей в бортах выработки.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ведении подземных горных, работ для разуплотнения горного массива, например приуправлениитруднообрушающейсякров- лей. Цель -снижение трудоемкости направленного гидроразрыва горных пород. Скважину гидроразрыва пробуривают в зоне повышенных растягивающих напряжений пород кровли, которые способствуют направленному распространению трещин гидроразрыва, Для инициирования трещин расслоения в кровле, участок, где бурится скважина гидроразрыва, подрабатывают, например, путем сооружения щелей в бортах выработки. Щели расслоения используются как зародышевые при гидроразрыве. Они обеспечивают направленное распространение трещины гидроразрыва на большое расстояние. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Ш//////ШШ/////////,

1I

2 12

Фиг Л

А-А

фуг.2