Способ дегазации угольных пластов Советский патент 1992 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации и попутной добычи метана при различных способах отработки угольных пластов подземным способом.

Цель изобретения-повышение эффективности дегазации путем увеличения проницаемости угля и трещиноватости угольного пласта.

На чертеже приведена схема осуществления способа.

На схеме приняты следующие обозначения: 1 - горный массив; 2 - угольный пласт; 3 и 4 - горные выработки; 5 - скважины с размещенными в них невзрывными сейсмическими источниками 6, заполненными упруговязким телом 7; 8 - компрессор высокого давления; 9 - электронный пульт

управления для синхронизации работы группы источников колебаний во время вибровоздействия; 10 и 12 - нагнетательные и откачные скважины; |1 - гидропульсатор; 13 - вакуумный насос.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью датчиков давления, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и векторы максимального и минимального главных напряжений в угольном пласте, подлежащем дегазации.

Параллельно простиранию угольного пласта 2 в горном массиве 1 бурят скважины 5 и размещают в них источники 6 колебаний. Диаметр скважин 300 - 500 мм, глубина 5 VI

hO CJ CJ

Јь

Ю

8 м. Источники размещают в один ряд с шагом 15 - 30 м, причем направление воздействия совпадает с одним из главных напряжений в угольном пласте. Источники устанавливают в плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения.

Максимальный диаметр и глубину скважин 5 для размещения источников 6 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60-120 Гц, при которых имеет место максимальная закачка упругой энергии в тело угольного пласта 2, составляющая 3 - 9% энергии, поступающей в источник от компрессора 8 высокого давления до 300 атм. Глубина скважины 5 зависит от величины давления на источник 6 упруго- вязкого тела 7, в качестве которого используют воду, мокрый штыб или мокрый кварцевый песок, которым заполняют скважину. Эти давления определены экспериментально и составляют для частот 60- 120 Гц 5 - 8 атмосфер. Скважины бурят на расстоянии от угольного пласта, равном 3 - 5 длинам волн основной частоты, излучаемой в пласт, исходя из условий волнового подобия: при скорости волн в пласте 2400 м/с и частотах 60-120 Гц длины волн равны 20-40 м,что на удалении вЗ -5 длин волн составляет 60 - 200 м. Это обусловлено тем, что на таких удалениях поле упругих напряжений от источника распределено равномерно, в то время, как на других удалениях оно неравномерно.

Время воздействия - время синхронной работы группы источников до приведения угольного пласта в неударопасное состояние, регулируют посредством электронного пульта 9 управления. Время зависит от обводненности пласта и геомеханических условий его залегания.

При синхронной работе группы источников амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем смены деформаций сжатия угольного пласта деформациями растяжения.

Колебания вызывают в пласте относительную подвижку структурных отдельных элементов, перераспределение напряжений на пути распространения колебаний и уменьшение динамики проявления горного давления за счет истечения газов из пор и трещин в пласте при вибровоздействии. Эти явления имеют место как в случае работы одиночного источника, так и при работе группы источников.

Работу группы источников контролируют методом разгрузки с использованием тензодатчиков.

Воздействуя на угольный пласт вибрационными нагрузками, измеряют его напряженно-деформированное состояние и при достижении в нем смены деформации сжатия деформациями растяжения нагнетают в пласт воздух. При этом непрерывно измеряют температуру. Окисляют уголь и способствуют выделению метана из пласта в совокупности с вибровоздействиями и при

0 повышении температуры в пласте до уровня ниже температуры самовозгорания угля нагнетают в пласт жидкости с щелочной реакцией.

При залегании пласта на больших глу5 бинах и значительной мощности пласта вначале производят гидроразрыв в угольном пласте по его простиранию одновременно в нескольких местах нагнетанием в скважины, пробуренные с верхнего горизонта, сни0 женного под давлением инертного газа с расклинивающими агентами, в качестве которых обычно используют сажу, кварц, графит. Гидроразрыв производят нагнетанием в скважины газа при вибровоздействиях,

5 что повышает параметры гидроразрыва и увеличивает его площадь при одновременном снижении напряжений в дегазируемом пласте. Для улучшения гидро- и аэродинамических связей в угольном пласте нагнета0 ют в него горячие растворы гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом при 60 - 90° С. Для повышения эффективности газоотдачи и увеличения зоны разгрузки в угольном пласте нагнетают в пласт тринат5 рийфосфат и щавелевую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: Тринатрийфосфат0,9-6,7

Щавелевая кислота1,5-3,0

ВодаОстальное

0 Для избежания динамических проявлений горного давления во время вибровоздействия контролируют напряженно-деформационное состояние угольного пласта геомеханическими и геофизически5 ми методами.

Пример. Проводили дегазацию угольного пласта с геостатическим давлением в пласте 600 кг/см2.

В пласт были пробурены скважины для

0 извлечения газа и нагнетания разупрочняю- щих растворов. В горный массив на расстоянии 100 м от пласта были пробурены 4 скважины для вибровоздействия. В скважинах были размещены виброисточники Им5 пульс-1 на глубине 5 м от устья. Частота виброисточника 100 Гц, давление в источнике 100 кг/см2. Была определена амплитуда давления в первой полуволне вибровоздействия 1, кг/см2. Для развития знакопеременного давления в пласте, равного

геостатическому, необходимо было совершить 600 кг/см2/1,2-102 кг/см 5 104 виб- роколебаний.

Во время вибровоздействия на горный массив в нагнетательные скважины закачивали воду с добавками 2% поверхностно-активных веществ (ПАВ). Время вибровоздействия и нагнетания раствора ПАВ 30 - 90 мин. После появления в пласте деформаций растяжения была установлена частота вибровоздействий 400 Гц, соответствующая частоте собственных колебаний пласта. В нагнетательные скважины подавали водный раствор карбоната натрия. После этого из дегазационных скважин извлекали метан до полной дегазации пласта в зоне активного вибровоздействия.

Формула изобретения 1. Способ дегазации угольных пластов, включающий бурение скважин в массив горных пород из выработок разных горизонтов, определение векторов максимального и минимального главных напряжений в породном массиве, размещение в скважинах источников вибровоздействия на горные породы в плоскости, параллельной линии действия минимального главного напряжения, вибровоздействие на горный массив, возбуждение колебаний в массиве горных пород и угольном пласте и отсос газа, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности дегазации за

счет увеличения проницаемости угля и тре- щиноватости угольного пласта, скважины в породный массив бурят на расстоянии от угольного пласта, равном 3-5 длинам волн

вибровоздействия, размещают в них источники вибровоздействия и заполняют упруговязким веществом, осуществляют вибровоздействие на породный массив в диапазоне частот 60 - 120 Гц, при этом одповременно нагнетают через скважины другого горизонта в угольный пласт воду с добавками поверхностно-активного вещества и измеряют деформации и температуру в угольном пласте, а после изменения в пласте деформаций сжатия на деформации растяжения осуществляют вибровоздействие на частоте собственных колебаний пласта, причем в угольный пласт дополнительно нагнетают воздух и прекращают его нагнетание при приближении температуры в пласте к температуре его самовозгорания, а затем в пласт нагнетают жидкости с щелочной реакцией.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве жидкости с щелочной

реакцией используют растворы карбоната натрия или жидкого стекла.

3.Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью предупреждения динамических проявлений горного давления, во время вибровоздействия осуществляют контроль напряженно-деформированного состояния угольного пласта, .

I. г

Ж

43

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для дегазации и попутной добычи метана при различных способах обработки угольных месторождений подземным способом. Цель - повышение эффективности дегазации за счет увеличения проницаемости угля и трещино- ватости угольного пласта, а также предупреждение динамических проявлений горного давления. Угольный пласт подвергают вибровоздействиям с частотой 60 - 120 Гц в совокупности с .нагнетанием в пласт разупрочняющих растворов и последующим отсосом газов из пласта. В пласте осуществляют непрерывные замеры температуры во избежание самовозгорания. Осу- ществляют также вибровоздействие частотой, равной частоте собственных колебаний угольного пласта, в совокупности с нагнетанием в пласт сжиженного инертного газа под давлением с расклиниваюш.ими агентами. Производят гидроразрыв угольного пласта. Повышают его гидро- и аэродинамические связи. Осуществляют отсос газа с вакуумированием. По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет повысить эффективность дегазации и сократить затраты времени на подготовку пласта к вскрытию 2 з.п. ф-лы, 1 ил. ел С