Способ разупрочнения массивов горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к способам разупрочнения горных пород при промышленной разработке полезных ископаемых для эффективного проведения буровых работ и различных мероприятий, связанных с разупрочнением материалов.

Известен способ термического разрушения горных пород лазерным излучением, согласно которому с целью повышения эффективности разрушения в зоне нагрева породы подают поток газа (соединение галогенов), вступающего в химические реакции с окисью кремния (с горной породой), в состав которого дополнительно ввоДят фтористый водород.

Недостатками способа являются большие энергетические затраты при разрушении за счет интенсивного поглощения энергии лазерного излучения парами окиси кремния в зоне нагрева породы и опасность применения агрессивного соединения. Фтористый водород во влажной среде горного массива превращается в сильную пла5

Ё

виковую кислоту, которая разрушает ценные полезные минералы, например алмаз, и другие компоненты полезных ископаемых.

Перечисленные недостатки, в конечном счете, не дают возможность полностью оправдать все усилия, затраченные на повышение интенсивности разрушения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ предварительного ослабления массива в зоне геологического нарушения, включающий бурение скважин впереди очистного забоя и температурное воздействие на массив. С целью повышения эффективности в известном способе температурное воздействие на массив производят циклично.

К недостаткам указанного способа относится применение подогретого воздуха- для подачи в забойную часть скважины. Для разогрева массива подогретым воздухом требуется затрата большого количества энергии. Это связано с тем, что теплоем ч|OJ Ю О

to

кость воздуха гораздо меньше (теплоемкость азота СР° 29,1 Дж/моль °К, кислорода Ср° 29.35 Дж/моль- °К), чем теплоемкость влажного массива (теплоемкость воды СР° - 75,299 Дж/моль °К).

Известный способ предусматривает добавление поверхностно-активных веществ для обеспечения оттаивания массива. Обычно поверхностно-активные вещества бывают твердыми, растворимыми в воде ве- ществами. Их разбавление и подача с горячим воздухом - сложная технологическая задача и требует больших затрат.

Целью изобретения является повышение эффективности разупрочнения за счет импульсного воздействия на массив.

Способ осуществляется следующим образом.

В зоне разупрочнения в водоносный горизонт с дневной поверхности пробури- вается скважина. Температура пласта 10°С, пластовое давление 2,0 МПа. По скважине в пласт нагнетается природный газ под давлением, превышающим пластовое, но меньше равновесного давления гид- ратообразования (3.0 - 5,0 МПа}. При этом пластовая вода оттесняется радиально от скважины и 8 зоне разупрочнения образуется область гмдратообразоааияя. внутри зо- ны из перового пространства вода оттесняется ив полностью и часть остается внутри зоны разупрочнения. По периметру данной зоны образуется ореол оттесненной пластовой воды, которая по мере повышения давления выше равновесного (12,5 - 15,0 МПа) за счет увеличения поверхности контакте газ - воде образует плотный газо- водонепроницаемый экран. В области разупрочнения горного массива появляется непроницаемый замкнутый объем. Внутри данного объема под действием высокого давления происходит образование газовых гидратов а пористой среде с переходом пластовой воды. При этом происходит увеличение объема воды, которое сопровождается расклинивающим действием гидратов на стенки пор и предварительным разупрочнением горного массива. Удельный объем воды в гидратном состоянии возрастает до 1,26 -1,32 см3/г. За счет фазового перехода пластовой воды в твердое гмдратное состояние в пороаом пространстве происходит разупрочнение массива горной-породы.

После перехода пластовой воды в твердое гидратное состояние, которое контро- лируется прекращением падения давления газа-гидратообразователя и последующим повышением давления в замкнутом объеме внутри газогидратного экрана при дальнейшем нагнетании дополнительной порции газа (15- 16 МПа), скважина герметизируется. Подачей тепловой энергии (лазерным излучением или энергией взрыва) газовые гидраты разлагаются внутри созданного замкнутого объема. При этом в результате разрушения двойных гидратов из малых полостей выделяется метан, из больших полостей выделяются этан, пропан и изо- бутан. Давление внутри экрана повышается до 40 - 45 МПа. Дальнейшей подачей энергии разрушается газогидратный экран, создается импульсное движение газа, которое способствует интенсивному разупрочнению массива горной породы.

Предлагаемый способ обеспечивает разупрочнение горной породы без больших энергетических затрат за счет фазового перехода воды при положительных температурах, высокого давления выделяющихся газов при разложении гидрата, объемного расширения газа внутри газогидратного экрана под действием небольшой положительной температуры и, наконец, импульсного движения газов при разрушении газогидратного экрана Исключается сооружение дорогостоящей специальной камеры из высококачественного материала, предназначенной для сжимания жидкости или газа.

Ожидается не только фактический экономический эффект, связанный с устранением дополнительных- затрат для изготовления камеры, но и создаются благоприятные безвзрывные способы разупрочнения массива горных пород, которые не оказывают-отрицательное влияние на экологию и не нарушают природоохранные мероприятия.

Формула изобретения Способ разупрочнения массивов горных пород, включающий бурение скважин в разупрочняемый массив, подачу через скважину газа и тепловое воздействие на массив через скважины, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разупрочнения за счет импульсного воздействия на массив, подачу газа осуществляют в режиме нагнетания первоначально до давления, превышающего пластовое давление в массиве, до вытеснения из разупрочняе- мого массива природной воды, затем повышают давление нагнетания до значений давления образования газового гидрата, после чего осуществляют тепловое воздействие на разупрочняемый массив нагревом до температуры, превышающей критическую температуру гидратообразования.

Использование: при промышленной разработке полезных ископаемых для разупрочнения массивов горных пород, предназначенных к выемке. Сущность изобретения: через скважины, пробуренные в массив, нагнетают газ до давления, превышающего пластовое давление в массиве, до вытеснения из разупрочняемой области природной воды, затем повышают давление нагнетания до значения давления образования газового гидрата, после чего осуществляют тепловое воздействие на разупрочняемый массив нагревом до температуры, превышающей критическую температуру гидратообразования.