Способ снижения выбросоопасности углей и горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для снижения выбросоопасности углей и горных пород при подземной отработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ предотвращения выбросов, включающий виброобработку вы- бросоопасного угольного массива, осуществляемую непрерывно путем перемещения виброизлучателя и последующую выемку угольного пласта.

Недостатками способа являются трудоемкость и нетехнологичность, невозможность работать в выбранном диапазоне частот и регулировать интенсивность вводимых в массив колебаний, локальность способа.

Известен способ снижения выбросоопасности углей и горных пород, включающий бурение скважин в массив, установку в них источников возбуждения колебаний, нагнетание воды с добавкой ПАВ 2-3% в совокупности с возбуждением в массиве виброколебаний в диапазоне 60-1500 Гц.

Известный способ не использует для повышения эффективности способа обработку массива электромагнитными колебаниями в диапазоне 0,01-100 МГц в совокупности с нагнетанием в породы или пласт горячих растворов гидроокиси натрия или гидрокиси натрия с метанолом.

Цель изобретения - повышение эффективности газовыделения и снижения напряжений.

VJ 00

кэ го

00

XI

CJ

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу воздействуют на породный массив или участок пласта электромаг- нитными колебаниями в диапазоне 0,01-100 МГц, воздействие осуществляют в течение времени, обусловленного увеличением газовыделения из обрабатываемого участка и снижения газовыделения до уровня, имеющего место до воздействия, затем в массив нагнетают горячие растворы гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом и воздействуют с виброколебаниями с частотой, равной частоте собственных колебаний массива или угольного пласта, а вибровоздействие осуществляют до достижения напряжений, составляющих 0,5 от величины разрушающих.

На чертеже приведена схема реализации способа.

На чертеже показаны: 1 - горный массив; 2 - горная выработка; 3 - угольный пласт, 4 - нагнетальные скважины; 5 - скважины для размещения виброисточников; б

-упруго-вязкое тело; 7 - виброисточники; 8

-компрессор высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7; 9 - электронный пульт управления для синхронизации работы группы источников; 10 - источник электромагнитных колебаний для зондирования массива или угольного пласта.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине, определяют поле напряжений и главные векторы максимального и минимального напряжений в породном массиве или угольном пласте, где требуется вызвать колебания и снизить выбросоопасность.

Нормально плоскости отрабатываемого пласта бурят серию скважин 4 для нагнетания в них технологического раствора. Параллельно линии забоя в подошве бурят скважины 5 и размещают в них виброисточники 7 со встроенными в них тензодатчика- ми. Источники 7 устанавливают в плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения. Сверху источники 7 заполняют упруго-вязким телом 6.

Максимальный диаметр скважин 5 и их глубину для размещения невзрывных пневматических источников 7 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейс-. мических колебаний на частотах 60-1500 Гц, при которых имеет место максимальная закачка упругой энергии в теле пласта 3 или горной выработки 2 в массиве 1 и составляющая 3-9% всей энергии, поступающей в источник 7 от компрессора 8 высокого давления - от 60 до 300 атм. и выше. Глубина размещения источников 7 в скважинах 5 оптимальна величине давления в 7-10 атм., что и обеспечивается упруго-вязким телом 6

причем, в качестве материала упруго-вязкого тела 6 используют штыб, смешанный с водой, буровую мелочь вперемешку с водой или другие минеральные добавки,включая мокрый кварцевый песок с различными на0 полнителями. При этом акустические сопротивления горных пород в массиве и материала упруго-вязкого тела выбирают близкими по величине, что необходимо для повышения КПД передачи акустического

5 импульса в угольный пласт или породный массив.

Скважины бурят на удалении друг от друга в 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой источником, что необходимо

0 для синхронизации работы группы источников. Исходя из условий волнового подобия при скорости Р-волн в массиве 200 М м/с длины волн на частотах:

60 Гц составляет (2000 м/с)/(60 Гц) 5 33 м

на частоте 1500 Гц соответственно 1,3 м, т.е. на удалении 3-5 длин волн составит в среднем 50-100 м. Это обусловлено тем, что на таких удалениях поле упругих напряже0 ний, излучаемое источником распределено равномерно, в то время как на удалениях, равных длине волны или меньше - оно распределено неравномерно, то есть в этом случае трудно синхронизировать работу

5 группы источников.

Время воздействия - время синхронной работы группы источников для приведения локального участка породного массива или угольного пласта в неудароопасное состоя0 ние регулируют посредством электронного пульта управления 9, в котором встроены тензодатчики, преобразующие давление воздуха в электрический сигнал, причем, время воздействия зависит от обводненно5 сти горного массива и геомеханических условий залегания горных пород - горного давления, обусловленного весом вышележащих пород.

При синхронной работе группы источ0 никое их амплитуду колебаний медленно поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения напряжений в пласте равных 0,5 от разрушающих с таким условием,чтобы не

5 вызвать динамических проявлений горного давления. До, во время и после вибровоздействия на угольный пласт и прилегающий к нему массив, измеряют их 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 пласт при неизменных контактных условиях в совокупности с нагнетанием в пласт через сква- жины 4 технологических растворов, например с добавками ПАВ в количестве 1-2%, Угольный пласт обрабатывают поэтапно, вначале в диапазоне 60-1500 Гц для предварительного приведения пласта в возбужденное состояние и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия сменят деформации растяжения, то есть при достижении оптимальной проницаемости пласта или пород и увеличения гидро- и аэродинамических связей горного массива. Затем переходят на частоту колебаний,равных частоте собственных колебаний пласта.в совокупности с нагнетанием гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом. Таким образом, массив или пласт обрабатывается всеми видами сжимающих и растягивающих нагрузок, что способствует истечению газов из пор и трещин и вмещающих пород пласта и снижает выбросоопасность и увеличивает зону разгрузки за счет регионального вибровоздействия на пласт. Затем воздействуют на пласт электромагнитными колебаниями от источника 10 через питающий диполь пропускается электрический ток. Максимальный коммутируемый ток 50 А, максимальное рабочее напряжение 450 В. Ток в нагрузку подается в виде прямоугольных разнополярных импульсов с паузами. Длительность пауз устанавливается в зависимости от длительности выбранного диапазона времени регистрации процесса. Продолжительность импульсов в три раза больше пауз. Зондирование осуществляют в течение 20-30 мин в период между сменами с полным отсутствием обслуживающего персонала и соблюдений ТБ. Зондирование осуществляют в частотном диапазоне 0,01- 100 МГц в течение времени,обусловленного интенсивным газовыделением из пор и трещин пласта и горных пород.и прекращают их при снижении газовыделения до уровня, имеющего место при обычных условиях - до воздействия.

При сложных горно-геологических условиях и на больших глубинах - свыше 1500 м и при низкой проницаемости пласта и пород зондирование электромагнитными колебаниями осуществляют в совокупности с вибрационными колебаниями и нагнетанием в пласт горячих растворов гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом.

Работу группы виброисточников и аппаратуры электромагнитного зондирования

контролируют геомеханическими и геофизическими методами ислледований.

Сущность способа заключается в том, что под воздействием вибро- и электромаг- 5 нитных зондирований флюиды - жидкости и газы, содержащиеся в порах и трещинах пород.перемещаются (мигрируют) во много раз быстрее, чем в отсутствие воздействий. Миграция флюидов в горных породах и уг0 лях сопровождается перераспределением поля упругих напряжений на пути мигрирующих флюидов , дегазацией пласта или пород при приведении их в возбужденное состояние, то имеет место истечение газов

5 из пор и трещин.

Преимущества способа состоят в том, что он позволяет повысить проницаемость пласта и пород и увеличить гидро- и аэродинамические связи углей и пород, закачать в

0 пласт упругую и электромагнитную энергию в выбранном частотном диапазоне, снизить прочность пласта и пород и уменьшить риск проявления динамики горного давления, повысить эффективность способа и снизить

5 выбросоопасность пласта и вмещающих пород в массиве.

Использование предлагаемого способа позволит значительно снизить вероятность внезапных выбросов угля, породы и газа по

0 сравнению с классическими способами,не использующими для снижения выбросоо- пасности пласта или пород воздействия упругими и электромагнитными колебаниями в выбранном диапазоне частот.

5 Формула изобретения

Способ снижения выбросоопасности углей и горных пород, включающий бурение скважин в массив, установку в них источников возбуждения колебаний, нагнетание в

0 скважину воды с добавкой 2-3% ПАВ в совокупности с возбуждением в массиве виброколебаний в диапазоне частот 60-1500 Гц, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности газовыделения

5 и снижения напряжений, воздействуют на породный массив или участок пласта электромагнитными колебаниями в диапазоне частот 0,01-100 МГц, воздействие осуществляют в течение времени, обусловленного

0 увеличением газовыделения из обрабатываемого участка и снижением газовыделения до уровня, имеющего место до воздействия, затем в массив нагнетают горячие растворы гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с

5 метанолом и воздействуют виброколебаниями с частотой, равной частоте собственных колебаний массива или угольного пласта, а вибровоздействие осуществляют до достижения напряжений, составляющих не более 0,5 от величины разрушающих напряжений.

Фиг.1

Использование: горнодобывающая промышленность, подземная разработка месторождений полезных ископаемых, борьба с выбросами угля, породы и газа. Сущность изобретения: в массив пород бурят скважины, устанавливают в них источники колебаний, нагнетают в скважины раствор 2-3% ПАВ в совокупности с возбуждением колебаний частотой 60-1500 Гц, затем воздействуют на массив электромагнитными колебаниями с частотой 0,01-100 МГц, воздействие осуществляют до падения газовыделения до уровня первоначального, после чего в массив нагнетают горячие растворы гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом и воздействуют виброколебаниями с частотой, равной частоте собственных колебаний массива, до достижения напряжений, составляющих не более 0,5 от величины разрушающих напряжений. 2 ил. . Ё

//////// €

ши

i / е i/Ј

ш

I

д Фиг.2.