Способ сооружения подземных полостей Советский патент 1993 года по МПК B65G5/00 

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли промышленности и может быть использовано при комплексном освоении месторождений твердых полезных ископаемых, в частности строительных материалов, каменной и калийной солей, осадочных месторождений цветных и редких металлов и др., с дальнейшим использованием выработанного пространства недр для нужд народного хозяйства, например, сооружение в нем хранилищ нефте- и газопродуктов, утилизации отходов и т.п.

Известен способ извлечения полезных ископаемых из недр через основные скважины с образованием выработанного пространства и сооружением вертикальной и горизонтальной завес вокруг добычных блоков из гидроупорного, химически нейтрального материала путем его нагнетания в вспомогательные скважины и образованные из них трещины.

К недостаткам описанного способа относится следующее: малые объемы выработанного пространства ввиду избирательного извлечения полезных компонентов из продуктивной залежи; увеличенные затраты на сооружение гидроупорных завес за счет большого объема нарезных работ и скважин и отсутствия их заданной направленности; значительные потери попутных полезных ископаемых по причине селективной выемки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является

VI 00 Ю

4 СЛ

способ сооружения подземных полостей, включающий вскрытие продуктивной залежи основными скважинами, обсадку их, гидроразмыв полезных ископаемых блоками напорной жидкостью и извлечение их через основные скважины с формированием в полости свода естественного равновесия, крепление кровли полости. По данному способу перед гидроразмывом в породах непосредственной кровли формируют дополнительную выработку в форме свода устойчивого равновесия, удаляют из этой выработки породу, а максимальный радиус подземных полостей устанавливают не превышающим величины полупролета этого свода.

К недостаткам описанного способа следует отнести следующее: низкая эффективность использования подземных полостей по причине ненадежной их изоляции; низкая долговечность создаваемых полостей ввиду непродолжительных сроков поддержания их кровли, а также возможность разрушения днища и стенок полостей за счет гидрогеохимических процессов.

Цель изобретения - повышение надежности и долговечности полостей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе сооружения подземных полостей, включающем вскрытие продуктивной залежи основными скважинами, обсадку их, гидроразмыв полезных ископаемых блоками напорной жидкостью и извлечение их через основные скважины с формированием в полости свода естественного равновесия, крепление кровли полости, перед сооружением полостей определяют местоположение основной кровли размываемой залежи, обсадку основных скважин производят до основной кровли залежи, крепление кровли подземных полостей производят перед их образованием проходкой в основной кровле на границе с залежью кольцевых щелей и нагнетанием в них гидроупорного, химически нейтрального материала, свод естественного равновесия при размыве полостей формируют в залежи, при этом размыв ведут до обнажения части гидроупорного материала с добавлением в напорную жидкость, закачиваемую в одну из двух работающих скважин нейтрального красителя до появления его в смежной скважине, а при достижении отработки крайних в блоке скважин сооружают по его периметру вспомогательные скважины, соединяют их между собой вертикальными щелями гидроразмывом и нагнетают в них и на днище подземных полостей через основные скважины гидроупорный химически нейтральный материал; крепление основной

кровли полостей производят на высоту (0,2- 0,3) ее мощности; в качестве гидроупорного химически нейтрального материала используют синтетические смолы или раствор силиката натрия; вспомогательные скважины по периметру блока ниже днища подземных полостей бурят наклонно-горизонтальными до их сбойки; в качестве нейтрального красителя используют слабоконцентрированный раствор чернил и подают его в напорную жидкость после выемки из скважины 2/3 расчетного объема извлекаемых полезных ископаемых. Обсадка основных скважин до основной кровли с предвари5 тельным ее определением позволяет снизить затраты на сооружение скважин и обеспечить крепления кровли полостей. Крепление кровли подземных полостей перед их образованием проходкой в кровле

0

5

гидроразмывом из скважин кольцевых щелей с нагнетанием в них гидроупорного химически нейтрального материала, например синтетических смол, силиката натрия, обеспечивает надежность и долговечность устойчивости полостей при сравнительно

малых затратах. Этому же способствует гйд- роразмыв полезных ископаемых до формирования в подземных полостях свода естественного равновесия. Добавка в на0 порную жидкость, закачиваемую в одну из двух или нескольких одновременно работающих скважин, нейтрального красителя, например слабоконнцентрированного раствора чернил, позволяет определить момент

5 сбойки скважин и тем самым снизить затраты на образование полостей. Этому же способствует подача красителя на стадии выемки оставшегося 1/3 объема полости. Сооружение вспомогательных скважин

0 по периметру блока в заключительной стадии его выемки с соединением их между собой щелями гидроразмыва с закачкой в них и на днища полостей гидроупорного материала обеспечивает надежность и

5 долговечность подземных полостей, способствует поддержанию в них постоянного температурновлажностного режима. Kperv ление кровли полостей на высоту равную (0,2-0,3) ее мощности обеспечивает доста0 точно надежное крепление кровли при незначительных на это затратах. Величина (0.2-0,3) мощности кровли установлена исходя из расчета проявлений горного давления при скважинной гидродобыче СГД и

5 для месторождений, залегающих на глубинах до 1000 м, является достаточной. Бурение вспомогательных скважин ниже днища подземных полостей наклонно-горизонтальными позволит повысить надежность изоляции создаваемых полостей.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема реализации способа, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Продуктивная залежь 1 вскрыта основ- ными скважинами 2 и по своему периметру вспомогательными скважинами 3 (фиг. .1, 2). Посредством скважин 2 и 3 залежь 1 разделена на блоки 4, в которых сформированы полости 5 (фиг. 1). В основной кровле б за- лежи под полостями 5 формируют кольцевые щели 7 с заполнением их гидроупорным материалом, а в полостях - своды естественного равновесия 8 (фиг. 1). Из вспомогательных скважин 3 создают гидрозавесу 9 по периметру блока (фиг. 2), 10 - гидроупорный материал в кровле полости. Последовательность технологических операций по данному способу следующая. Продуктивную залежь 1 разделяют в плане на выемоч- ные блоки 4, определяют местоположение основной кровли залежи 1, вскрывают залежь с поверхности основными скважинами 2 и по периметру блока - вспомогательными скважинами 3, причем обсадку основных скважин производят до основной кровли 6, а в самой кровле 6 гидроразмывом проходят кольцевые щели 7 высотой (0,2-0,3) мощности кровли, нагнетают в них гидроупорный, химически нейтральный материал и закрепляют тем самым кровлю будущих подземных полостей 5 (фиг. 1). Формирование полостей 5 производят гидроразмывом продуктивной залежи 1 через основные скважины 2 до их сбойки, момент которой фиксируют с помощью нейтрального красителя, добавляя его в напорную воду, подаваемую в одну из смежных скважин 2 на последней трети выемки полостей. Гидроразмыв ведут до образования залежи 1 сво- да 8 естественного, устойчивого равновесия и до обнажения части гидроупорного материала 10. При достижении выемки крайних в блоке скважин 2 одновременно с гидроразмывом в них производят бурение вспо- могательных скважин 3. соединяют их между собой вертикальными щелями гидроразмыва 9 (фиг. 2). Затем, по окончании выемки полезных ископаемых из блока 4, во вспомогательные скважины 3, щели 9 и на днище полостей 5 нагнетают гидроупорный, химически нейтральный материал 10, например раствор синтетических смол или раствор силиката натрия (жидкое стекло). Вспомогательные скважины 3 ниже почвы залежи (днища полостей) возможно бурить наклонно-горизонтальными, что позволит избежать подачи гидроупорного материала на днище полости для их изоляции и увеличить тем самым их полезный объем.

Таким образом, после выемки полезных ископаемых, в недрах остается устойчивое, гидроизолированное выработанное пространство - подземные полости, которые могут быть использованы для хранения неф- те- и газопродуктов, жидких агрессивных продуктов, различных отходов.

Пример. Продуктивная залежь фос- форитоносных песчано-глинистых руд мощностью до 10 м залегает горизонтально на глубине 80-200 м. Разработку ее ведут способом СГД, при этом в плане основными скважинами с сеткой 25x25 м нарезают очистные блоки с объемом руды в каждом 10 м . Основные скважины обсаживают трубами 273 мм до основной кровли залежи - алевролитистых глин, местоположение которых определяют по данным геофизики. Перед СГД в ней проходят кольцевые щели из каждой скважины до сбойки между собой (на расстояние до 25-30 м и высотой 1,5-3 м) и заполняют их синтетической смолой марки МФ-1. После закрепления кровли начинают СГД руды с образованием в залежи полостей на высоту до 10 м и формированием в залежи свода естественного равновесия. Производя одновременный гидроразмыв руд до обнажения части гидроупорного материала в двух смежных скважинах, при достижении выемки 2/3 расчетного объема полости (примерно 12- 14 тыс.м ) в одну из скважин подают с напорной водой нейтральный краситель - слабоконцентрированный раствор чернил, и по появлению красителя в пульпе соседней скважины определяют момент сбойки. Отработка блока ведется от центра к периферии, и при достижении отработки крайних скважин блока приступают к бурению вспомогательных скважин диаметром 89- 114 мм на расстоянии 15-20 м от основных скважин и между собой. С помощью гидро- добычных снарядов диаметром не более 89 мм производят сбойку этих скважин вертикальными щелями на высоту 10-12 м от почвы до кровли залежи с последующим нагнетанием в них и на днища полостей смолы МФ-1. Применение данного способа сооружения подземных полостей позволит получить положительный эффект, выражающийся в следующем: снижаются затраты на освоение месторождения за счет отнесения части затрат на эксплуатацию подземных полостей; снижаются потери и разубожива- ние полезных ископаемых за счет искусственного поддержания кровли и изоляции залежи: улучшаются эколого-экономиче- ские условия освоения месторождений.

Ожидаемый экономический эффект от применения данного способа для опытнопромышленной стадии освоения на месторождении с запасами до 0,5 млн.м3 составит около 150 тыс,руб.

Формула изобретения 1. Способ сооружения подземных поло- стей, включающий вскрытие продуктивной залежи основными скважинами, обсадку их, гидроразмыв полезных ископаемых блоками напорной жидкостью и извлечение их через основные скважины сформированием в полости свода естественного равновесия, крепление кровли полости, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышения надежности и долговечности полостей, перед сооружением последних определяют местоположение основной кровли разматываемой залежи, обсадку основных скважин производят до основной кровли залежи, крепление кровли подземных полостей производят перед их образованием проходкой в основной кровле на границе с залежью кольцевых щелей и нагнетанием в них гид- роупорного химически нейтрального материала, свод естественного равновесия при размыве полостей формируют в залежи, при этом размыв ведут до обнаружения части гидроупорного материала с добавлением в напорную жидкость, закачиваемую в одну из двух работающих скважин, нейтрального красителя до появления его в смежной сква- жине, а при достижении отработки крайних в блоке скважин сооружают по его периметру вспомогательные скважины, соединяют их между собой вертикальными щелями гидроразмывом и нагнетают в них и на днище подземных полостей через основные скважины гидроупорный химически нейтральный материал.

2. Способ поп.1, отлич ающийся тем, что крепление основной кровли полостей производят на высоту (0,2-0,3) ее мощности.

3. Способ по пп. 1и2, отличающийся тем, что в качестве гидроупорного химически нейтрального материала используют раствор силиката натрия.

4. Способ по пп. 1-3, отличающий- с я тем, что в качестве гидроупорного химически нейтрального материала используют синтетические смолы.

5. Способ по пп. 1-4, отличаю.щи й- с я тем, что вспомогательные скважины по периметру блока ниже днища подземных полостей бурят наклонно-горизонтальными до их сбойки.

6. Способ по пп. 1-5, отличающий- с я тем, что в качестве нейтрального красителя используют слабоконцентрированный раствор чернил.

7. Способ по пп. 1-6, отличающий- с я тем, что нейтральный краситель в напорную жидкость подают после выемки из скважины 2/3 расчетного объема извлекаемых полезных ископаемых.

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли. Определяют основные сква- жины до основной кровли скважины. Производят крепление кровли подземных полостей перед их образованием проходной в основной кровле на границе с залежью кольцевых щелей. Нагнетают в щели гидроупорный, химически нейтральный материал. Размывают полости с формированием свода естественного равновесия. Размыв ведут до обнажения части гидроупорного материала. При этом в напорную жидкость добавляют нейтральный краситель до появления его в смежной скважине. При достижении отработки крайних в блоке скважин сооружают по периметру блока вспомогательные скважины. Соединяют их вертикальными щелями и нагнетают в них и на днище полостей гидроупорный химически нейтральный материал. 6 з.п. ф-лы, 2 ил. СЛ С