Способ создания направленных трещин в горных породах Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разрушения породных блоков и разупрочнения горных пород при управлении кровлей или несущей способностью целиков.

Известен способ создания трещин, заключающийся в том, что в скважине размещают заряд ВВ, выполненный в виде двух конусов, соединенных основаниями,и производят встречное инициирование заряда. По данному способу трещина может быть образована лишь в плоскости, расположенной под углом 90° к оси скважины. Кроме того, взрывная технология создания трещин небезопасна при обработке массивов горных пород, вмещающих газоносные угольные пласты.

Известен также способ создания трещин, основанный на гидроразрыве массива горных пород через концентраторы напряжений в виде зародышевых щелей, образуемых в стенках скважины. Основным

недостатком известного способа является высокая трудоемкость операции по выпиливанию в стенках скважины зародышевой щели.

В качестве прототипа принят способ создания сети трещин в горном массиве, заключающийся в том, что в скважине размещают трубку со сквозными прорезями в стенках, герметизируют скважину и подают в трубку жидкость под давлением.

. Недостатком известного способа является низкая эффективность создания направленных трещин. Параллельные берега прорезей и наличие зазора между трубкой и стенками скважины на позволяют создать достаточной концентрации напряжений, и инициировать развитие трещины гидроразрыва в прочных породах.

Целью изобретения является повышение эффективности образования направленных трещин в горных породах за счет формирования концентраторов напряжений по фронту трещинообразования.

Ё

VI

ю ел

ел

Поставленная цель достигается тем. что в способе создания направленных трещин в горных породах, включающем размещение в скважинах вкладышей с полостями и осуществление гидроразрывэ,полости вкладышей формируют в виде зародышевых щелей со сходящимися под острым углом берегами, а пространство между стенками скважины и вкладышами заполняют твердеющим составом с прочностью равной или большей прочности вмещающих пород. В качестве твердеющего состава используют эпоксид- но-песчаную смесь с объемным соотношением 1:1.

На фиг.1 приведена схема гидрорэзры- ва пород кровли; на Фиг.2 - положение вкладыша в скважине при гидроразрыве.

Способ осуществляют следующим образом. Для разгрузки горной выработки 1, пройденной по угольному пласту 2, необходимо в кровле 3 создать направленную трещину 4, плоскость которой наклонена под углом а к поверхности контакта угольного пласта с породами кровли и встречают указанный контакт на расстоянии а от верхнего угла выработки. Из выработки под углом {$ к поверхности контакта бурят скважину 5, забой которой находится на расстоянии h от угольного пласта.

Значение отдельных параметров определяют из следующих выражений

/ arcta tl . | . h p arctg c + a + h . ctg a , i

Y a-0

где с - расстояние от устья скважины до верхнего угла выработки;

I - длина участка скважины до места заложения трещины гидроразрыва.

Для создания трещины используют вкладыш 6, выполненный цельным (керамика, пластмасса) или разъемным (металл). Внутри вкладыш имеет зародышевую щель 7 в виде полости со сходящимися под острым углом берегами в плоскости, которая наклонена под углом к оси корпуса. Полость каналом 8 соединена с напорной магистslrTTj

ралью 9. Для обеспечения перехода процесса трещинообразования из полости вкладыша во вмещающие скважину породы, пространство 10 между вкладышем и стенками скважины заполняют твердеющим материалом, обладающим способностью обеспечить их плотное и прочное сиепленмр . и имеющим прочностные показатели не ниже соответствующих показателей горных пород в месте намечаемого разрыва. Этим условиям, например, удовлетворяет твердеющая эпоксидно-песчаная смесь с объемным соотношением компонентов 1:1. В серии проведенных опытов получены следующие значения показателей; Сеж от 70 до 86 МПа и Е от 5,1 10 до 5,4 -104 МПа. Данная смесь может быть использована при гидроразрыве практически всех горных пород, встречающихся на угольных месторождениях. Изменение объемного соотношения в сторону увеличения содержания песка ведет к нежелательному изменению консистенции смеси, а при увеличении доли эпоксидного клея умень

шается срок твердения смеси, что создает неудобства в работе с составом.

После отвердения смеси по напорной магистрали 9 подают под давлением рабочую жидкость, под действием которой происходит рост концентрации напряжений у острия щели 7. При достижении напряжениями критических значений, определяемых прочностью материала, у границ щели происходит ее развитие от вкладыша через скрепляющий состав в стенки скважины и

далее вглубь массива. За счет разъемного соединения или разрыва вкладыша по плоскости щели обеспечиваются совместные деформации вкладыша и окружающих по- род, стимулирующие в начальной фазе процесса формирование в них искусственной трещины гидроразрыва.

После окончания процесса гидроразрыва в очередную скважину устанавливают но

вый вкладыш, герметизируют, подключают к напорной магистрали и повторяют цикл.

Изобретение предназначено для создания направленных трещин вокруг скважин. Способ включает бурение скважин, размещение в них вкладышей с полостями и осуществление гидроразрыва. Новым является то, что полости вкладышей формируют в виде зародышевой щели со сходящимися под острым углом берегами, а пространство между стенками скважины и вкладышами заполняют твердеющим составом с прочностью, равной или большей прочности вмещающих пород. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения 1. Способ создания направленных трещин в горных породах, включающий бурение скважин, размещение в них вкладышей с полостями и осуществление гидроразрыва, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности образования направленных трещин в горных породах за счет формирования концентраторов напр жений по фронту трещинообразования, полости вкладышей формируют в виде зародышевой щели со сходящимися под острым углом берегами, а пространство между стенками скважины и вкладышами заполняют твердеющим составом с прочностью равной или большей прочности вмещающих пород. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердеющего состава используют эпоксидно-песчаную смесь с объемным соотношением 1:1.