RU1782287C

RU1782287C - Method of reduction of outburst hazard of coals and rocks

Info

Publication number: RU1782287C
Application number: SU894770042A
Authority: RU
Inventors: Андрей Викторович Бакулин; Виктор Николаевич Бакулин
Original assignee: Андрей Викторович Бакулин
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1992-12-15

Abstract

Использование: горнодобывающа промышленность , подземна разработка месторождений полезных ископаемых, борьба с выбросами угл , породы и газа. Сущность изобретени : в массив пород бур т 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 колебани ми с частотой 0,01-100 МГц, воздействие осуществл ют до падени газовыделени до уровн первоначального, после чего в массив нагнетают гор чие растворы гидроокиси натри или гидроокиси натри с метанолом и воздействуют виброколебани ми с частотой, равной частоте собственных колебаний массива, до достижени напр жений , составл ющих не более 0,5 от величины разрушающих напр жений. 2 ил. . ЁUsage: mining, underground mining, abatement of coal, rock and gas. Summary of the invention: wells are drilled into an array of rocks, vibration sources are installed in them, a solution of 2-3% surfactant is injected into the wells in combination with excitation of oscillations with a frequency of 60-1500 Hz, then they are affected by electromagnetic waves with a frequency of 0.01-100 MHz, the effect is carried out until the gas evolution drops to the initial level, after which hot solutions of sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol are injected into the array and exposed to vibrations with a frequency equal to the frequency of natural oscillations of the array , Until the voltages constituting no more than 0.5 times the magnitude of the destructive stresses. 2 ill. . Yo

Description

Изобретение относитс к области горного дела и может быть использовано дл снижени выбросоопасности углей и горных пород при подземной отработке месторождений полезных ископаемых.The invention relates to the field of mining and can be used to reduce the outburst hazard of coal and rocks during underground mining of mineral deposits.

Известен способ предотвращени выбросов , включающий виброобработку вы- бросоопасного угольного массива, осуществл емую непрерывно путем перемещени виброизлучател и последующую выемку угольного пласта.There is a known method for preventing emissions, including vibration processing of an exhaustive coal mass, carried out continuously by moving the vibration emitter and subsequent excavation of the coal seam.

Недостатками способа вл ютс трудоемкость и нетехнологичность, невозможность работать в выбранном диапазоне частот и регулировать интенсивность вводимых в массив колебаний, локальность способа .The disadvantages of the method are the complexity and low technology, the inability to work in the selected frequency range and to regulate the intensity of the vibrations introduced into the array, the locality of the method.

Известен способ снижени выбросоопасности углей и горных пород, включающий бурение скважин в массив, установку в них источников возбуждени колебаний, нагнетание воды с добавкой ПАВ 2-3% в совокупности с возбуждением в массиве виброколебаний в диапазоне 60-1500 Гц.A known method of reducing the outburst hazard of coals and rocks, including drilling wells in an array, installing vibration excitation sources therein, injecting water with a surfactant additive of 2-3% in conjunction with excitation in an array of vibrations in the range of 60-1500 Hz.

Известный способ не использует дл повышени эффективности способа обработку массива электромагнитными колебани ми в диапазоне 0,01-100 МГц в совокупности с нагнетанием в породы или пласт гор чих растворов гидроокиси натри или гидрокиси натри с метанолом.The known method does not use to increase the efficiency of the method the processing of the array by electromagnetic waves in the range of 0.01-100 MHz in conjunction with the injection into the rock or reservoir of hot solutions of sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol.

Цель изобретени - повышение эффективности газовыделени и снижени напр жений .The purpose of the invention is to increase the efficiency of gas evolution and voltage reduction.

VJ 00Vj 00

кэ гоke go

0000

XIXi

CJCj

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу воздействуют на породный массив или участок пласта электромаг- нитными колебани ми в диапазоне 0,01-100 МГц, воздействие осуществл ют в течение времени, обусловленного увеличением газовыделени из обрабатываемого участка и снижени газовыделени до уровн , имеющего место до воздействи , затем в массив нагнетают гор чие растворы гидроокиси натри или гидроокиси натри с метанолом и воздействуют с виброколебани ми с частотой, равной частоте собственных колебаний массива или угольного пласта, а вибровоздействие осуществл ют до достижени напр жений, составл ющих 0,5 от величины разрушающих.The goal is achieved by the fact that according to the method they act on a rock mass or a section of the formation by electromagnetic waves in the range of 0.01-100 MHz, the effect is carried out for a time due to an increase in gas evolution from the treated area and a decrease in gas evolution to the level that occurs before exposure, then hot solutions of sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol are injected into the array and exposed to vibrations with a frequency equal to the natural frequency of the array or coal formation, and vibration exposure is carried out until stresses of 0.5 of the destructive value are reached.

На чертеже приведена схема реализации способа.The drawing shows a diagram of the implementation of the method.

На чертеже показаны: 1 - горный массив; 2 - горна выработка; 3 - угольный пласт, 4 - нагнетальные скважины; 5 - скважины дл размещени виброисточников; бThe drawing shows: 1 - mountain range; 2 - forge mining; 3 - coal seam, 4 - injection wells; 5 - wells for accommodating vibration sources; b

-упруго-в зкое тело; 7 - виброисточники; 8- elastic-viscous body; 7 - vibration sources; 8

-компрессор высокого давлени ЭУ-5 или ЭУ-7; 9 - электронный пульт управлени дл синхронизации работы группы источников; 10 - источник электромагнитных колебаний дл зондировани массива или угольного пласта.high pressure compressor EU-5 or EU-7; 9 is an electronic control panel for synchronizing the operation of a group of sources; 10 is a source of electromagnetic waves for sensing an array or coal seam.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

С помощью датчиков давлени горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине, определ ют поле напр жений и главные векторы максимального и минимального напр жений в породном массиве или угольном пласте, где требуетс вызвать колебани и снизить выбросоопасность.Using the rock pressure sensors installed in the control well, the stress field and the main vectors of the maximum and minimum stresses in the rock mass or coal seam are determined where it is necessary to cause vibrations and reduce the outburst hazard.

Нормально плоскости отрабатываемого пласта бур т серию скважин 4 дл нагнетани в них технологического раствора. Параллельно линии забо в подошве бур т скважины 5 и размещают в них виброисточники 7 со встроенными в них тензодатчика- ми. Источники 7 устанавливают в плоскости, проход щей через линию действи минимального главного напр жени . Сверху источники 7 заполн ют упруго-в зким телом 6.Normally, the planes of the reservoir to be drilled a series of wells 4 to inject the grout into them. Parallel to the bottom line at the bottom of the borehole 5 are drilled and vibration sources 7 are placed in them with strain gauges built into them. Sources 7 are mounted in a plane passing through the line of action of the minimum principal voltage. From above, the sources 7 are filled with an elastic-viscous body 6.

Максимальный диаметр скважин 5 и их глубину дл размещени невзрывных пневматических источников 7 выбирают исход из оптимальных условий возбуждени сейс-. мических колебаний на частотах 60-1500 Гц, при которых имеет место максимальна закачка упругой энергии в теле пласта 3 или горной выработки 2 в массиве 1 и составл юща 3-9% всей энергии, поступающей в источник 7 от компрессора 8 высокого давлени - от 60 до 300 атм. и выше. Глубина размещени источников 7 в скважинах 5 оптимальна величине давлени в 7-10 атм., что и обеспечиваетс упруго-в зким телом 6The maximum diameter of the boreholes 5 and their depth for accommodating non-explosive pneumatic sources 7 are selected based on the optimal seismic excitation conditions. oscillations at frequencies of 60-1500 Hz, at which there is a maximum injection of elastic energy in the body of the formation 3 or mining 2 in the array 1 and constituting 3-9% of all energy entering the source 7 from the compressor 8 high pressure - from 60 up to 300 atm. and higher. The depth of placement of the sources 7 in the wells 5 is optimal for the pressure value of 7-10 atm., Which is provided by the elastic-viscous body 6

причем, в качестве материала упруго-в зкого тела 6 используют штыб, смешанный с водой, буровую мелочь вперемешку с водой или другие минеральные добавки,включа мокрый кварцевый песок с различными на0 полнител ми. При этом акустические сопротивлени горных пород в массиве и материала упруго-в зкого тела выбирают близкими по величине, что необходимо дл повышени КПД передачи акустическогоmoreover, as the material of the elastic-viscous body 6, a bayonet mixed with water, drill fines mixed with water, or other mineral additives, including wet quartz sand with various fillers, are used. In this case, the acoustic resistances of the rocks in the massif and the material of the elastic-viscous body are chosen close in magnitude, which is necessary to increase the transmission efficiency of the acoustic

5 импульса в угольный пласт или породный массив.5 pulses in a coal seam or rock mass.

Скважины бур т на удалении друг от друга в 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой источником, что необходимоThe wells are drilled at a distance of 3-5 wavelengths of the fundamental frequency emitted by the source, which is necessary

0 дл синхронизации работы группы источников . Исход из условий волнового подоби при скорости Р-волн в массиве 200 М м/с длины волн на частотах:0 to synchronize the operation of a group of sources. Based on the conditions of wave similarity at a speed of P-waves in an array of 200 M m / s wavelength at frequencies:

60 Гц составл ет (2000 м/с)/(60 Гц) 5 33 м60 Hz is (2000 m / s) / (60 Hz) 5 33 m

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 удалени х поле упругих напр же0 ний, излучаемое источником распределено равномерно, в то врем как на удалени х, равных длине волны или меньше - оно распределено неравномерно, то есть в этом случае трудно синхронизировать работуat a frequency of 1500 Hz, respectively 1.3 m, i.e. at a distance of 3-5 wavelengths, it will be on average 50-100 m. This is due to the fact that at such distances the field of elastic stresses emitted by the source is evenly distributed, while at distances of equal wavelength or less, it unevenly distributed, that is, in this case it is difficult to synchronize the work

5 группы источников.5 groups of sources.

Врем воздействи - врем синхронной работы группы источников дл приведени локального участка породного массива или угольного пласта в неудароопасное состо 0 ние регулируют посредством электронного пульта управлени 9, в котором встроены тензодатчики, преобразующие давление воздуха в электрический сигнал, причем, врем воздействи зависит от обводненно5 сти горного массива и геомеханических условий залегани горных пород - горного давлени , обусловленного весом вышележащих пород.Impact time — the time of synchronous operation of a group of sources to bring the local area of the rock mass or coal seam into a non-shock state is controlled by an electronic control panel 9, in which load cells are converted that convert the air pressure into an electrical signal, and the exposure time depends on the water cut of the mountain massif and geomechanical conditions of occurrence of rocks - rock pressure due to the weight of overlying rocks.

При синхронной работе группы источ0 никое их амплитуду колебаний медленно поднимают от минимального до максимального уровн , определ емого уровнем достижени напр жений в пласте равных 0,5 от разрушающих с таким условием,чтобы неDuring the synchronous operation of the group, their oscillation amplitude is slowly raised from the minimum to the maximum level, determined by the level of reaching stresses in the formation equal to 0.5 from the destructive ones, so that

5 вызвать динамических про влений горного давлени . До, во врем и после вибровоздействи на угольный пласт и прилегающий к нему массив, измер ют их напр женно-деформированное состо ние и при достижении в нем напр жений, не превышающих5 to cause dynamic manifestations of rock pressure. Before, during and after vibration exposure on the coal seam and the array adjacent to it, their stress-strain state is measured and when stresses in it do not exceed

0,5 от разрушающих, поддерживают колебани на достигнутом уровне и осуществл ют закачку упругой энергии в пласт при неизменных контактных услови х 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 дл предварительного приведени пласта в возбужденное состо ние и вибровоздействи осуществл ют в течение времени, при котором деформации сжати смен т деформации раст жени , то есть при достижении оптимальной проницаемости пласта или пород и увеличени гидро- и аэродинамических св зей горного массива. Затем переход т на частоту колебаний,равных частоте собственных колебаний пласта.в совокупности с нагнетанием гидроокиси натри или гидроокиси натри с метанолом. Таким образом, массив или пласт обрабатываетс всеми видами сжимающих и раст гивающих нагрузок, что способствует истечению газов из пор и трещин и вмещающих пород пласта и снижает выбросоопасность и увеличивает зону разгрузки за счет регионального вибровоздействи на пласт. Затем воздействуют на пласт электромагнитными колебани ми от источника 10 через питающий диполь пропускаетс электрический ток. Максимальный коммутируемый ток 50 А, максимальное рабочее напр жение 450 В. Ток в нагрузку подаетс в виде пр моугольных разнопол рных импульсов с паузами. Длительность пауз устанавливаетс в зависимости от длительности выбранного диапазона времени регистрации процесса. Продолжительность импульсов в три раза больше пауз. Зондирование осуществл ют в течение 20-30 мин в период между сменами с полным отсутствием обслуживающего персонала и соблюдений ТБ. Зондирование осуществл ют 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 газовыделени до уровн , имеющего место при обычных услови х - до воздействи .0.5 from destructive ones, they maintain fluctuations at the achieved level and carry out the injection of elastic energy into the formation under constant contact conditions in conjunction with the injection into the formation through wells of 4 technological solutions, for example, with surfactant additives in an amount of 1-2%, Coal the formation is treated in stages, first, in the range of 60-1500 Hz, to preliminarily bring the formation into an excited state and vibration exposure, it is carried out during the time at which compression deformations replace tensile deformations, i.e., when imalnoy or formation permeability rocks and increase the aerodynamic and hydraulic bonds of the rock mass. Then they switch to a frequency of oscillations equal to the frequency of natural oscillations of the formation. In conjunction with the injection of sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol. Thus, the array or formation is treated with all kinds of compressive and tensile loads, which contributes to the outflow of gases from pores and cracks and host rocks of the formation and reduces the outburst hazard and increases the discharge zone due to regional vibration exposure to the formation. An electric current is then applied to the formation by electromagnetic waves from the source 10 through the supply dipole. The maximum switching current is 50 A, the maximum operating voltage is 450 V. The current is supplied to the load in the form of rectangular bipolar pulses with pauses. The duration of the pauses is set depending on the duration of the selected range of time for recording the process. Pulse duration is three times longer than pauses. The sounding is carried out for 20-30 minutes in the period between shifts with a complete absence of maintenance personnel and compliance with safety requirements. Sounding is carried out in the frequency range of 0.01-100 MHz for a time due to intense gas evolution from pores and fractures of the formation and rocks. They are stopped when gas evolution decreases to the level that occurs under normal conditions before exposure.

При сложных горно-геологических услови х и на больших глубинах - свыше 1500 м и при низкой проницаемости пласта и пород зондирование электромагнитными колебани ми осуществл ют в совокупности с вибрационными колебани ми и нагнетанием в пласт гор чих растворов гидроокиси натри или гидроокиси натри с метанолом.Under difficult geological conditions and at great depths of more than 1,500 m and with low permeability of the formation and rocks, electromagnetic sounding is carried out in conjunction with vibrational vibrations and injection of hot solutions of sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol into the reservoir.

Работу группы виброисточников и аппаратуры электромагнитного зондировани The work of a group of vibration sources and electromagnetic sounding equipment

контролируют геомеханическими и геофизическими методами ислледований.controlled by geomechanical and geophysical research methods.

Сущность способа заключаетс в том, что под воздействием вибро- и электромаг- 5 нитных зондирований флюиды - жидкости и газы, содержащиес в порах и трещинах пород.перемещаютс (мигрируют) во много раз быстрее, чем в отсутствие воздействий. Миграци флюидов в горных породах и уг0 л х сопровождаетс перераспределением пол упругих напр жений на пути мигрирующих флюидов , дегазацией пласта или пород при приведении их в возбужденное состо ние, то имеет место истечение газовThe essence of the method lies in the fact that under the influence of vibro- and electromagnetic 5 sensing fluids are liquids and gases contained in pores and fractures of rocks. They move (migrate) many times faster than in the absence of impacts. Migration of fluids in rocks and corners is accompanied by a redistribution of the field of elastic stresses along the path of migrating fluids, degassing of the formation or rocks when they are brought into an excited state, then gas outflow

5 из пор и трещин.5 of pores and cracks.

Преимущества способа состо т в том, что он позвол ет повысить проницаемость пласта и пород и увеличить гидро- и аэродинамические св зи углей и пород, закачать вThe advantages of the method are that it allows to increase the permeability of the formation and rocks and to increase the hydro- and aerodynamic bonds of coal and rocks, to pump

0 пласт упругую и электромагнитную энергию в выбранном частотном диапазоне, снизить прочность пласта и пород и уменьшить риск про влени динамики горного давлени , повысить эффективность способа и снизить0 reservoir elastic and electromagnetic energy in the selected frequency range, reduce the strength of the reservoir and rocks and reduce the risk of manifestation of the dynamics of rock pressure, increase the efficiency of the method and reduce

5 выбросоопасность пласта и вмещающих пород в массиве.5 outburst hazard of the reservoir and host rocks in the massif.

Использование предлагаемого способа позволит значительно снизить веро тность внезапных выбросов угл , породы и газа поUsing the proposed method will significantly reduce the likelihood of sudden emissions of coal, rock and gas by

0 сравнению с классическими способами,не использующими дл снижени выбросоо- пасности пласта или пород воздействи упругими и электромагнитными колебани ми в выбранном диапазоне частот.0 compared with classical methods that do not use elastic and electromagnetic vibrations in the selected frequency range to reduce formation or rock discharge.

Claims

5 Claims

A method of reducing the outburst hazard of coal and rocks, including drilling wells in an array, installing vibration excitation sources in them, pumping

0 water well with the addition of 2-3% surfactant in combination with excitation in the array of vibrations in the frequency range 60-1500 Hz, characterized in that, in order to increase the efficiency of gas evolution

5 and stress reduction, affect the rock mass or a section of the formation by electromagnetic waves in the frequency range 0.01-100 MHz, the effect is carried out over a period of time

0 by increasing gas evolution from the treated area and decreasing gas evolution to the level that occurs before exposure, then hot solutions of sodium hydroxide or sodium hydroxide are injected into the array

5 with methanol and is affected by vibrations with a frequency equal to the frequency of natural vibrations of the array or coal seam, and the vibration is carried out until the stresses are not more than 0.5 of the value of the breaking stresses.

Figure 1

//////// €

shi

i / e i / Ј

w

I

d Figure 2.