RU2082886C1 - Method of weakening of coal seam (versions) - Google Patents
Method of weakening of coal seam (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2082886C1 RU2082886C1 RU95113060A RU95113060A RU2082886C1 RU 2082886 C1 RU2082886 C1 RU 2082886C1 RU 95113060 A RU95113060 A RU 95113060A RU 95113060 A RU95113060 A RU 95113060A RU 2082886 C1 RU2082886 C1 RU 2082886C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- water
- threshold
- wells
- coal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области горного дела, а точнее касается способа подготовки угольного массива к выемке. The invention relates to the field of mining, and more specifically relates to a method of preparing a coal mass for excavation.
Известные в настоящее время способы разупрочнения, основанные на гидрорыхлении и гидроотжиме призабойной зоны угольного пласта не обеспечивают существенное снижение прочности угля, а приводят к образованию крупных магистральных трещин в массиве. Поэтому они обычно применяются для борьбы с динамическими явлениями и для снижения метановыделения. Currently known softening methods based on hydraulic loosening and hydraulic pressing of the bottom-hole zone of a coal seam do not provide a significant decrease in coal strength, but lead to the formation of large main cracks in the massif. Therefore, they are usually used to combat dynamic phenomena and to reduce methane release.
Известен способ разупрочнения путем гидроотжима угольного пласта, заключающийся в нагнетании жидкостей (обычно воды) под высоким давлением в специально пробуренные из призабойного пространства в угольный пласт шпуры или скважины до гидроразрыва пласта между загерметизированной скважиной и поверхностью забоя. О завершении гидроотжима судят по остаточным деформациям забоя и образованию магистральных трещин, по которым выходит в забой вода, а также падению давления нагнетания, то есть по признакам гидроразрыва [1]
Недостатком данного способа является то, что воздействию подвергаются только нарушенные пропластки угля, и развиваются уже существовавшие трещины, в то время как в зонах крепких углей сеть мелких и средних трещин не образуется, и следовательно не происходит снижение прочности угля в массиве.A known method of softening by hydrospinning a coal seam is to pump liquids (usually water) under high pressure into boreholes or wells specially drilled from the bottom hole into the coal seam before hydraulic fracturing between the sealed well and the bottom surface. The completion of hydrospinning is judged by the residual deformation of the face and the formation of main cracks along which water enters the face, as well as the drop in the discharge pressure, that is, by signs of hydraulic fracturing [1]
The disadvantage of this method is that only disturbed layers of coal are exposed and already existing cracks develop, while in the areas of strong coals a network of small and medium cracks does not form, and therefore there is no decrease in the strength of coal in the mass.
Наиболее близким аналогом данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ разупрочнения угольного пласта, включающий бурение скважин по пласту, подачу в них диоксида углерода под давлением равным или больше порогового и выдерживание скважин при этом давлении [2]
Недостатком данного способа является невозможность его применения в пластах, имеющих смятые трещиноватые зоны с большей проницаемостью, не позволяющие создать в пласте пороговое давление 3-4 МПа. Кроме того, проницаемость пород и угля по газу в несколько раз превышает их проницаемость по жидкости. Поэтому доставить к угольному забою и закачать в пласт большое количество диоксида углерода трудноосуществимо технически и экономически не целесообразно.The closest analogue of this invention in technical essence and the achieved result is a method of softening a coal seam, comprising drilling wells in the seam, supplying them carbon dioxide at a pressure equal to or greater than the threshold pressure and maintaining the wells at this pressure [2]
The disadvantage of this method is the impossibility of its use in formations having crumpled fractured zones with greater permeability, which do not allow creating a threshold pressure of 3-4 MPa in the formation. In addition, the permeability of rocks and coal by gas is several times higher than their liquid permeability. Therefore, it is difficult to technically and economically feasible to deliver to the coal face and pump into the reservoir a large amount of carbon dioxide.
В основу изобретения положена задача разработать способ разупрочнения угольного пласта путем совместного воздействия на него диоксида углерода для снижения свободной поверхностной энергии и напорной воды для создания порогового давления в обрабатываемой зоне угольного пласта и выполнения работы по трещинообразованию, позволяющей значительно снизить прочность угля в обрабатываемой зоне. The basis of the invention is the task of developing a method of softening a coal seam by jointly acting on it carbon dioxide to reduce free surface energy and pressure water to create a threshold pressure in the treated zone of the coal seam and to perform cracking work, which can significantly reduce the strength of coal in the treated zone.
Задача решается тем, что предлагается способ разупрочнения угольного пласта, включающий бурение скважин по пласту в обрабатываемую зону, подачу в них диоксида углерода под давлением, создание и поддержание скважин под давлением не ниже порогового, в котором согласно изобретению давление в скважинах повышают выше порогового, но ниже гидроразрыва пласта, путем закачки в них воды до полного водонасыщения обрабатываемой зоны, после чего давление воды в скважинах увеличивают до гидроразрыва пласта и продолжают нагнетание воды до тех пор, пока давление в скважине не станет ниже порогового. The problem is solved in that a method is proposed for softening a coal seam, including drilling wells in the seam in the treated zone, supplying carbon dioxide under pressure to them, creating and maintaining the wells under pressure not lower than the threshold, in which according to the invention the pressure in the wells is increased above the threshold, but below the hydraulic fracturing, by pumping water into them until the water in the treated zone is completely saturated, after which the water pressure in the wells is increased until the hydraulic fracturing occurs and pumping is continued until and the well pressure is below a threshold.
Повышение давления в скважинах выше порогового, но ниже гидроразрыва пласта путем закачки в них воды до полного водонасыщения обрабатываемой зоны позволяет наиболее интенсивно заполнить водой пороговый объем обрабатываемой зоны, сжимая диоксид углерода в порах до порогового давления, при котором происходит наиболее эффективное разупрочнение угольного пласта. При этом давлении воды не происходит гидроразрыв пласта, то есть образование магистральных трещин, что позволяет произвести равномерное водонасыщение обрабатываемой зоны. Применение воды вместо газа для создания давления в угольном массиве благодаря низкой проницаемости угля по воде позволяет повысить поровое давление в массиве до порогового и выше даже в нарушенных трещиноватых углях. На этом этапе обрабатываемая зона покрывается сетью мелких и средних трещин, рост и образование которых происходит благодаря снижению свободной поверхностной энергии диоксидом углерода, сжимаемым в порах и трещинах напорной водой до порогового давления, то есть давления, при котором происходит фазовый переход углекислого газа в жидкую фазу в микропорах и его интенсивное проникновение во вновь образуемые трещины с адсорбцией на новых поверхностях, препятствующей смыканию этих трещин. Нагнетаемая под давлением вода оказывает гидродинамическое воздействие на угольный массив с пониженной свободной энергией, что ведет к лавинообразному раскрытию пор и трещин. An increase in the pressure in the wells above the threshold, but below the hydraulic fracturing by pumping water into them to completely saturate the treated zone, allows the most intensive filling of the threshold volume of the treated zone with water, compressing carbon dioxide in the pores to the threshold pressure at which the most effective softening of the coal seam occurs. At this water pressure, hydraulic fracturing does not occur, that is, the formation of main cracks, which allows for uniform water saturation of the treated zone. The use of water instead of gas to create pressure in the coal mass due to the low water permeability of coal makes it possible to increase the pore pressure in the mass to a threshold pressure and higher even in fractured fractured coals. At this stage, the treated zone is covered by a network of small and medium-sized cracks, the growth and formation of which occurs due to a decrease in the free surface energy of carbon dioxide, which is compressed in pores and cracks by pressure water to a threshold pressure, i.e., the pressure at which the phase transition of carbon dioxide to the liquid phase occurs in micropores and its intensive penetration into newly formed cracks with adsorption on new surfaces, which prevents the closure of these cracks. The water injected under pressure exerts a hydrodynamic effect on the coal mass with reduced free energy, which leads to an avalanche-like opening of pores and cracks.
На втором этапе давление воды в скважинах увеличивают до гидроразрыва пласта и продолжают нагнетание воды до тех пор пока давление в скважине не станет ниже порогового. Повышение давления воды до наступления гидроразрыва пласта обусловлено тем, что это давление является максимально возможным для конкретного участка угольного пласта, а следовательно работа по разупрочнению при этом давлении будет максимально интенсивной. При понижении давления воды ниже порогового диоксид углерода переходит в порах в газообразную фазу, и значительно снижается эффективность процесса трещинообразования. At the second stage, the water pressure in the wells is increased until hydraulic fracturing and water injection is continued until the pressure in the well is below the threshold. The increase in water pressure before the onset of hydraulic fracturing due to the fact that this pressure is the maximum possible for a particular area of the coal seam, and therefore the work of softening at this pressure will be as intense as possible. When the water pressure drops below the threshold, carbon dioxide passes into the gaseous phase in the pores, and the efficiency of the cracking process is significantly reduced.
Таким образом, хотя операция нагнетания в пласт воды и поддержание давления известна, в предлагаемом способе эта операция использована в совокупности с операцией нагнетания в пласт диоксида углерода с учетом особенностей взаимодействия диоксида углерода с углом, что позволяет получить новый технический эффект значительное разупрочнение, а в ряде случаев и диспергирование угольного пласта, при минимальных значениях расходов агентов и энергозатрат. Thus, although the operation of injecting water into the formation and maintaining pressure is known, in the proposed method this operation was used in conjunction with the operation of injecting carbon dioxide into the formation, taking into account the peculiarities of the interaction of carbon dioxide with an angle, which allows to obtain a new technical effect, significant softening, and in some cases and dispersion of the coal seam, with minimal costs of agents and energy costs.
Способ реализуется следующим образом. Из горной выработки, например, штрека, бурятся по угольному пласту скважины на расстоянии 4-6 м друг от друга. Если предусматривается гидромониторная выемка угля, то скважины бурятся с опережением фронта очистных работ в наиболее прочную часть пласта и по наиболее удаленной от гидромонитора зоне. Устье скважин герметизируется на глубину 1,5-2 м герметизаторами типа "Таурус". В скважины производят подачу диоксида углерода, например, из стандартного шестидесятилитрового баллона. При длине скважин 20 м и радиусе обработки 2,5 м, объем обрабатываемой зоны составит около 400 м3 угля. При эффективной пористости 5% необходимо заполнить около 20 м3 пор, для чего достаточно 40 кг сжиженного диоксида углерода или приблизительно одного стандартного баллона. Обычно время закачки в скважину одного баллона составляет 30-45 мин. После этого производят нагнетание в скважину воды под давлением. На гидрошахтах вода берется из магистрали, идущей к гидромониторам, в которой вода находится под давлением 10-12 МПа. Для крепких каменных углей величина разупрочняющего порогового давления, до которого должен быть сжат в порах диоксид углерода, составляет около 3 МПа, а давление, при котором происходит гидроразрыв обработанного диоксидом углерода массива при высоте подэтажа 8-10 м, составляет 7-8 МПа. Таким образом, нагнетание воды для водонасыщения обрабатываемой зоны производится, например, при 5 МПа. При этом давлении и расходе воды около 20 м3/ч время водонасыщения обрабатываемой зоны составит около 60 мин. Об окончании этого этапа можно судить по выделению капель в радиусе 1-2 м от устья скважины на поверхности выработки. Затем давление в скважине повышают, пока не произойдет гидроразрыв пласта, сопровождающийся скачкообразным снижением давления воды в скважине, например с 9 до 6 МПа и интенсивным выходом воды по трещинам в горную выработку. Расход воды в момент гидроразрыва с учетом пропускной способности конкретной схемы водонагнетания будет максимальным, например, 30 м3/ч, и далее нагнетание производится при этом расходе до тех пор, пока давление в скважине из-за развития трещин в угольном массиве не снизится ниже значения разрушающего порогового, что есть 3 МПа. Обычно это время составляет 30-60 мин. Увеличение максимального расхода не является целесообразным, так как из-за большого водопоглощения по трещинам не увеличивается давление воды в скважине с ростом ее расхода. Подачу воды прекращают, из скважины извлекают герметизатор, и процесс разупрочнения считается завершенным.The method is implemented as follows. From a mine, for example, drift, wells are drilled along the coal seam at a distance of 4-6 m from each other. If hydromonitor mining of coal is envisaged, then the wells are drilled ahead of the front of the treatment works in the most solid part of the formation and in the zone farthest from the hydromonitor. The wellhead is sealed to a depth of 1.5-2 m with Taurus type sealants. Carbon dioxide is supplied to the wells, for example, from a standard sixty-liter cylinder. With a well length of 20 m and a processing radius of 2.5 m, the volume of the treated zone will be about 400 m 3 of coal. With an effective porosity of 5%, about 20 m 3 pores must be filled, for which 40 kg of liquefied carbon dioxide or approximately one standard cylinder is sufficient. Typically, the injection time of one cylinder into the well is 30-45 minutes. After that, water is injected into the well under pressure. On hydraulic shafts, water is taken from the highway going to the hydraulic monitors, in which the water is under a pressure of 10-12 MPa. For hard coals, the softening threshold pressure to which carbon dioxide must be compressed in the pores is about 3 MPa, and the pressure at which the array treated with carbon dioxide is fractured at a sub-floor height of 8-10 m is 7-8 MPa. Thus, the injection of water for water saturation of the treated area is, for example, at 5 MPa. At this pressure and water flow rate of about 20 m 3 / h, the water saturation time of the treated zone will be about 60 minutes. The end of this stage can be judged by the allocation of droplets within a radius of 1-2 m from the wellhead on the surface of the mine. Then, the pressure in the well is increased until hydraulic fracturing occurs, accompanied by an abrupt decrease in water pressure in the well, for example, from 9 to 6 MPa and an intensive exit of water through cracks in the mine. The water flow at the time of hydraulic fracturing, taking into account the throughput of a particular water injection scheme, will be maximum, for example, 30 m 3 / h, and then injection will be performed at this flow rate until the pressure in the well due to the development of cracks in the coal mass decreases below destructive threshold that is 3 MPa. Usually this time is 30-60 minutes. Increasing the maximum flow rate is not advisable, since due to the large water absorption through the cracks, the water pressure in the well does not increase with an increase in its flow rate. The water supply is stopped, the sealant is removed from the well, and the softening process is considered complete.
В наиболее близком аналоге давление в обрабатываемой зоне создается нагнетанием диоксида углерода в скважину, поэтому его расход определяется газовой проницаемостью, для создания в обрабатываемой зоне порогового давления суммарный расход диоксида углерода будет в сотни и тысячи раз превышать поровый объем. В предлагаемом способе количество диоксида углерода принимается равным поровому объему обрабатываемой зоны, а пороговое давление создается нагнетанием в скважины воды, которая имеет низкую проницаемость в угольном пласте. In the closest analogue, the pressure in the treated zone is created by injection of carbon dioxide into the well, therefore, its flow rate is determined by gas permeability, in order to create a threshold pressure in the treated zone, the total consumption of carbon dioxide will be hundreds or thousands of times greater than the pore volume. In the proposed method, the amount of carbon dioxide is taken equal to the pore volume of the treated zone, and the threshold pressure is created by injecting water into the wells, which has low permeability in the coal seam.
Как показали лабораторные и шахтные испытания, этого количества диоксида углерода достаточно для адсорбции на поверхности пор и вновь образуемых трещин, благодаря чему после прекращения подачи воды трещины в обрабатываемой зоне не смыкаются. As laboratory and mine tests have shown, this amount of carbon dioxide is sufficient for adsorption on the surface of pores and newly formed cracks, so that after the water supply ceases, cracks in the treated area do not close.
Для крепких углей (до 3-3,5 М.М.Протодьяконову) предел прочности в обрабатываемой зоне по замерам в контрольных скважинах был снижен в радиусе до 3 м в 2-4 раза. For hard coals (up to 3-3.5 M.M. Protodyakonov), the tensile strength in the treated zone by measurements in control wells was reduced in a radius of 3 m by 2-4 times.
Второе изобретение также относится к области горного дела, а точнее касается способа подготовки угольного массива к выемке, и близко по технической сущности и достигаемому результату первому варианту, отличаясь от него технологической схемой исполнения. The second invention also relates to the field of mining, and more specifically relates to a method of preparing a coal mass for excavation, and the first option is close in technical essence and the achieved result, differing from it in the technological execution scheme.
Известен способ гидрорыхления углей, заключающийся в циклическом нагнетании воды в специально пробуренные скважины. Максимальное давление при циклическом нагнетании постоянно и не превышает 90% давления гидроразрыва. (Столяров Г. П. Повышение эффективности разупрочнения угольного массива. - Повышение эффективности разрушения горных пород. Сб. научных трудов. Институт геотехнической механики. Киев: Наукова думка, 1991, с.64). В результате такого воздействия массив разупрочняется, покрываясь сетью трещин вокруг скважины, при этом в несколько раз уменьшается время воздействия на массив по сравнению со стационарным воздействием. A known method of hydrotreating coal, which consists in the cyclic injection of water into specially drilled wells. The maximum pressure during cyclic injection is constant and does not exceed 90% of the fracture pressure. (G. Stolyarov. Increasing the efficiency of softening a coal mass. - Improving the efficiency of rock destruction. Collection of scientific works. Institute of Geotechnical Mechanics. Kiev: Naukova Dumka, 1991, p. 64). As a result of such an impact, the array is softened, covered by a network of cracks around the well, while the exposure time to the array is reduced several times in comparison with the stationary impact.
Однако существенным недостатком этого способа является небольшая глубина воздействия, величина которого не превышает нескольких десятков сантиметров от нагнетательной скважины. Вода из-за плохой смачиваемости угля не проникает в микротрещины и микропоры, а после снятия давления происходит смыкание образовавшихся трещин. Таким образом, применение данного способа разупрочнения угольного пласта не будет эффективным. However, a significant drawback of this method is the small depth of exposure, the magnitude of which does not exceed several tens of centimeters from the injection well. Due to the poor wettability of coal, water does not penetrate microcracks and micropores, and after the pressure is removed, the formed cracks close. Thus, the application of this method of softening a coal seam will not be effective.
Наиболее близким аналогом данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ разупрочнения угольного пласта, включающий бурение скважины по пласту, подачу в них диоксида углерода под давлением равным или больше порогового и выдерживание скважин при этом давлении [2]
Недостатком данного способа является невозможность создания давления 3 МПа и более, а также его поддержание в течение нескольких часов в пласте, имеющем участки трещиноватого угля, так как проницаемость по газу будет превышать разумные технические возможности нагнетания диоксида углерода в скважины. При этом за счет адсорбции диоксида углерода, хотя и происходит снижение свободной поверхностной энергии в порах и трещинах пласта, но из-за низкой плотности газа работа, связанная с образованием и ростом новых трещин, будет незначительна, что делает весь способ малоэффективным.The closest analogue of this invention in technical essence and the achieved result is a method of softening a coal seam, comprising drilling a well in the seam, feeding them carbon dioxide at a pressure equal to or greater than the threshold pressure and keeping the wells at this pressure [2]
The disadvantage of this method is the impossibility of creating a pressure of 3 MPa or more, as well as its maintenance for several hours in a formation having sections of fractured coal, since gas permeability will exceed the reasonable technical ability to inject carbon dioxide into wells. Moreover, due to the adsorption of carbon dioxide, although there is a decrease in free surface energy in the pores and fractures of the formation, but due to the low gas density, the work associated with the formation and growth of new fractures will be insignificant, which makes the whole method ineffective.
В основу изобретения положена задача разработать способ разупрочнения угольного пласта на основе комбинированного воздействия на пласт диоксида углерода и воды, нагнетаемой в определенном циклическом режиме, что позволит повысить эффективность и интенсифицировать данный способ подготовки угольного пласта к выемке. The basis of the invention is the task of developing a method of softening a coal seam based on the combined effect of carbon dioxide and water injected in a certain cyclic mode on the seam, which will increase the efficiency and intensify this method of preparing the coal seam for excavation.
Задача решается тем, что предлагается способ разупрочнения угольного пласта, включающий бурение скважин по пласту в обрабатываемую зону, подачу в них диоксида углерода под давлением, создание и поддержание скважин под давлением не ниже порогового, в котором согласно изобретению давление в скважинах повышают выше порогового, но ниже гидроразрыва пласта путем закачки в них воды до полного водонасыщения обрабатываемой зоны, после чего давление воды в скважинах увеличивают до гидроразрыва пласта, затем периодически прекращают подачу воды в скважины и вновь нагнетают до достижения максимального давления, пока оно не станет ниже порогового. The problem is solved in that a method is proposed for softening a coal seam, including drilling wells in the seam in the treated zone, supplying carbon dioxide under pressure to them, creating and maintaining the wells under pressure not lower than the threshold, in which according to the invention the pressure in the wells is increased above the threshold, but below the hydraulic fracturing by pumping water into them to completely saturate the treated zone, after which the water pressure in the wells is increased to hydraulic fracturing, then the water supply is periodically stopped into the wells and injected again until the maximum pressure is reached, until it falls below the threshold.
Операция, заключающаяся в периодическом прекращении подачи воды в скважины и повторном нагнетании до достижения максимального давления ниже порогового, позволяет повысить эффективность и интенсивность процесса разупрочнения угольного пласта. При резком сбросе давления воды в скважине, происходящем при прекращении ее подачи, уголь в обрабатываемой зоне подвергается изменяющемуся по направлению динамическому воздействию, которое приводит не только к интенсивному развитию трещин, но и к отрыву мелких частиц угля (диспергированию угля). Эти частицы при последующем нагнетании воды переносятся в трещины гидроразрыва, заполняя их. Это в свою очередь уменьшает расход воды, проходящей по крупным и средним трещинам, в результате чего давление воды в массиве возрастает, и энергия нагнетаемой воды расходуется на образование новых трещин. The operation, which consists in periodically stopping the supply of water to the wells and re-injection until the maximum pressure is below the threshold, improves the efficiency and intensity of the process of softening the coal seam. With a sharp drop in water pressure in the well, which occurs when its supply is stopped, the coal in the treated zone is subjected to a dynamic direction-changing effect, which leads not only to the intensive development of cracks, but also to the separation of small particles of coal (dispersion of coal). During subsequent injection of water, these particles are transferred to hydraulic fractures, filling them. This, in turn, reduces the flow rate of water passing through large and medium-sized cracks, as a result of which the water pressure in the array increases, and the energy of the injected water is spent on the formation of new cracks.
В каждом последующем цикле нагнетания воды в скважину величина максимального давления будет снижаться, так как из-за образования трещин проницаемость пласта повышается. Когда максимальное давление воды в скважине станет ниже порогового, процесс разупрочнения будет уже неэффективным. В момент гидроразрыва пласта из-за скачкообразного увеличения проницаемости будет максимальный расход воды, определяемый техническими возможностями нагнетательной системы, и величина максимального расхода будет постоянной в каждом цикле. In each subsequent cycle of pumping water into the well, the maximum pressure will decrease, since due to the formation of cracks, the permeability of the formation increases. When the maximum water pressure in the well falls below the threshold, the softening process will already be ineffective. At the time of hydraulic fracturing, due to an abrupt increase in permeability, there will be a maximum water flow rate determined by the technical capabilities of the injection system, and the maximum flow rate will be constant in each cycle.
Способ реализуется следующим образом. Из горной выработки, например штрека, по угольному пласту бурятся скважины на расстоянии 4-6 м друг от друга. Устье скважин герметизируется на глубину 1,5-2 м герметизитором типа "Таурус", который соединен системой высоконапорных шлангов с запорной арматурой с баллонами с диоксидом углерода и высоконапорным водоводом. Сначала производят подачу в скважину диоксида углерода. При длине скважины 20 м и радиусе отработки 2,5 м, объем обрабатываемой зоны составит около 400 м3 угля. Для угля с пористостью 5% поровый объем обрабатываемой зоны составит 20 м3, поэтому для обработки этой зоны достаточно стандартного шестидесятилитрового баллона с диоксидом углерода под давлением 7 МПа. Обычно время закачки в скважину одного баллона составляет 30-45 мин. После этого баллоны закрываются, и производят нагнетание в скважину воды под давлением выше порогового, но ниже давления гидроразрыва пласта. Для крепких углей величина разупрочняющего порогового давления составляет около 3 МПа, а давление, при котором происходит гидроразрыв обработанного диоксидом углерода угольного пласта, например, при системе разработки с подэтажным обрушением, составляет 7-8 МПа. Таким образом, нагнетание воды для водонасыщения обрабатываемой зоны производится, например, при давлении 5 МПа. При этом давлении и расходе воды 20 м3/ч время водонасыщения порового объема обрабатываемой зоны составит 60 мин. Затем давление в скважине повышают, например до 10 МПа, пока не произойдет гидроразрыв пласта, сопровождающийся скачкообразным снижением давления воды в скважине, например, до 7 МПа и интенсивным выходом воды по трещинам в горные выработки. После этого прекращают подачу воды в скважину.The method is implemented as follows. From a mine, for example, a drift, wells are drilled through a coal seam at a distance of 4-6 m from each other. The wellhead is sealed to a depth of 1.5-2 m with a Taurus type sealant, which is connected by a system of high-pressure hoses with shut-off valves with carbon dioxide cylinders and a high-pressure water conduit. First, carbon dioxide is fed into the well. With a well length of 20 m and a working radius of 2.5 m, the volume of the treated zone will be about 400 m 3 of coal. For coal with a porosity of 5%, the pore volume of the treated zone will be 20 m 3 ; therefore, a standard sixty-liter carbon dioxide cylinder under a pressure of 7 MPa is sufficient to treat this zone. Typically, the injection time of one cylinder into the well is 30-45 minutes. After that, the cylinders are closed, and water is injected into the well under pressure above the threshold, but below the hydraulic fracturing pressure. For hard coals, the softening threshold pressure is about 3 MPa, and the pressure at which hydraulic fracturing of a carbon dioxide-treated coal seam occurs, for example, with a development system with sub-floor collapse, is 7-8 MPa. Thus, the injection of water for water saturation of the treated area is carried out, for example, at a pressure of 5 MPa. At this pressure and water flow rate of 20 m 3 / h, the water saturation time of the pore volume of the treated zone will be 60 minutes. Then, the pressure in the well is increased, for example, to 10 MPa, until hydraulic fracturing occurs, accompanied by an abrupt decrease in water pressure in the well, for example, up to 7 MPa and the intensive release of water through cracks in the mine workings. After that, the water supply to the well is stopped.
Резкое снижение давления в обрабатываемой зоне сопровождается фазовым переходом диоксида углерода при переходе порогового значения давления из жидкого в газообразное состояние с резким увеличением объема и давления газа в порах. Это приводит к разрушению угля внутри обрабатываемого массива (диспергированию) как за счет гидродинамического, так и за счет газодинамического воздействия. A sharp decrease in pressure in the treated zone is accompanied by a phase transition of carbon dioxide during the transition of the threshold pressure value from a liquid to a gaseous state with a sharp increase in the volume and pressure of the gas in the pores. This leads to the destruction of coal inside the processed mass (dispersion) due to both hydrodynamic and gas-dynamic effects.
Повторное нагнетание воды в скважину будет сопровождаться возрастанием давления до 5-6 МПа с фазовым переходом диоксида углерода при превышении порогового значения 3 МПа из газообразного в жидкое состояние. Снижение максимального давления воды, при котором происходит повторный гидроразрыв, связано с повышением проницаемости обрабатываемой зоны благодаря вновь образованным порам и трещинам. Прекращение подачи воды также будет сопровождаться резким газо- и гидродинамическим воздействием на угольный массив, приводящем к образованию новых трещин и диспергированию пласта. Циклическая подача воды производится до тех пор, пока максимальное давление в скважине не будет ниже порогового значения, и следовательно процесс разрушения с участием диоксида углерода перестанет быть эффективным. Repeated injection of water into the well will be accompanied by an increase in pressure to 5-6 MPa with a phase transition of carbon dioxide when the threshold value of 3 MPa is exceeded from gaseous to liquid. The decrease in the maximum water pressure at which repeated hydraulic fracturing occurs is associated with an increase in the permeability of the treated zone due to the newly formed pores and cracks. The cessation of water supply will also be accompanied by a sharp gas and hydrodynamic effect on the coal mass, leading to the formation of new cracks and dispersion of the formation. A cyclic supply of water is performed until the maximum pressure in the well is below a threshold value, and therefore the fracture process involving carbon dioxide will no longer be effective.
Этот вариант способа позволяет значительно снизить время, затрачиваемое для разупрочнения обрабатываемой зоны. Обычно снижение максимального давления до величины порогового происходит за 3-5 циклов. Кроме этого энергетические затраты на его осуществление и расход воды снижаются в 2-3 раза. Однако по сравнению с первым вариантом этот способ требует активного участия человека при управлении процессом. This variant of the method can significantly reduce the time taken to soften the treated area. Typically, a decrease in maximum pressure to a threshold value occurs in 3-5 cycles. In addition, the energy costs of its implementation and water consumption are reduced by 2-3 times. However, compared with the first option, this method requires the active participation of a person in the process control.
На шахте "Тырганская" АО "Угольная компания Прокопьевскуголь", где проводились шахтные испытания предлагаемых способов, производительность гидромониторного размыва угля возросла в 2 раза, а потери угля от недомыва снизились в 3-4 раза. At the Tyrganskaya mine of Prokopyevskugol Coal Company, JSC, where mine tests of the proposed methods were carried out, the productivity of coal-based coal erosion increased by 2 times, and coal losses from under-washing decreased by 3-4 times.
Изобретение найдет применение при подготовке угольного массива к выемке при подземном, открытом и скважинном способах добычи, как способ борьбы с внезапными выбросами, горными ударами, пучениями пород, при подземной разработке угля, а также для дегазации угольного пласта. The invention will find application in preparing a coal mass for excavation in underground, open and borehole mining methods, as a way to deal with sudden emissions, rock blows, rock formations, in underground coal mining, and also for degassing a coal seam.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95113060A RU2082886C1 (en) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | Method of weakening of coal seam (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95113060A RU2082886C1 (en) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | Method of weakening of coal seam (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2082886C1 true RU2082886C1 (en) | 1997-06-27 |
| RU95113060A RU95113060A (en) | 1997-07-20 |
Family
ID=20170593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95113060A RU2082886C1 (en) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | Method of weakening of coal seam (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2082886C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2524583C1 (en) * | 2013-03-25 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Intensification of natural gas extraction from coal seams via wells |
| CN114046148A (en) * | 2021-11-10 | 2022-02-15 | 中国矿业大学 | Liquid CO2Method for improving coal seam water injection effect by fracturing and permeability increasing |
| CN114109382A (en) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 中国矿业大学 | Coal bed liquid CO2Water intelligent circulating filling, cracking, moistening and dust reducing system |
| CN114151124A (en) * | 2021-11-30 | 2022-03-08 | 中国矿业大学 | Water injection dust reduction method for intelligent liquid carbon-water circulating injection fracturing and moistening coal seam |
| WO2023197573A1 (en) * | 2022-04-15 | 2023-10-19 | 中煤科工开采研究院有限公司 | Impact-prevention pressure-relief tunneling method for rock burst coal seam roadway |
-
1995
- 1995-07-28 RU RU95113060A patent/RU2082886C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Борисенко А.А. Теоретические основы гидроотжима и гидрорыхления на угольных шахтах. - М.: Наука, 1986, с.3 - 5. 2. Авторское свидетельство СССР N 1456605, кл. E 21 F 5/00, 1989. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2524583C1 (en) * | 2013-03-25 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Intensification of natural gas extraction from coal seams via wells |
| CN114046148A (en) * | 2021-11-10 | 2022-02-15 | 中国矿业大学 | Liquid CO2Method for improving coal seam water injection effect by fracturing and permeability increasing |
| CN114046148B (en) * | 2021-11-10 | 2023-02-21 | 中国矿业大学 | Liquid CO 2 Method for improving coal seam water injection effect by fracturing and permeability increasing |
| CN114109382A (en) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 中国矿业大学 | Coal bed liquid CO2Water intelligent circulating filling, cracking, moistening and dust reducing system |
| CN114151124A (en) * | 2021-11-30 | 2022-03-08 | 中国矿业大学 | Water injection dust reduction method for intelligent liquid carbon-water circulating injection fracturing and moistening coal seam |
| CN114109382B (en) * | 2021-11-30 | 2023-02-24 | 中国矿业大学 | Coal bed liquid CO 2 Water intelligent circulating filling, cracking, moistening and dust reducing system |
| WO2023197573A1 (en) * | 2022-04-15 | 2023-10-19 | 中煤科工开采研究院有限公司 | Impact-prevention pressure-relief tunneling method for rock burst coal seam roadway |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20180080320A1 (en) | Method for over-pit and under-pit cooperative control of roofs of far and near fields of an extra-large stoping space | |
| CN107387049A (en) | Refracturing method and system | |
| RU2082886C1 (en) | Method of weakening of coal seam (versions) | |
| CA2025996C (en) | Borehole mining process for recovery of petroleum from unconsolidated heavy oil formations | |
| RU2571464C1 (en) | Preliminary degassing of coal series and worked-out area | |
| US4044563A (en) | Subsidence control | |
| CN109026011A (en) | Huge thickness rich water Denying Formation dolomite shaft of vertical well water-stop curtain controls grouting process | |
| US5199766A (en) | Cavity induced stimulation of coal degasification wells using solvents | |
| CN108843371B (en) | It is a kind of based on the coal seam subregion Dynamic Water Injection process for adopting release | |
| CA1202882A (en) | Method of removing gas from an underground seam | |
| CN115492557A (en) | Deep non-recoverable coal seam CO 2 Sealing and coal bed gas negative pressure extraction device and method | |
| US3815957A (en) | Controlled in-situ leaching of mineral values | |
| CN109139014A (en) | Top gob-side entry retaining method is cut in a kind of perforation presplitting | |
| US3077930A (en) | Method for fracturing a subsurface formation | |
| SU1693264A1 (en) | Method of drainage of satellite seams | |
| CN112878954A (en) | Design method of adjustment construction slug of underground river oil reservoir flow channel | |
| RU2205950C1 (en) | Method of treatment of producing carbonate formation | |
| RU2076209C1 (en) | Method of mineral mining | |
| RU2311533C1 (en) | Rock failure method and device | |
| RU2280762C1 (en) | Method for hydraulic coal bed fracturing | |
| SU1020579A1 (en) | Method of loosening a coal seam | |
| RU2517728C1 (en) | Hydraulic borehole mining of hard minerals | |
| RU2703021C1 (en) | Method of hydraulic fracturing of coal bed | |
| SU1550174A1 (en) | Method of degassing a rock body | |
| RU2484250C1 (en) | Method for strengthening of soft fractured modular solid ores |