RU2342531C1

RU2342531C1 - Combined method of loosening coal massif and facility for implementation of this method

Info

Publication number: RU2342531C1
Application number: RU2007124009/03A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Владимирович Джигрин (RU); Анатолий Владимирович Джигрин; Юрий Владимирович Горлов (RU); Юрий Владимирович Горлов; Константин Владимирович Горлов (RU); Константин Владимирович Горлов; Дмитрий Иванович Адамидзе (RU); Дмитрий Иванович Адамидзе; Андрей Юрьевич Горлов (RU); Андрей Юрьевич Горлов; Виктор Прокопьевич Тациенко (RU); Виктор Прокопьевич Тациенко
Original assignee: ЗАО "Межведомственная комиссия по взрывному делу при Академии горных наук" (ЗАО "МВК по ВД при АГН")
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2008-12-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention refers to mining and relates to preparing coal massif to extraction. The method includes drilling bores into work zone of the coal bed, supplying carbon dioxide under pressure not lower, than threshold, into bores, pumping water under pressure lower, than hydro-break of the bed, till complete water-saturation of the work zone. Also compressed air of high pressure is supplied to increase pressure in a bore above hydro-break of coal bed in the work zone, with supplying compressed air of high pressure in a pulse mode separately, as well as simultaneously, at any combination and within a certain range of compressed air pressures with specified frequency, depending on physic-mechanical properties and structure of the coal bed. Also there is suggested a facility for implementation of this method.

EFFECT: upgraded efficiency of coal bed degassing.

5 cl, 14 dwg

Description

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для разупрочнения угольного массива и повышения эффективности дегазации угольного пласта.The invention relates to the coal industry and can be used to soften the coal mass and increase the efficiency of degassing of the coal seam.

Известен способ разупрочнения угольного пласта, позволяющий снизить прочностные свойства угля путем бурения скважин в угольном пласте, подачу в них диоксида углерода под давлением, равным или больше порогового, и выдерживание скважин при этом давлении до установления режима равновесия и диспергирование угля вокруг каждой скважины, а также для повышения эффективности разупрочнения угольного массива между скважинами для нагнетания диоксида углерода располагают дополнительные скважины с зарядами взрывчатых веществ ВВ или с газодинамическими патронами (ГП), которые после взрывания ВВ или срабатывания ГП в режиме полного комуфлета создают зоны взрывного трещинообразования. При этом взрывание скважин производят после окончания диспергирования вокруг соседних скважин между собой, а взрывание зарядов ВВ или циклов срабатывания ГП производят до соединения между собой зон взрывного трещинообразования вокруг соседних взрывных скважин [1].A known method of softening a coal seam, which allows to reduce the strength properties of coal by drilling wells in a coal seam, supplying carbon dioxide to them at a pressure equal to or greater than a threshold, and maintaining the wells at this pressure until an equilibrium regime is established and dispersing coal around each well, as well as To increase the efficiency of softening the coal mass between the wells for injection of carbon dioxide, additional wells with explosive charges of explosives or with gasdines are located ammunition cartridges (GP), which after explosive blasting or triggering of the GP in full camlet mode create explosive cracking zones. In this case, the blasting of the wells is carried out after dispersion around adjacent wells between themselves, and the blasting of explosive charges or cycles of operation of the GP is carried out before the zones of explosive crack formation around adjacent blast holes are connected together [1].

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

- обработка диоксидом углерода снижает прочность угля, но без его разрушения крупными трещинами, что является необходимым условием для эффективной дегазации;- treatment with carbon dioxide reduces the strength of coal, but without its destruction by large cracks, which is a necessary condition for effective degassing;

- при использовании зарядов ВВ или ГП в два раза возрастает объем бурения, то есть резко возрастает себестоимость способа;- when using explosive or GP charges, the drilling volume doubles, that is, the cost of the method increases sharply;

- использование зарядов ВВ или ГП позволяет проводить только одноразовое воздействие на угольный пласт, то есть исключает возможность многократного воздействия на обрабатываемый угольный массив;- the use of explosive charges or GP allows only one-time impact on the coal seam, that is, eliminates the possibility of repeated exposure to the processed coal mass;

- бурение шпуров длиной порядка 4 м для реализации данного способа позволяет только получить небольшую зону разупрочнения и не позволяет применять его для дегазации угольного массива.- drilling holes with a length of about 4 m to implement this method only allows you to get a small area of softening and does not allow you to use it for degassing a coal mass.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип данному изобретению в части способа по технической сущности и достигаемому результату, является «Способ разупрочнения угольного пласта (варианты)» [2]. Этот способ включает бурение скважин по пласту в обрабатываемую зону, подачу в них диоксида углерода под давлением не ниже порогового. По одному из вариантов для реализации этого способа давление в скважинах повышают выше порогового, но ниже гидроразрыва пласта путем закачки в скважины 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. По другому варианту после полного водонасыщения обрабатываемой зоны и увеличения давления в скважинах до гидроразрыва пласта периодически прекращают подачу воды в скважины и нагнетают вновь до максимально достижимого давления гидроразрыва, пока оно не станет ниже порогового.The closest analogue adopted for the prototype of this invention in terms of the method according to the technical essence and the achieved result is the "Method of softening a coal seam (options)" [2]. This method involves drilling wells in the formation into the treated zone, supplying carbon dioxide to them under a pressure not lower than the threshold. According to one of the options for implementing this method, the pressure in the wells is increased above the threshold, but below the hydraulic fracturing by pumping water into the wells to completely saturate the treated zone. After that, 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. In another embodiment, after complete saturation of the treated zone and an increase in pressure in the wells prior to hydraulic fracturing, the water supply to the wells is periodically stopped and injected again to the maximum achievable hydraulic fracture pressure until it drops below the threshold.

Недостатком данного способа является то, что эффективный радиус разупрочнения угольного пласта (по экспериментальным данным 2-3 м) ограничен радиусом воздействия диоксида углерода (особенно для крепких углей), так как при реализации этого способа не образуется сеть мелких и средних трещин и это резко снижает эффективность дегазации пласта. К недостаткам данного способа также можно отнести и то, что для реализации этого способа необходимо наличие специальных высоконапорных насосов.The disadvantage of this method is that the effective radius of softening of the coal seam (according to experimental data of 2-3 m) is limited by the radius of exposure to carbon dioxide (especially for hard coals), since the implementation of this method does not form a network of small and medium cracks and this dramatically reduces formation degassing efficiency. The disadvantages of this method can also be attributed to the fact that the implementation of this method requires special high-pressure pumps.

Цель данного изобретения - разработка комбинированного способа разупрочнения угольного массива и устройств для его осуществления, применение которых повышает эффективность дегазации угольного пласта.The purpose of this invention is the development of a combined method of softening the coal mass and devices for its implementation, the use of which increases the efficiency of degassing of the coal seam.

Поставленная цель в части способа достигается тем, что предлагается комбинированный способ разупрочнения угольного пласта, включающий бурение скважин по угольному пласту в обрабатываемую зону угольного массива, подачу в скважины под давлением не ниже порогового диоксида углерода, закачку в скважины под давлением воды, до полного водонасыщения обрабатываемой зоны, отличающийся от прототипа тем, что после выполнения вышеперечисленных операций давление воды в скважине увеличивают до гидроразрыва пласта за счет подачи в нее в импульсном режиме воздуха высокого давления с помощью устройства для комбинированного разупрочнения угольного пласта.The goal in terms of the method is achieved by the fact that a combined method of softening the coal seam is proposed, including drilling wells in the coal seam into the treated area of the coal mass, supplying it to the wells under pressure not lower than the threshold carbon dioxide, injecting into the wells under water pressure, until the water being processed is fully saturated zones, different from the prototype in that after performing the above operations, the water pressure in the well is increased to hydraulic fracturing due to the flow in it in a pulse high-pressure air using a device for combined softening of a coal seam.

Способ реализуется следующим образом (фиг.1а). Из горной выработки 1 в угольный пласт 2 бурят скважины 3 на расстоянии друг от друга 10÷15 м. Устройство для комбинированного разупрочнения угольного пласта 4 вводят в скважину 3 и подают вперед по скважине от устья 12 скважины 3 до конца зоны разгрузки горной выработки 11 на величину 5÷10 м, но не менее 5 м (минимальный радиус зоны разгрузки горной выработки), используя подающую штангу 5 бурового станка 6. Устройство 4 подсоединено к двум магистралям из армированных шлангов. Одна магистраль используется для нагнетания в скважину 3 через один из каналов в пневмопакере 7 устройства 4 под давлением диоксида углерода, а затем через эту же магистраль по этому же каналу под давлением воды, вторая воздушная магистраль, подсоединенная к источнику сжатого воздуха высокого давления, и используется для поступления сжатого воздуха в рабочую полость пневмопакера 7 и в многосекционный пневмоимпульсный патрон 8 устройства 4 (на фиг.1а и фиг.1б эти магистрали не показаны). По техническим соображениям длина устройства 4 не должна превышать 15 м. Скважину 3 герметизируют с помощью пневмопакера (герметизатора) 7 входящего в конструкцию устройства 4 (фиг.1а). Через пневмопакер (герметизатор) 7 устройство 4 производят подачу диоксида углерода в скважину под давлением не ниже порогового 2,8 МПа, при этом удельный расход сжиженного диоксида углерода составляет порядка 2 кг на м³ угольного массива. После этого в скважину также через пневмопакер (герметизатор) 7 устройства 4 подают под давлением воду до полного водонасыщения разупрочненного диоксидом углерода угольного массива в обрабатываемой зоне, при этом воду подают через пневмопакер (герметизатор) 7 устройства 4 под давлением 1÷3 МПа. Затем за счет импульсного воздействия сжатым воздухом высокого давления 20÷70 МПа с помощью многосекционного пневмоимпульсного патрона 8, входящего в конструкцию устройства 4, давление воды в скважине увеличивают до 7÷8 МПа и выше. Это приводит к лавинообразному раскрытию пор и трещин и в результате к гидроразрыву угольного пласта в обрабатываемой зоне 10 (фиг.1а). После обработки угольного пласта на первой скважине с использованием устройства 4 скважину 3 разгерметизируют (сбрасывают давление сжатого воздуха в пневмопакере 7), устройство 4 перемещают на следующую скважину 3 и повторяют вышеперечисленные операции на второй скважине (фиг.1б) и так далее.The method is implemented as follows (figa). From the mine 1 to the coal seam 2, wells 3 are drilled at a distance of 10 ÷ 15 m from each other. A device for combined softening of the coal seam 4 is inserted into the well 3 and fed forward along the well from the mouth 12 of the well 3 to the end of the unloading zone of the mine 11 at 5–10 m, but not less than 5 m (the minimum radius of the mine unloading zone), using the feed rod 5 of the drilling rig 6. Device 4 is connected to two lines of reinforced hoses. One line is used to inject into the well 3 through one of the channels in the pneumatic pack 7 of the device 4 under the pressure of carbon dioxide, and then through the same line through the same channel under water pressure, the second air line connected to the source of high-pressure compressed air is used for compressed air to enter the working cavity of the pneumatic packer 7 and the multi-section pneumatic pulse cartridge 8 of the device 4 (these lines are not shown in FIGS. 1a and 1b). For technical reasons, the length of the device 4 should not exceed 15 m. The well 3 is sealed with a pneumatic packer (sealant) 7 included in the design of the device 4 (figa). Through a pneumatic packer (sealant) 7 device 4, carbon dioxide is supplied to the well under a pressure of at least a threshold pressure of 2.8 MPa, while the specific consumption of liquefied carbon dioxide is about 2 kg per m ^{3 of} coal mass. After that, water is also supplied under pressure to the well through the pneumatic packer (sealant) 7 of device 4 until the water is saturated with carbon-softened carbon dioxide in the treated zone, while water is supplied through the pneumatic packer (sealant) 7 of device 4 under a pressure of 1 ÷ 3 MPa. Then, due to the pulsed action of high pressure compressed air 20 ÷ 70 MPa using a multi-section pneumo-impulse cartridge 8, which is part of the design of device 4, the water pressure in the well is increased to 7 ÷ 8 MPa and higher. This leads to an avalanche-like opening of pores and cracks and as a result to hydraulic fracturing of the coal seam in the treated zone 10 (figa). After treating the coal seam in the first well using the device 4, the well 3 is depressurized (the compressed air pressure in the air pack 7 is released), the device 4 is moved to the next well 3 and the above operations are repeated in the second well (Fig. 1b) and so on.

При длине скважин более 20 м способ реализуется следующим образом (фиг.2а). Из горной выработки 1 в угольный пласт 2 бурят скважины 3 на расстоянии друг от друга 10÷15 м. В устье скважины 3 устанавливают модификацию базового устройства для комбинированного разупрочнения угольного пласта 4, имеющая в своей конструкции два пневмопакера (герметизатора) 7. Модификация базового устройства 4 подсоединена к двум магистралям из армированных шлангов. Одна магистраль используется для нагнетания в скважину 3 через один из каналов в хвостовом пневмопакере 7 устройства 4 под давлением диоксида углерода, а затем через эту же магистраль по этому же каналу под давлением воды, вторая воздушная магистраль, подсоединенная к источнику сжатого воздуха высокого давления, и используется для поступления сжатого воздуха в рабочие полости хвостового и головного пневмопакеров 7 и в многосекционный пневмоимпульсный патрон 8 устройства 4 (на фиг.2а и фиг.2б эти магистрали не показаны). Затем модифицированное устройство 4 подается вперед до забоя 9 скважины 3, используя подающую штангу 5 бурового станка 6. Скважину 3 в первой установленной позиции герметизируют с помощью двух пневмопакеров (герметизаторов) 7, входящих в конструкцию модифицированного устройства 4. Через хвостовой пневмопакер 7 устройства 4 производят подачу диоксида углерода в скважину под давлением не ниже порогового 2,8 МПа, при этом удельный расход сжиженного диоксида углерода составляет порядка 2 кг на м³ угольного массива. После этого в скважину подают воду до полного водонасыщения разупрочненного диоксидом углерода угольного массива в обрабатываемой зоне, при этом воду подают через хвостовой пневмопакер 7, модифицированное устройство 4 под давлением 1÷3 МПа. Затем за счет импульсного воздействия сжатым воздухом высокого давления 20÷70 МПа с помощью многосекционного пневмоимпульсного патрона 8, входящего в конструкцию устройства 4, давление воды в скважине увеличивают до 7÷8 МПа и выше. Это приводит к лавинообразному раскрытию пор и трещин и в результате к гидроразрыву угольного пласта в обрабатываемой зоне 10 (фиг.2а).When the length of the wells is more than 20 m, the method is implemented as follows (figa). From a mine 1 into a coal seam 2, wells 3 are drilled at a distance of 10 ÷ 15 m from each other. At the mouth of a well 3, a modification of the base device for combined softening of the coal seam 4 is installed, which has two pneumatic packers (sealant) in its design 7. Modification of the base device 4 is connected to two lines of reinforced hoses. One line is used to inject into the well 3 through one of the channels in the tail pneumatic packer 7 of device 4 under pressure of carbon dioxide, and then through the same line through the same channel under water pressure, a second air line connected to the source of high pressure compressed air, and it is used for the supply of compressed air to the working cavities of the tail and head pneumatic packers 7 and to the multi-section pneumatic impulse cartridge 8 of device 4 (these lines are not shown in FIGS. 2a and 2b). Then, the modified device 4 is fed forward to the bottom face 9 of the well 3, using the feed rod 5 of the drilling rig 6. The well 3 in the first installed position is sealed with two pneumatic packers (sealants) 7 included in the design of the modified device 4. Through the tail pneumatic packer 7 of the device 4 is produced the supply of carbon dioxide into the well at a pressure not lower than the threshold of 2.8 MPa, while the specific consumption of liquefied carbon dioxide is about 2 kg per m ^{3 of} coal mass. After that, water is supplied to the well until the water mass of carbon dioxide softened by carbon dioxide is fully saturated in the treated zone, while water is supplied through the tail pneumatic packer 7, modified device 4 under a pressure of 1 ÷ 3 MPa. Then, due to the pulsed action of high pressure compressed air 20 ÷ 70 MPa using a multi-section pneumo-impulse cartridge 8, which is part of the design of device 4, the water pressure in the well is increased to 7 ÷ 8 MPa and higher. This leads to an avalanche-like opening of pores and cracks and, as a result, to hydraulic fracturing of the coal seam in the treated zone 10 (Fig. 2a).

После обработки угольного пласта на первой позиции установки устройства 4 скважину 3 разгерметизируют (сбрасывают давление сжатого воздуха в пневмопакерах), устройство перемещают по скважине 3 назад к устью скважины 12 на длину L модифицированного устройства 4 и повторяют вышеперечисленные операции на второй позиции (фиг.2б) и так далее вниз по длине скважины. Таким образом, обрабатывают угольный пласт по длине скважины до зоны разгрузки 11 горной выработки, но не менее 5 м (минимальный радиус зоны разгрузки горной выработки) от устья 12 скважины 3. Далее все вышеперечисленные операции повторяют на второй скважине и так далее, обрабатывая заданное количество массива угольного пласта.After treating the coal seam at the first installation position of the device 4, the well 3 is depressurized (relieve compressed air pressure in the pneumatic packers), the device is moved along the well 3 back to the wellhead 12 to the length L of the modified device 4 and the above operations are repeated at the second position (Fig.2b) and so on down the length of the well. Thus, a coal seam is processed along the length of the well to the unloading zone 11 of the mine, but not less than 5 m (the minimum radius of the unloading zone of the mine) from the wellhead 12 of the well 3. Next, all of the above operations are repeated on the second well and so on, processing the specified amount coal seam array.

При наличии нескольких устройств 4 для комбинированного разупрочнения угольного массива при реализации вышеописанных способов возможна обработка угольного пласта одновременно из нескольких скважин.If there are several devices 4 for combined softening of the coal mass during the implementation of the above methods, it is possible to treat the coal seam from several wells simultaneously.

Известен «Пневматический патрон» [3], который предназначен для разрушения горных пород энергией сжатого воздуха. «Пневматический патрон» не может быть использован напрямую в предлагаемых устройствах, так как при наличии одной рабочей камеры и управляющего устройства сможет обрабатывать относительно небольшой участок угольного массива, что приведет к необходимости перемещать устройство по длине скважины для полной обработки заданного участка угольного массива, не представляется возможность осуществить предлагаемый комбинированный способ разупрочнения угольного пласта в связи с невозможностью одновременного воздействия на относительно длинный участок угольного массива и формировать потоки в импульсном режиме сжатого воздуха из выхлопных отверстий нормального, встречного и противоположного направлений.Known "Pneumatic cartridge" [3], which is intended for the destruction of rocks by the energy of compressed air. The "pneumatic cartridge" cannot be used directly in the proposed devices, since if there is one working chamber and a control device, it will be able to process a relatively small section of the coal mass, which will lead to the need to move the device along the length of the well to completely process the given section of the coal mass, it does not seem the ability to implement the proposed combined method of softening a coal seam due to the impossibility of simultaneously affecting relatively long n area of the coal massif and to form flows in the pulsed mode of compressed air from the exhaust openings of the normal, oncoming and opposite directions.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату изобретения аналогом в части устройства для комбинированного разупрочнения угольного пласта, принятым за прототип, является «Газодинамический патрон» [4].The closest in technical essence and the achieved result of the invention analogue in terms of a device for combined softening of a coal seam, adopted as a prototype, is the "Gas dynamic cartridge" [4].

Недостатки прототипа:The disadvantages of the prototype:

1. Управляющим элементом, для приведения в действие газодинамического патрона, служит диафрагма (срезной диск) однократного действия. Поэтому после каждого срабатывания патрона его следует извлекать из скважины (шпура) для перезарядки (установки новой диафрагмы). Эта особенность газодинамического патрона (прототипа) исключает возможность использования его в качестве многократного импульсного воздействия сжатым воздухом, истекающим из выхлопных отверстий патрона, на угольный массив.1. The control element, to actuate the gas-dynamic cartridge, is the diaphragm (shear disk) of a single action. Therefore, after each actuation of the cartridge, it should be removed from the well (hole) for recharging (installing a new diaphragm). This feature of the gas-dynamic cartridge (prototype) excludes the possibility of using it as a multiple pulsed action of compressed air flowing from the exhaust holes of the cartridge onto the coal mass.

2. Направление векторов струй сжатого воздуха, истекающих из выхлопных отверстий газодинамического патрона, имеют однозначное направление по нормали относительно продольной оси патрона и стенок скважины (шпура) и не взаимодействуют между собой.2. The direction of the vectors of the jets of compressed air flowing from the exhaust openings of the gas-dynamic cartridge have an unambiguous direction along the normal to the longitudinal axis of the cartridge and the walls of the well (borehole) and do not interact with each other.

3. Отсутствие обратных клапанов в перепускных каналах золотников, разделяющих патрон на отдельные секции (камеры), приводит к турбулентности течения сжатого воздуха внутри патрона по самым беспорядочным траекториям. Интенсивное перемешивание струи в турбулентном потоке приводит к сравнительно большой потере энергии и вследствие этого нестабильной величине давления на всем протяжении создаваемого фронта воздушной волны.3. The absence of check valves in the bypass channels of the spools dividing the cartridge into separate sections (chambers), leads to turbulence in the flow of compressed air inside the cartridge along the most random paths. Intensive mixing of the jet in a turbulent flow leads to a relatively large loss of energy and, as a result, an unstable pressure over the entire length of the created front of the air wave.

Целью изобретения в части устройства является разработка устройства для реализации способа комбинированного разупрочнения угольного массива, которое позволит герметизировать скважину в обрабатываемой зоне угольного массива и воздействовать на массив диоксидом углерода, воды и сжатым воздухом в импульсном режиме как раздельно, так и одновременно в любой комбинации и в любом диапазоне давления.The aim of the invention in terms of the device is to develop a device for implementing a method of combined softening of a coal mass, which will allow to seal a well in the treated zone of a coal mass and act on the mass of carbon dioxide, water and compressed air in a pulsed mode both separately and simultaneously in any combination and in any pressure range.

Эта цель достигается тем, что устройство для комбинированного разупрочнения угольного пласта содержит пневмопакер (герметизатор), закрепленный на торце в хвостовой части пневмоимпульсного патрона, или два пневмопакера (герметизатора), закрепленных соответственно на торцах многосекционного пневмоимпульсного патрона. Причем в пневмопакере, расположенным в хвостовой части устройства, проходят коммуникационные магистрали, представляющие собой систему подводящих каналов для подачи в скважину под давлением диоксида углерода, воды и раздельной подачи сжатого воздуха в пневмопакер и в многосекционный пневмоимпульсный патрон.This goal is achieved by the fact that the device for combined softening of the coal seam contains a pneumatic packer (sealant), mounted on the end in the rear of the pneumatic pulse cartridge, or two pneumatic packers (sealant), mounted respectively on the ends of the multi-section pneumatic pulse cartridge. Moreover, in the pneumatic packer located in the rear part of the device, there are communication lines, which are a system of supply channels for supplying carbon dioxide, water and separate supply of compressed air to the well under pressure and into the multi-section pneumatic impulse cartridge.

Отличительной особенностью данного изобретения является то, что возможно комбинированное воздействие на угольный массив диоксидом углерода, водой и сжатым воздухом в импульсном режиме как раздельно, так и одновременно в любой комбинации и с любой заданной частотой, что повышает надежность и эффективность разупрочнения угольного массива. Кроме того, конструкция многосекционного пневмоимпульсного патрона, входящая составной частью в устройство для комбинированного разупрочнения угольного пласта, исключает перемешивание струи воздуха в турбулентном потоке и, следовательно, обеспечивает стабильное давление истекающего из всех рабочих камер сжатого воздуха на всем протяжении фронта ударно-воздушной волны по длине скважины, при этом наличие управляющего устройства в этой конструкции позволяет производить повторные циклы срабатывания не извлекая устройство из скважины.A distinctive feature of this invention is that it is possible to combine impact on the coal mass with carbon dioxide, water and compressed air in a pulsed mode both separately and simultaneously in any combination and at any given frequency, which increases the reliability and efficiency of softening the coal mass. In addition, the design of a multi-section pneumatic impulse cartridge, which is part of a device for combined softening of a coal seam, eliminates the mixing of an air stream in a turbulent flow and, therefore, ensures stable pressure of compressed air flowing out of all working chambers along the entire length of the shock-air wave front along the length wells, while the presence of a control device in this design allows for repeated cycles of operation without removing the device from the well .

На фиг.3 изображено базовое устройство для комбинированного разупрочнения угольного пласта с одним пневмопакером (герметизатором), установленное в скважине, на фиг.4 - принципиальная схема работы базового устройства для комбинированного разупрочнения угольного пласта, на фиг.5 изображена модификация базового устройства для комбинированного разупрочнения угольного пласта с использованием воздухопроводных трубных элементов между секциями (модулями) става многосекционного пневмоимпульсного патрона, на фиг.6 - принципиальная схема модификации базового устройства с использованием в ставе многосекционного пневмоимпульсного патрона промежуточных воздухопроводных трубных элементов, на фиг.7 изображена модификация базового устройства для разупрочнения угольного пласта с двумя пневмопакерами, установленная в скважине, на фиг.8 - принципиальная схема модификации базового устройства с двумя пневмопакерами, на фиг.9 - модификация базового устройства для разупрочнения угольного пласта с двумя пневмопакерами, соединенными между собой воздухопроводом, установленная в скважине, на фиг.10 - принципиальная схема модификации базового устройства с двумя пневмопакерами, соединенными между собой воздухопроводом.Figure 3 shows the basic device for combined softening of a coal seam with one pneumatic packer (sealant) installed in the well, figure 4 is a schematic diagram of the operation of the basic device for combined softening of a coal seam, figure 5 shows a modification of the basic device for combined softening coal seam using air duct pipe elements between sections (modules) of the stavas of a multi-section pneumo-impulse cartridge, Fig.6 is a schematic diagram of a modif ikation of the base device using a multi-section pneumopulse cartridge of intermediate air pipe elements in the stavka, Fig.7 shows a modification of the base device for softening a coal seam with two pneumatic packers installed in the well, Fig.8 is a schematic diagram of a modification of the base device with two pneumatic packers, Fig.9 - modification of the basic device for softening a coal seam with two pneumatic packers interconnected by an air duct installed in wells e, figure 10 is a schematic diagram of a modification of a basic device with two pneumatic packers interconnected by an air duct.

Устройство, изображенное на фиг.3, содержит пневмопакер (герметизатор) 1 и многосекционный пневмоимпульсный патрон 2. При этом в качестве пневмопакера может быть использован пневматический герметизатор любой конструкции, позволяющий расположить в его конструкции два канала 3 и 4. Один канал 3 предназначен для нагнетания в скважину 5 под давлением диоксида углерода, а затем по этому же каналу нагнетание в скважину 5 под давлением воды. Другой канал 4 предназначен для подачи сжатого воздуха в рабочую полость пневмопакера 1 и в многосекционный пневмоимпульсный патрон 2, а также для сброса сжатого воздуха из рабочей полости пневмопакера 1. Устройство подсоединено к двум магистралям из армированных шлангов высокого давления 6 и 7. Одна магистраль 6 с запорным вентилем 8 используется для нагнетания в скважину 5 через пневмопакер 1 по каналу 3 диоксида углерода, а затем через эту же магистраль воды. Вторая, воздушная магистраль 7, подсоединенная к источнику сжатого воздуха высокого давления через управляющий трехходовой вентиль 9, используется для поступления сжатого воздуха в пневмопакер 1 и в многосекционный пневмоимпульсный патрон 2 устройства, а также для сброса сжатого воздуха из рабочей полости пневмопакера 1.The device shown in Fig. 3 contains a pneumatic packer (sealant) 1 and a multi-section pneumatic impulse cartridge 2. Moreover, a pneumatic sealant of any design can be used as a pneumatic packer, which allows two channels 3 and 4 to be arranged in its design. One channel 3 is intended for injection into the well 5 under the pressure of carbon dioxide, and then through the same channel injection into the well 5 under the pressure of water. Another channel 4 is designed to supply compressed air to the working cavity of the pneumatic packer 1 and to the multi-section pneumatic impulse cartridge 2, as well as to discharge compressed air from the working cavity of the pneumatic packer 1. The device is connected to two lines of reinforced high-pressure hoses 6 and 7. One line 6 s shut-off valve 8 is used for injection into the well 5 through the pneumatic packer 1 through the channel 3 of carbon dioxide, and then through the same water line. The second, air line 7, connected to a source of high pressure compressed air through a three-way control valve 9, is used to supply compressed air to the pneumatic packer 1 and to the multi-section pneumatic pulse cartridge 2 of the device, as well as to discharge compressed air from the working cavity of the pneumatic packer 1.

Пневмопакер 1, входящий в устройство для комбинированного разупрочнения угольного пласта и расположенный в хвостовой части базового устройства, содержит систему подводящих каналов 3 и 4 для нагнетания в скважину 5 под давлением диоксида углерода, воды и раздельной подачи сжатого воздуха в пневмопакер 1 и в многосекционный пневмоимпульсный патрон 2, а также для сброса сжатого воздуха из рабочей полости пневмопакера 1, соответственно. Пневмопакер 1 содержит редуктор 10 и предохранительный клапан 27, которые позволяют подавать по каналу 4 в рабочую полость пневмопакера 1 сжатый воздух под заданным рабочим давлением и контролировать верхний предел рабочего давления сжатого воздуха при помощи предохранительного клапана 27 в рабочей полости пневмопакера 1, а также жиклер - калиброванный канал 32, соединяющий рабочую полость пневмопакера 1 с подводящим каналом 4, для сброса сжатого воздуха из рабочей полости.The pneumatic packer 1 included in the device for combined softening of the coal seam and located in the rear part of the base device contains a system of supply channels 3 and 4 for injection into the well 5 under pressure of carbon dioxide, water and separate supply of compressed air to the pneumatic packer 1 and to the multi-section pneumatic pulse cartridge 2, as well as to discharge compressed air from the working cavity of the pneumatic packer 1, respectively. The pneumatic packer 1 contains a reducer 10 and a safety valve 27, which allow compressed air to be supplied through the channel 4 to the working cavity of the pneumatic packer 1 at a given working pressure and to control the upper limit of the working pressure of compressed air using the safety valve 27 in the working cavity of the pneumatic packer 1, and also the nozzle - calibrated channel 32 connecting the working cavity of the pneumatic packer 1 with the inlet channel 4, for discharge of compressed air from the working cavity.

Многосекционный пневмоимпульсный патрон 2 (фиг.3 и фиг.4А), входящий в устройство для комбинированного разупрочнения угольного пласта, состоит из управляющего устройства 11 и става, скомпонованного из заданного числа последовательно соединенных секций (модулей) 12. В каждой секции (модуле) 12 для сжатого воздуха образованы рабочая камера 13 емкостью V₁ и разрядная камера 14 емкостью V₂. Каждая секция (модуль) 12 имеет выхлопные отверстия 15, которые перекрыты дифференциальными золотниками 16, которые упираются в упорное кольцо 17 за счет усилия пружины 18. Площадь левого торца дифференциального золотника 16 больше площади его правого торца (за площадь правого торца дифференциального золотника 16 принимается площадь, образованная за контуром прилегания правого торца дифференциального золотника 16 к упорному кольцу 17). Каждый дифференциальный золотник 16 снабжен обратным клапаном 19.A multi-section pneumo-impulse cartridge 2 (Fig. 3 and Fig. 4A), included in a device for combined softening of a coal seam, consists of a control device 11 and a stand, composed of a given number of series-connected sections (modules) 12. In each section (module) 12 for compressed air, a working chamber 13 with a capacity of V ₁ and a discharge chamber 14 with a capacity of V _{2 are formed} . Each section (module) 12 has exhaust holes 15 that are blocked by differential spools 16, which abut against the thrust ring 17 due to the force of the spring 18. The area of the left end of the differential spool 16 is larger than the area of its right end (the area of the right end of the differential spool 16 is taken to be formed behind the contour of the fit of the right end of the differential spool 16 to the thrust ring 17). Each differential spool 16 is equipped with a check valve 19.

Поскольку направление истечения потоков сжатого воздуха из рабочих и разрядных камер 13 и 14 оказывает влияние на характер возникновения трещин в обрабатываемом угольном массиве, выхлопные отверстия 15 могут быть выполнены под разными углами в диапазоне 45-135 градусов по направлению относительно продольной оси устройства. Это дает возможность при компоновке става многосекционного пневмоимпульсного патрона 2 изменять направление сброса потоков в импульсном режиме сжатого воздуха из выхлопных отверстий 15 в скважину (см. фиг.4В), то есть секции (модули) 12 става пневмоимпульсного патрона 2 могут быть установлены по длине става таким образом, чтобы можно было формировать потоки в импульсном режиме сжатого воздуха из выхлопных отверстий 15 нормального, встречного и противоположного направлений (на фиг.4В показаны хвостовая и головная секции 12 става пневмоимпульсного патрона 2, формирующие потоки сжатого воздуха из выхлопных отверстий 15 встречного направления). Длину става пневмоимпульсного патрона 2 можно изменять за счет количества секций (модулей) 12, входящих в этот став. Причем комбинированием секций (модулей) 12 с выхлопными отверстиями 15 различного направления по длине става пневмоимпульсного патрона 2 можно изменять характер возникновения трещин при разупрочнении угольного пласта.Since the direction of flow of compressed air from the working and discharge chambers 13 and 14 affects the nature of cracks in the processed coal mass, the exhaust holes 15 can be made at different angles in the range of 45-135 degrees in the direction relative to the longitudinal axis of the device. This makes it possible to change the direction of discharge of pulses of compressed air from the exhaust openings 15 into the well during the assembly of the multi-section pneumatic impulse cartridge 2 stavka (see FIG. 4B), that is, sections (modules) 12 of the pneumatic pulse cartridge 2 stav can be installed along the length of the stav so that it is possible to form flows in a pulsed mode of compressed air from the exhaust holes 15 of the normal, oncoming and opposite directions (Fig. 4B shows the tail and head sections 12 of the air pulse th cartridge 2 forming the compressed air flows from the exhaust openings 15 opposite direction). The stavo length of the pneumatic pulse cartridge 2 can be changed due to the number of sections (modules) 12 included in this stav. Moreover, by combining sections (modules) 12 with exhaust openings 15 of various directions along the length of the air-pulse cartridge 2, it is possible to change the nature of the occurrence of cracks during softening of the coal seam.

Управляющее устройство 11 (см. фиг.4А), расположенное в хвостовой части пневмоимпульсного патрона 2, осуществляет его срабатывание и состоит из кольцеобразного поршня 20, прилегающего к упорному кольцу 21 и перекрывающего отверстия 22, которые сбрасывают сжатый воздух из разрядной камеры 14 хвостовой секции (модуля) 12 става пневмоимпульсного патрона 2 в скважину (см. фиг.4Б). Кольцеобразный поршень 20 насажен на воздухораспределитель 23 (см. фиг.4А). Кольцеобразный поршень 20 и воздухораспределитель 23 размещены в управляющем устройстве 11 коаксиально и образуют в нем вспомогательную кольцеобразную камеру 24 емкостью V₃. При этом емкость вспомогательной кольцеобразной камеры 24 управляющего устройства 11 и рабочих и вспомогательных камер 13 и 14 секций (модулей) 12 става пневмопатрона 2 должны удовлетворять условию V₁>V₂>V₃.The control device 11 (see figa), located in the rear of the pneumatic pulse cartridge 2, operates and consists of an annular piston 20 adjacent to the thrust ring 21 and overlapping holes 22, which discharge compressed air from the discharge chamber 14 of the tail section ( module) 12 stavki air-pulse cartridge 2 into the well (see figb). An annular piston 20 is mounted on the air distributor 23 (see FIG. 4A). The annular piston 20 and the air distributor 23 are placed in the control device 11 coaxially and form in it an auxiliary annular chamber 24 with a capacity of V ₃ . At the same time, the capacity of the auxiliary annular chamber 24 of the control device 11 and the working and auxiliary chambers 13 and 14 of the sections (modules) 12 of the head of the pneumatic cartridge 2 must satisfy the condition V ₁ > V ₂ > V ₃ .

В корпусе воздухораспределителя 23 расположены центральный продольный канал 25 и обратный клапан 19, сообщающие полость разрядной камеры 14 хвостовой секции (хвостового модуля) 12 става пневмоимпульсного патрона 2 с поперечным сбрасывающим каналом 26, с кольцеобразной вспомогательной камерой 24, с подводящим каналом 4, расположенным в пневмопакере 1, и с воздухопроводом сжатого воздуха 7. Площадь левого торца кольцеобразного поршня 20 больше площади его правого торца (за площадь правого торца кольцеобразного поршня 20 принимается площадь, образованная за контуром прилегания правого торца кольцеобразного поршня 20 к упорному кольцу 21).In the casing of the air distributor 23, a central longitudinal channel 25 and a check valve 19 are located, which communicate with the cavity of the discharge chamber 14 of the tail section (tail module) 12 of the air pulse cartridge 2 with the transverse discharge channel 26, with an annular auxiliary chamber 24, with a supply channel 4 located in the pneumatic packer 1, and with an air duct of compressed air 7. The area of the left end of the annular piston 20 is larger than the area of its right end (the area of the right end of the annular piston 20 is taken ƈ This fit the contour of the right end of the annular piston 20 to the thrust ring 21).

Устройство для комбинированного разупрочнения угольного пласта с одним пневмопакером (герметизатором) работает следующим образом. От источника сжатого воздуха высокого давления через открытый управляющий трехходовой вентиль 9 и воздухопроводную сеть 7 сжатый воздух поступает (см. фиг.4А) в пневмопакер 1 и по каналу 4, который расположен в пневмопакере 1, разделяется на два потока. Один поток сжатого воздуха через редуктор 10 поступает в рабочую полость пневмопакера 1, который при этом герметизирует скважину. Редуктор 10 лимитирует повышение давления сжатого воздуха в рабочей полости пневмопакера 1 не выше максимального рабочего давления, а предохранительный клапан 27 контролирует рабочее давление в рабочей полости пневмопакера 1. Второй поток сжатого воздуха поступает в управляющее устройство 11 и далее в разрядную камеру 14 хвостовой секции (модуля) 12 става пневмоимпульсного патрона 2. Далее поток сжатого воздуха через все обратные клапана 17 поступает во все разрядные и рабочие камеры секций (модулей) 12 става пневмоимпульсного патрона 2, в которых при этом устанавливается равновесное заданное давление сжатого воздуха. Затем управляющий трехходовой вентиль 9 поворачивают в положение «закрыто». После этого приступают к процессу разупрочнения угольного массива. Открывают вентиль 8 и от источника через магистраль 6 и канал 3, расположенный в пневмопакере 1, производят под давлением подачу диоксида углерода в скважину. Затем после обработки угольного массива вокруг скважины диоксидом углерода в скважину под давлением подается вода по той же коммуникационной системе, что и при подаче в скважину диоксида углерода, до полного водонасыщения разупрочненного диоксидом углерода угольного массива в обрабатываемой зоне. Закрывают вентиль 8. После этого управляющий трехходовой вентиль 9 поворачивают в положение «сброс» (см. фиг.4Б), при этом через управляющий трехходовой вентиль 9 сжатый воздух истекает (сбрасывается) из емкости вспомогательной кольцеобразной камеры 24 управляющего устройства 11 в атмосферу.A device for combined softening of a coal seam with one pneumatic packer (sealant) works as follows. From a source of high-pressure compressed air through an open control three-way valve 9 and an air supply network 7, compressed air enters (see Fig. 4A) into the air pack 1 and through the channel 4, which is located in the air pack 1, is divided into two streams. One stream of compressed air through the gearbox 10 enters the working cavity of the pneumatic packer 1, which at the same time seals the well. The reducer 10 limits the increase in the pressure of compressed air in the working cavity of the pneumatic packer 1 not higher than the maximum working pressure, and the safety valve 27 controls the working pressure in the working cavity of the pneumatic packer 1. The second stream of compressed air enters the control device 11 and then into the discharge chamber 14 of the tail section (module ) 12 stav of pneumatic impulse cartridge 2. Next, the flow of compressed air through all the check valves 17 enters all the discharge and working chambers of sections (modules) 12 stav of pneumatic impulse cartridge 2, in which In this case, the equilibrium set pressure of compressed air is established. Then, the control three-way valve 9 is turned to the closed position. After that, they begin the process of softening the coal mass. Open valve 8 and from the source through line 6 and channel 3 located in the pneumatic packer 1, produce under pressure the flow of carbon dioxide into the well. Then, after treating the coal mass around the well with carbon dioxide, water is supplied under pressure to the well through the same communication system as when carbon dioxide was supplied to the well, until the carbon mass softened by carbon dioxide in the treated zone is fully saturated. Close valve 8. After this, the three-way control valve 9 is turned to the "reset" position (see Fig. 4B), and through the three-way control valve 9, compressed air flows (is discharged) from the tank of the auxiliary annular chamber 24 of the control device 11 into the atmosphere.

Вследствие этого происходит перепад давления между торцами цилиндрического поршня 20, который мгновенно смещается влево и открывает сбрасывающие отверстия 22, через которые сжатый воздух из разрядной камеры хвостовой секции (модуля) 12 става пневмоимпульсного патрона 2 сбрасывается в скважину. В связи с мгновенным падением давления в разрядной камере хвостовой секции (модуля) 12 создается перепад давлений сжатого воздуха между разрядной камерой 14 и рабочей камерой 13 этой секции става пневмоимпульсного патрона 2. Дифференциальный золотник 16 с большой скоростью перемещается влево (см. фиг.4В), отжимая пружину 18 в левое крайнее положение, при этом открываются выхлопные отверстия 15 хвостовой секции (модуля) 12 и воздух из рабочей камеры 13 и разрядной камеры 14 следующей секции после хвостовой сбрасывается в скважину. Аналогичным путем срабатывают последовательно остальные секции 12 става пневмоимпульсного патрона 2.As a result of this, a pressure differential occurs between the ends of the cylindrical piston 20, which instantly shifts to the left and opens the discharge holes 22, through which compressed air from the discharge chamber of the tail section (module) 12 of the air-pulse cartridge 2 is discharged into the well. In connection with the instantaneous pressure drop in the discharge chamber of the tail section (module) 12, a differential pressure of compressed air is created between the discharge chamber 14 and the working chamber 13 of this section of the pneumatic impulse cartridge 2. The differential valve 16 moves to the left at high speed (see Fig. 4B) By pressing spring 18 to the left extreme position, the exhaust openings 15 of the tail section (module) 12 and air from the working chamber 13 and the discharge chamber 14 of the next section after the tail are discharged into the well. In a similar way, the remaining sections 12 of the air-pulse cartridge 2 are activated sequentially.

После полного срабатывания (разряжения) пневмоимпульсного патрона 2 дифференциальные золотники 16 под действием усилия пружин 18 возвращаются в исходное положение, после чего рабочий цикл воздействия на обрабатываемый угольный пласт в импульсном режиме сжатым воздухом высокого давления повторяют. То есть открывают управляющий трехходовой вентиль 9 и сжатый воздух высокого давления от источника поступает в управляющее устройство 11 и далее во все разрядные и рабочие камеры секций (модулей) 12 става пневмоимпульсного патрона 2. Затем управляющий трехходовой вентиль 9 поворачивают в положение «сброс» и происходит процесс, рассмотренный выше на фиг.4, срабатывания пневмоимпульсного патрона 2. После завершения работ по обработке угольного пласта вокруг скважины 5 с использованием предлагаемого устройства скважину 5 разгерметизируют (сбрасывают давление сжатого воздуха в рабочей полости пневмопакера 1), то есть через жиклер - калиброванный канал 32, соединяющий рабочую полость пневмопакера 1 с подводящим каналом 4, при открытом управляющем трехходовом вентиле 9 сжатый воздух из рабочей полости пневмопакера 1 по подводящему каналу и воздухопроводной сети 7 истекает в атмосферу. Затем устройство переставляют на другую скважину для проведения операций по обработки угольного массива на следующей позиции.After the pneumatic pulse cartridge 2 is fully actuated (depleted), the differential spools 16 under the action of the force of the springs 18 return to their original position, after which the duty cycle of the impact on the treated coal seam is repeated in pulse mode with high-pressure compressed air. That is, the control three-way valve 9 is opened and the high-pressure compressed air from the source enters the control device 11 and then into all the discharge and working chambers of the sections (modules) 12 of the air pulse cartridge 2. Then the control three-way valve 9 is turned to the “reset” position and occurs the process described above in figure 4, the operation of the pneumatic pulse cartridge 2. After completion of the processing of the coal seam around the well 5 using the proposed device, the well 5 is depressurized (sb compressed air pressure is sucked in the working cavity of the pneumatic packer 1), that is, through the nozzle — a calibrated channel 32 connecting the working cavity of the pneumatic packer 1 with the supply channel 4, with the open control three-way valve 9, compressed air from the working cavity of the pneumatic packer 1 through the supply channel and the air supply network 7 expires in the atmosphere. Then the device is rearranged to another well for processing operations of the coal mass at the next position.

Изображенная на фиг.5 модификация базового устройства для комбинированного разупрочнения угольного пласта с использованием воздухопроводных трубных элементов 28 между секциями (модулями) 12 става пневмоимпульсного патрона 2, а на фиг.6 принципиальная схема этого устройства. Эта модификация базового устройства позволяет рассредоточить секции (модули) 12 става пневмоимпульсного патрона 2 по длине скважины 5 (см. фиг.5), что позволяет в зависимости от физико-механических свойств и структуры угольного массива изменить характер образования трещин при воздействии на обрабатываемый участок угольного массива в импульсном режиме сжатым воздухом высокого давления. Это достигается путем увеличения времени воздействия на обрабатываемый участок угольного массива в импульсном режиме сжатым воздухом высокого давления за счет истекающего из выхлопных отверстий 15 дополнительного объема сжатого воздуха V₄, находящегося в промежуточных воздухопроводных трубных элементах 28. Подготовка к работе и функционирование этой модификации базового устройства осуществляется по аналогии с базовым устройством, описанным выше и изображенным на фиг.4.The modification of the basic device depicted in FIG. 5 for a combined softening of a coal seam using air pipe elements 28 between sections (modules) 12 of the air pulse cartridge 2, and in FIG. 6 a schematic diagram of this device. This modification of the base device allows you to disperse sections (modules) 12 of the sting of the pneumatic pulse cartridge 2 along the length of the well 5 (see figure 5), which allows depending on the physicomechanical properties and structure of the coal mass to change the nature of the formation of cracks when exposed to the treated section of coal array in pulse mode with high pressure compressed air. This is achieved by increasing the exposure time to the treated area of the coal mass in a pulsed mode with high-pressure compressed air due to the additional volume of compressed air V ₄ located in the intermediate air pipe elements 28 flowing from the exhaust holes 15. This modification of the basic device is prepared for operation and functioning by analogy with the basic device described above and shown in Fig.4.

Модификация базового устройства, изображенная на фиг.7, предназначена для осуществления способа разупрочнения угольного массива приведенного на фиг.2, когда длина скважин более 20 м. В данной модификации (см. фиг.7 и фиг.8) используются два пневмопакера 1 и 29. Как и в базовом устройстве пневмопакер 1 так же установлен в хвостовой части модифицированного устройства и имеет такую же конструкцию пневмопакера как и в базовом варианте (см. фиг.4). Головной пневмопакер 29 установлен в головной части всего устройства. Заполнение сжатым воздухом рабочей полости головного пневмопакера 29 осуществляется непосредственно из рабочей камеры 13 головной секции (модуля) 12 става пневмоимпульсного патрона 2 через воздухопроводный канал 30, соединяющий эти полости. Рабочая камера головного пневмопакера 29 связана с воздухопроводным каналом 30 через редуктор 10 и предохранительный клапан 27. Редуктор 10 пропускает сжатый воздух под давлением, не превышающим заданное рабочее давление в рабочей полости пневмопакера 29, а предохранительный клапан 27 контролирует верхний предел рабочего давления сжатого воздуха в рабочей полости пневмопакера 29. Жиклер - калиброванный канал 32 пневмопакера 29, соединяющий рабочую полость пневмопакера 29 с рабочей полостью 13, используется для сброса сжатого воздуха из рабочей полости пневмопакера 29 в рабочую камеру 13 головной секции (модуля) 12 става пневмоимпульсного патрона 2. Жиклер - калиброванный канал 32 пневмопакера 1, соединяющий рабочую полость пневмопакера 1 с подводящим каналом 4, при открытом управляющем трехходовом вентиле 9, используется для сброса сжатого воздуха из рабочей полости пневмопакера 1 по подводящему каналу 4 и воздухопроводной сети 7 в атмосферу. Подготовка к работе и функционирование этой модификации осуществляется по аналогии с устройством, описанным и изображенным на фиг.4. При этом скважина по длине, которой обрабатывается угольный массив, герметизируется на каждой заходке с обеих сторон.The modification of the basic device shown in Fig. 7 is intended to implement the method of softening the coal mass shown in Fig. 2 when the length of the wells is more than 20 m. In this modification (see Fig. 7 and Fig. 8) two pneumatic packers 1 and 29 are used As in the basic device, the pneumatic packer 1 is also installed in the rear part of the modified device and has the same pneumatic packer design as in the basic version (see Fig. 4). The head pneumatic packer 29 is installed in the head of the entire device. Filling with compressed air the working cavity of the head pneumatic packer 29 is carried out directly from the working chamber 13 of the head section (module) 12 of the air pulse cartridge 2 through the air duct 30 connecting these cavities. The working chamber of the head pneumatic packer 29 is connected to the air duct 30 through the gearbox 10 and the safety valve 27. The gearbox 10 passes compressed air under pressure not exceeding the specified working pressure in the working chamber of the pneumatic packer 29, and the safety valve 27 controls the upper limit of the working pressure of the compressed air in the working the cavity of the pneumatic packer 29. The nozzle is a calibrated channel 32 of the pneumatic packer 29, connecting the working cavity of the pneumatic packer 29 with the working cavity 13, is used to discharge compressed air from the working the pneumatic packer 29 into the working chamber 13 of the head section (module) 12 of the pneumatic impulse cartridge 2. The nozzle is a calibrated channel 32 of the pneumatic packer 1 connecting the working chamber of the pneumatic packer 1 with the supply channel 4, with the open control three-way valve 9, used to discharge compressed air from the working the cavity of the pneumatic packer 1 through the inlet channel 4 and the air duct network 7 into the atmosphere. Preparation for operation and the operation of this modification is carried out by analogy with the device described and depicted in figure 4. In this case, the well along the length by which the coal mass is processed is sealed at each run on both sides.

Изображенное устройство на фиг.9 и фиг.10 является модификацией устройства для разупрочнения угольного пласта, изображенного на фиг.7 и фиг.8. Это устройство отличается от устройства, изображенного на фиг.7 и фиг.8, тем, что заполнение головного пневмопакера 29 сжатым воздухом осуществляется через воздухопровод (гибкий воздухопроводный рукав высокого давления) 31, соединяющий рабочую полость хвостового пневмопакера 1 с рабочей полостью головного пневмопакера 29. В данной модификации у головного пневмопакера 29 по сравнению пневмопакером 1 отсутствуют редуктор 10, предохранительный клапан 27 и жиклер - калиброванный канал 32. Поскольку рабочие емкости этих пневмопакеров 1 и 29 объеденены, то контролирование и поддержание заданного рабочего давления в рабочих полостях пневмопакеров 1 и 29, а также сброс сжатого воздуха из рабочих полостей пневмопакеров осуществляется устройствами, имеющимися у хвостового пневмопакера 1 (редуктор 10, предохранительный клапан 27 и жиклер - калиброванный канал 32). Подготовка к работе и функционирование этой модификации осуществляется по аналогии с устройствами, описанными и изображенными на фиг.4, фиг.7 и фиг.8.The device shown in Fig.9 and Fig.10 is a modification of the device for softening the coal seam depicted in Fig.7 and Fig.8. This device differs from the device shown in Fig. 7 and Fig. 8 in that the head pneumatic packer 29 is filled with compressed air through an air duct (high pressure flexible air duct) 31 connecting the working cavity of the tail pneumatic packer 1 to the working cavity of the head pneumatic packer 29. In this modification, the head pneumatic packer 29 does not have a reducer 10 in comparison with pneumatic packer 1, a safety valve 27, and a nozzle have a calibrated channel 32. Since the working capacities of these pneumatic packers 1 and 29 are united Then controlling and maintaining a predetermined operating pressure in the working spaces pnevmopakerov 1 and 29, and compressed working air discharge of cavities carried pnevmopakerov devices available to the caudal pnevmopakera 1 (reducer 10, a safety valve 27 and the jet - the calibrated channel 32). Preparation for operation and the operation of this modification is carried out by analogy with the devices described and shown in Fig. 4, Fig. 7 and Fig. 8.

Таким образом, использование предлагаемых комбинированных способов разупрочнения угольного массива и устройств для их осуществления позволит повысить эффективность разупрочнения угольного массива и дегазации угольного пласта в избирательном режиме в зависимости от физико-механических свойств угля (структуры угольного пласта) и горнотехнических условий разработки.Thus, the use of the proposed combined methods of softening the coal mass and devices for their implementation will increase the efficiency of softening the coal mass and degassing of the coal seam in a selective mode, depending on the physicomechanical properties of coal (coal seam structure) and mining conditions.

Источники информацииInformation sources

1. «Способ разупрочнения угольного массива», патент на изобретение РФ №2053369, кл. Е21F 5/00, 27.01.1996 г., Бюл. №3 (аналог способа).1. "Method of softening the coal mass", patent for the invention of the Russian Federation No. 2053369, class E21F 5/00, 01/27/1996, Bull. No. 3 (analogue of the method).

2. «Способ разупрочнения угольного пласта (варианты)», патент на изобретение РФ №2082886, кл. Е21F 5/00, 27.06.1997 г., Бюл. №18 (прототип способа).2. "Method for softening a coal seam (options)", patent for the invention of the Russian Federation No. 2082886, class. E21F 5/00, June 27, 1997, Bull. No. 18 (prototype method).

3. «Пневматический патрон», авторское свидетельство на изобретение СССР №1802117, кл. Е21С 37/06, 15.03.1993 г., Бюл. №10 (аналог устройства).3. "Pneumatic cartridge", copyright certificate for the invention of the USSR No. 1802117, class. Е21С 37/06, 03/15/1993, Bull. No. 10 (analog of the device).

4. «Газодинамический патрон», авторское свидетельство на изобретение СССР №1809049, кл. Е21С 37/06, 15.04.1993 г., Бюл. №14 (прототип устройства).4. "Gas-dynamic cartridge", copyright certificate for the invention of the USSR No. 1809049, class. Е21С 37/06, 04/15/1993, Bull. No. 14 (prototype device).

Claims

1. A method of softening a coal mass, including drilling wells into the treated zone of a coal seam, supplying carbon dioxide to them at a pressure not lower than the threshold pressure, injecting water under pressure below the hydraulic fracture to completely saturate the treated zone, characterized in that high pressure compressed air is supplied for increasing the pressure in the well above the fracturing of the coal seam in the treated zone, and high-pressure compressed air is supplied in a pulsed mode both separately and simultaneously in any room binations and in a certain pressure range of compressed air with a given frequency depending on the physicomechanical properties and structure of the coal seam.

2. A device for softening a coal seam, including a multi-section pneumatic impulse cartridge, characterized in that the design of the device includes one pneumatic packer having a gearbox, a safety valve, a nozzle — a calibrated channel and two channels, one of which is designed to inject carbon dioxide into the well under pressure and then through the same injection channel into the well under water pressure, another is designed to supply compressed air to the working cavity of the pneumatic packer and to the multi-section pneumatic impulse cartridge as well as to discharge compressed air from the working cavity of the pneumatic packer, while the pneumatic packer is located in the rear part of the device, and the multi-section pneumatic impulse cartridge consists of a control device with an auxiliary annular chamber with a capacity of V ₃ and a stand composed of a given number of series-connected sections in the form of modules with exhaust openings covered by differential spools, and the area of the left end of the spools is greater than the area of their right end, and each section contains a working chamber awn V ₁ and the discharge chamber capacity V _2, wherein the capacitance of the auxiliary annular chamber of the control device and container working and auxiliary chambers sections stava multisection pnevmoimpulsnogo cartridge must satisfy V _1> V _2> V _3, and the exhaust holes are formed at an angle of 45 ÷ 135 ° degrees in the direction relative to the longitudinal axis of the device.

3. The device according to claim 2, characterized in that between the sections of the stavka of a multi-section pneumo-impulse cartridge are air pipe elements.

4. The device according to claim 2, characterized in that it contains an additional pneumatic packer, while the pneumatic packers are placed at the ends of the multi-section pneumopulse cartridge.

5. The device according to claim 4, characterized in that it contains an air duct made in the form of a flexible high pressure air duct sleeve to fill the head pneumatic packer with compressed air, while the air duct connects the working cavity of the tail pneumatic packer with the working cavity of the head pneumatic packer.