SU1550174A1

SU1550174A1 - Способ дегазации горного массива

Info

Publication number: SU1550174A1
Application number: SU884472457A
Authority: SU
Inventors: Давид Иосифович Бухны; Виктор Семенович Забурдяев; Иван Владимирович Сергеев; Борис Евгеньевич Рудаков; Юрий Михайлович Бирюков; Юрий Викторович Пудовкин
Original assignee: Институт горного дела им.А.А.Скочинского
Priority date: 1988-08-16
Filing date: 1988-08-16
Publication date: 1990-03-15

Abstract

Изобретение относитс к горному делу и может быть использовано в газообильных шахтах дл борьбы с газом и газодинамическими влени ми. Цель - повышение эффективности дегазации за счет формировани разветвленной сети искусственных трещин в дегазируемом массиве. Из горной выработки бур т скважину и вскрывают дегазируемый пласт. Устье скважины обсаживают трубами и цементируют затрубное пространство. Обработку дегазируемого массива начинают до насыщени обрабатываемой зоны жидкостью. Когда давление нагнетани возрастет до величины, пропорциональной геостатическому давлению и коэффициенту бокового распора пород (λ^.γ^.H) начинают осуществл ть гидроимпульсное воздействие на пласт. Предварительно определ ют скорость распространени звука в массиве и прочность его пород на разрыв. Нагнетание жидкости в импульсном режиме ведут при скорости нарастани давлени , пропорциональной квадрату скорости звука. Нижний предел нарастани давлени в импульсе устанавливают по суммарной величине предела прочности пород дегазируемого массива на разрыв ( σ_р) и геостатического давлени (γ^.H). В случае пересечени скважинами гидроразрыва горных пород, уступающих по прочности дегазируемым, их изолируют от жидкости. Способ увеличивает эффективность дегазации с 15-20% до 40-50%. 1 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относитс к горной промышленности, преимущественно угольной, и может быть использовано в газообильных и выбросоопасных шахтах дл борьбы с газом и газодинамическими влени ми, а также дл дегазации труднообрушаемых пород кровли, снижени напр жений в горном массиве.

Цель изобретени - повышение эффективности дегазации за счет формировани разветвленной сети искусственных трещин в массиве.

Способ дегазации горного массива осуществл ют следующим образом.

Из горной выработки, пройденной ва вмещающих угольный пласт породах или по угольному пласту, провод т скважину с таким расчетом, чтобы вскрыть предназначенный дл дегазации пласт, если он расположен выше или ниже горной выработки, или располагают ее в плоскости дегазируемого пласта, если выработка пройдена по пласту. Эту скважину оборудуют у усть так, чтобы через нее можно было нагнетать в пласт рабоч;5то жидкость, разрыва его.Устье скважины обсаживают трубами, залив затрубное пространство цементным (или иным герметизирующим ) раствором, либо укрепл ют массив в устьевой части скважины твердеющим составом и ввод т в нее ствольную часть установки, например, дл взрывогидроимпульсного воздействи . Пересекаемые скважиной горные породы, уступающие по прочности дегазируемым , изолируют путем цементации затрубного пространства или упрочнени их твердеющими растворами .

Обработку дегазируемого пласта начинают с подачи в него жидкости в статическом режиме нагнетани , дл чего можно использовать имеющиес насосы, обеспечивающие расход жидкости от нескольких дес тков до соте литров в минуту и давление нагнетани , при котором прилегающа к жине зона обрабатываемого пласта насыщаетс жидкостью. Последн заполн ет естественные трещины и поры в пласте, но не разрывает его.

Импульсное воздействие осуществл ют тогда, когда давление нагнетани возрастает до величины А у Н (t коэффициент бокового распора, отн. ед.; YН - величина геостатического давлени , Па). Этот момент фиксируетс по показани м манометра, установленного в нагнетательной ветв При этом импульсное воздействие осуществл ют в зонах, не имеющих тектонческих и разрывных напр жений.

Параметры нагнетани жидкости в импульсном режиме воздействи на массив наход т с учетом предварительно установленных величин скорости звука в дегазируемом массиве и прочности его пород на разрыв, которые определ ют экспериментально извест

5

0

5

ными методами. При этом нагнетание жидкости в начальной фазе импульсного воздействи на массив ведут при скорости нарастани давлени , пропорциональной квадрату скорости звука в нем. В этом случае создают новые трещины, которые в совокупности с природными формируют в массиве разветвленную сеть трещин. Нижний предел нарастани давлени в импульсе устанавливают по суммарной величине предела прочности пород дегазируемого массива на разрыв и геостатического давлени jj1 H.

Формула дл расчета скорости нарастани давлени в импульсном режиме (имеет вид

oi 1 ,5-10 |Ц С4, Па/с,

где об скорость нарастани давлени ; (U - в зкость жидкости, кг/м-с; с - скорость звука, м/с. Нижний предел нарастани давлени в импульсе определ ют по формуле

PH-JH+G,

г

Па

0

5

0

5

0

5

1Н V

где Рн - нижний предел нарастани давлени в импульсе; величина геостатического давлени , Па;

предел прочности дегазируемых пород на разрыв, Па. Режим и параметры импульсного воздействи обеспечивают количеством примен емого энергоносител импульса, в качестве которого могут быть выбраны взрывчатые вещества, реализуемые в скважине, или средство, формирующее во взрывогидроимпульсной установке заданные параметры воздействи .

Обработку пласта осуществл ют в один прием, если используют в качестве энергоносител взрывчатые вещества , реализуемые в скважине, или в несколько приемов - при использовании взрывогидроимпульсной установки, содержащей автоматический клапан дл разделени рабочей жидкости и средства формировани импульса.

После завершени процесса формировани трещин в дегазируемом массиве в обработанной жидкостью зоне пласта провод т пластовые дегазационные скважины, которые, также как и нагнетательные скважины, подключают к дегазационному трубопроводу и используют их дл отсоса газа.

515

При использовании способа дл ослаблени труднообрушаемых пород кровли , снижени напр жений в горном массиве и его дегазации скважины дл разрыва пласта провод т до середины сло труднообрушаемых пород, сдерживающих процесс разгрузки и дегазации . Скважины обсаживают до почвы обрабатываемого сло , перекрыва все менее прочные горные породы. Воздействие на породы труднообрушаемого сло осуществл ют в статическом и импульсном режимах нагнетани ,аналогично случаю с угольным пластом. При этом параметры воздействи (скорость и нижний предел нарастани давлени жидкости в импульсе)устанавливают с учетом данных о скорости звука в труднообрушаемом слое пород, их проч- ности на разрыв и величины геостатического давлени в слое. Затем про- . вод т дегазационные скважин до почвы пород труднообрушаемого сло . Все скважины подключают к дегазационной системе.

При дегазации надрабатываемой толщи, содержащей слои крепких песчаников или известн ков, сдерживающих процесс разгрузки, нагнетательные

скважины провод т до середины наиболее мощного сло , создают в нем искусственную сеть трещин, способствующих последующему разлому сло в зоне вли ни горного давлени при очистной выемке угольного (или иного) пласта. Очередность операций, параметры обсадки скважин и гидровоздействи в статическом и импульсном ре-4 жимах нагнетани устанавливают ана- логично описанному выше. Дегазационные скважины провод т только до крепкого сло обработанных пород. Все скважины используют дл дегазации.

Пример. Способ дегазации

осуществл ли дл условий угольного пласта, залегающего на глубине 800 м.

Скважины дл воздействи на пласт и его дегазации проводили до начала очистных работ в плоскости пласта из подготовительной выработки. Массив у устьевой части скважины укрепили твердеющим раствором и ввели в нее ствольную часть установки дл взрыво- гидроимпульсного воздействи .

По результатам натурных замеров были определены: коэффициент бокового распора - Д 0,5; скорость распространени звука в пласте м/с,

5

01

Q 5 0 5

0

о

5

0

5

746

предел прочности угл на раст жениеСГЦ 2-106 Па.

Через ствольную часть взрывогидро- импульсной установки выполнили нагнетание жидкости в пласт с темпом нагнетани 200-300 л/мин до тех пор, пока давление нагнетани не превзойдет величины ftУН. Величина геостатического давлени QfH) определ лась, исход из глубины залегани пласта ( м) и среднего объемного веса пород Of 2,5 т/м) и поставила

,5 т/мС 2 107 Па.

Т§ким образом нагнетание жидкости в пласт продолжали до тех пор, пока давление нагнетани не достигнет величины 0,5 Па.

После этого производили обработку пласта в импульсном режиме. Скорость нарастани давлени в импульсе определ ли по формуле

4 ч Об -1 ,5 10 (U с .

Так как в качестве рабочей жидкости использовали воду, в зкость которой равна 10 кг/м-с, то темп нарастани давлени принимали равным

oL 1 ,5 104- 10 (2-10) 107 Па/с,

нижний предел дл величины давлени в импульсе устанавливали по формуле

Рн Н+С 2 107+2 106 2,2-107 Па

После выполнени обработки массива в импульсном режиме продолжали его обработку в режиме статического нагнетани , затем повтор ли импульсное воздействие и т0д0 до тех пор, пока не был достигнут требуемый радиус обработки. Момент достижени требуемого радиуса обработки был установлен по по влению жидкости в контрольной скважине.

Затем в обработанном массиве пробурили дегазационные скважины. Обе группы скважин подключили к дегазационному трубопроводу и приступили к отсосу газа.

Claims

Формула изобретени

1 о Способ дегазации горного массива , включающий бурение скважин гидроразрыва , обсадку их трубами, проведение гидрообработки массива через скважины путем нагнетани жидкости в пласт в статическом режиме, гидроим-

пульсное воздействие иа пласт, подключение скважин гидроразрыва к дегазационному газопроводу и извлечение газа, отличающийс тем, что, с целью повышени эффективности дегазации за счет формировани разветвленной сети искусственных трещин в массиве, предварительно определ ют скорость распространени звука в дегазируемом массиве и прочность пород массива на разрыв, нагнетание жидкости в импульсном режиме осуществл ют при скорости нарастани давлени в

жидкости, пропорциональной квадрату скорости распространени звука в массиве , при этом нижний предел нарастани давлени в импульсе устанавливают по суммарной величине предела прочности пород дегазируемого массива на разрыв и геостатического давлени пород о
2. Способ по п. 1, отличающийс тем, что изолируют от жидкости горные породы,.пересекаемые скважиной гидроразрыва и уступающие по прочности дегазируемым.