SU1657658A1 - Способ дегазации угольных пластов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горному делу и может быть использовано дл  дегазации угольных пластов при их отработке подземным способом. Цель - повышение эффективности дегазации за счет увеличени  проницаемости горных пород, В массиве горных пород бур т скважины. В последних на рассто нии от пласта, равном 3-5-ти длинам волн основной получаемой частоты, размещают невзрывные пневматические источники вибрации, определ ют векторы максимального и минимального главных напр жений , ориентируют оси источников в направлении действи  одного из главных напр жений, заполн ют скважину упруго- в зким материалом, возбуждают в угольном пласте колебани . Амплитуду колебаний мен ют от минимального уровн  до уровн , при котором напр жени  в угольном пласте достигают 0,5 от разрушающих. Воздействие на угольный пласт осуществл ют поэтапно; вначале привод т угольный пласт в колебательное состо ние в диапазоне частот от 60 до 1500 Гц, а затем переход т на частоту, равную частоте собственных коле- Саний угольного пласта в совокупности с бомбардировкой пласта пучками нейтронов высоких энергий. Воздействие осуществл ют до тех пор, пока уровень концентрации метана в лаве не снижаетс  до нормативного , что позвол ет значительно повысить эффективность предлагаемого способа по сравнению с известными. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. W Ё

Description

Изобретение относитс  к области горного дела и может быть использовано дл  дегазации угольных пластов или локальных участков горного массива.

Цель изобретени  - повышение эффективности дегазации за счет увеличени  проницаемости угольного пласта.

На чертеже приведена схема реализации способа.

Схема включает горный массив 1, угольный пласт 2, скважины 3 с размещенными в них невзрывными пневматическими источниками 4 со встроенными в них тензодатчи- ками 5, горную выработку 6, компрессор 7 высокого давлени  (ЭУ-5 или ЭУ-7), электронный пульт 8 управлени , микропроцессорный блок 9, модуль 10 пам ти, пультовый терминал 11. цифропечатающее устройство 12, шпуры 13 дл  бомбардировки угольного пласта пучками нейтронов высоких энергий с использованием нейтронного генератора 14, контрольные скважины 15с размещенными в них средствами контрол  горного давлени , ai и Oz - векторы максимального и минимального главных напр жений в угольном пласте.

Оч

ел VI о ел

00

Способ осуществл ют следующим образом .

Из горной выработки бур т серию контрольных скважин 15 и шпуров 13 параллельно забою лавы.

В контрольной скважине устанавливают датчики давлени  горных пород и определ ют поле главных напр жений и главные век торы напр жений в угольном пласте. Также определ ют величину разрушающих напр жений пласта.

Из выработки, проведенной параллельно первой на угольный пласт 2, бур т скважины 3 и размещают в них невзрывные пневматические источники 4 со встроенными т.ензодатчиками 5. Источники устанавливают в плоскости, проход щей через линию действи  минимального главного напр жени .

Максимальный диаметр скважин и их глубину дл  размещени  невэрывных пневматических источников 4 выбирают исход  из оптимальных условий возбуждени  сейсмических колебаний на частотах 60-1500 Гц, при которых имеет место оптимальна  закачка упругой энергии в тело угольного пласта 2, составл юща  3-16% всей энергии , поступающей в источник 4 от компрессора 7 (60-300 атм). Глубина размещени  источников в скважинах 3 оптимальна при величине давлени  в 7-10 атм, что и обеспечиваетс  упругов зким телом, помещаемым в скважине 3 после размещени  в них источников 4. В качестве упругов зкого тела используют обычно либо мелочь породы - буровую мелочь, смешанную с водой, либо кварцевый песок с добавками металлических опилок, при этом акустические свойства материала упругов зкого тела выбирают близкими по величине акустическому сопротивлению пород, слагающих массив в месте бурени  скважине. Это необходимо дл  более полной передачи энергии возбуждаемой волны в угольный пласт и горный массив.

Скважины бур т на рассто нии 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив.

Врем  воздействи  синхронной работы группы источников 4 дл  приведени  угольного пласта в неудароопасное состо ние регулируют посредством преобразовани  импульса давлени  сжатого воздуха, подаваемого компрессором 7 в источник 4, и устанавливают в зависимости от обводненности горного массива и угольного пласта, степени проницаемости пласта и геомеханических условий его залегани .

При синхронной работе группы источников амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровн , определ емого достижением напр жений в угольном пласте, равных 0,5 от разрушающих , дл  того, чтобы не вызвать динамических про влений горного давлени .

Во врем  воздействи  на угольный пласт и прилегающий к нему горный массив вибрационными нагрузками измер ют его напр женно-деформированное состо ние и

при достижении в нем напр жений, не превышающих 0,5 от разрушающих, поддерживают колебани  на достигнутом уровне и осуществл ют закачку упругой энергии в угольный пласт при неизменных контактных

услови х в совокупности с нагнетанием в пласт через скважины 13 технологических растворов с различными добавками, например поверхностно-активных веществ с добавкой 1% чистого кварцевого песка

с размерами частиц 1-10 мм, Угольный пласт обрабатывают поэтапно, вначале дл  предварительного приведени  угольного пласта в колебательное состо ние на частотах СО-1500 Гц. т.е. на длинах волн, соизмеримых с размерами отдельностей угольного пласта и его пачек, а затем переход т на частоту воздействи , равную частоте собственных колебаний угольного пласта, причем воздействи  осуществл ют в направлении

действи  минимального главного напр жени  в угольном пласте. Таким образом, пласт обрабатываетс  всеми возможными видами напр жений - вибрационными нагрузками , что способствует истечению газа

из пор и трещин и повышению эффективности процесса дегазации под воздействием вибрационных нагрузок,

По истечении необходимого времени источники выключают и перемещают на новое место, предварительно пробурив дл  них скважины, или оставл ют на старом месте , если сохран етс  возможность повторного воздействи  и достижени  в угольном пласте необходимого эффекта.

Дл  предотвращени  газодинамических  влений уюльный пласт посредством нейтронного генератора 14 бомбардируют пучками почов высоких энергий - врем  их жизни составл ет несколько минут, причем нейтрон - нестабильна  частица, распадающа с  по cxjBMe

П ё +Ve ,

где Р - протон (нейтрон), е - электрон, ve - антинейтрино,

Среднее врем  жизни нейтронов 15,3 мин, но в угольном пласте вследствие сильного поглощени  врем  их еще меньше. В результате сильного поглощени  нейтронов  драми газовых компонент, содержащихс 

в порах и трещинах, последние распадаютс  на атомы, которые обладают большей проникающей способностью, чем св занные газы СОа, СН4 и другие. Если на пути нейтронов встречаютс  газовые полости,

наход щиес  под давлением, то они взаимодействуют со св занными газами и способствуют их диффундированию в поры и трещины угольного пласта и горного массива.

Дл  бомбардировки пласта в шпуры 13, пробуренные через 1 м, помещают нейтронный генератор. Осуществл ют бомбардировку нейтронами высоких энергий, подбира  интенсивность генератора (источника нейтронов) таким образом, чтобы энерги  излучаемых нейтронов в угольный пласт позвол ла при наличии газовых полостей проникнуть в глубь пласта на рассто ние не менее, чем 5-10 м. Бомбардировку осуществл ют в совокупности с вибрационными нагрузками. Осуществл ют бомбардировку газовых полостей в угольном пласте нейтронами, разлагают горючие флюиды - ChU, СОз и другие - на атомы, что снижает в зкость и энергетические барьеры, повышает пластичность и миграционную и диффузионную способность атомоа, которые под воздействием вибрационных колебаний перераспредел ютс  в угольном пласте и окружающем его горном массиве и способствуют истечение газов из пор и трещин угольного пласта.

После виброобработки пласта осуществл ют извлечение газа из скважин.

Пример. Осуществл ли дегазацию угольного пласта.

Вначале определили характер распределени  скорости газовыделени . Вибровоздействие проводили на частоте 60 Гц. Скважины вибровоздействи  пробурили на рассто нии 120-200 м от пласта, что составило величину пор дка 3-5 длин волн. В скважинах были размещены 4 виброисточника . Амплитуду давлени  А, подводимого к пневматическому виброисточнику, определ ли из соотношени 

A-(0.015PV)1/3/R, кг/см2, где Р -давление сжатого воздуха, подаваемого к источнику, кг/см2;

V - объем камеры виброисточника, дм ;

R - глубина размещени  источника в скважине, м.

Учитыва , что вибровоздействие должно происходить на уровне 0,5 от разрушающих нагрузок дл  данного пласта, чтобы не вызвать динамических про влений горного давлени , внезапных выбросов угл , породы и газа, и исход  из параметров источников типа Импульс-1 : частота 100 Гц, объем 10 дм3, давление в источнике 100 кг/см , глубина размещени  в скважине 10 м - из указанной формулы получили А 1.5 кг/см2 дл  одного источника. Дл  четырех источников А - 6 кг/см2.

Горное давление на глубине, где осуществл ли дегазацию пласта, - 900 кг/см. Дл  создани  в пласте давлени  в первой полуволне, равному горному (геостатическому ) давлению, необходимо было совершить N (900 кг/см2/б 102 кг/см2) - 1,5- 104 вибровоздействий. При этом в пласте возникали волны сжати  и раст жени , под воздействием которых осуществл ли

следующие операции: нагнетали в пласт разупрочн ющие вещества, воду и вибровоздействи  производили в течение времени, при котором деформации сжати  смен ли деформации раст жени  в диапазоне частот 60-1500 Гц, что было обусловлено длиной волны, т.е. способностью упругой волны взаимодействовать с флюидами - жидкост ми и газами, которые содержатс  в порах и трещинах в угольном пласте. При

скоросте волн в пласте 2400 м/с в диапазоне частот 60-1500 Гц длины волн составл ли 1,6-40 м и охватывали весь спектр трещино- ватости, имеющейс  в пласте, вследствие чего в этом диапазоне с одной стороны осуществл ли повышение проницаемости угл  и горных пород в массиве и тем самым повышали его аэро- и гидродинамические св зи угл  и горных пород, а с другой стороны способствовали истечению газов (дегазации ) из пор и трещин пласта.

Claims (4)

1. Способ дегазации угольных пластов, включающий бурение скважин, определение векторов максимального и минимального главного напр жений в угольном пласте, установку в скважинах источников колебаний , оси которых располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напр жению , возбуждению колебаний в угольном пласте, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности способа

за счет увеличени  проницаемости угольного пласта, размещают в скважинах невзрывные пневматические источники, заполн ют их упругов зким телом, причем источники размещают в скважинах, отсто щих от угольного пласта на удалении 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в угольный пласт, возбуждают колебани , регулируют амплитуду колебаний от минимального уровн  до уровн , при котором напр жени  в угольном пласте достигнут 0,5 от разрушающих , а затем, поддержива  амплитуду колебаний на достигнутом уровне, нагнетают в угольный пласт технологический раствор, причем воздействие производ т до тех пор, пока уровень концентрации метана не снизитс  до допустимого или нормативного.

2. Способ по п.1,отличающийс  тем, что параметры вибровоздействи  в скважинах задают идентичными дл  всех источников, а воздействие на угольный

пласт осуществл ют поэтапно, вначале привод т угольный пласт в колебательное состо ние в диапазоне 60-1500 Гц, а затем переход т на частоту, равную частоте собственных колебаний угольного пласта, причем дл  избежани  динамических про влений горного давлени  осуществл ют во врем  воздействи  контроль за напр женным состо нием угольного пласта.

3.Способ по п.1,отличающийс  тем, что угольный пласт дополнительно бомбардируют пучками нейтронов высоких энергий.

4.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что, с целью увеличени  проницаемости угольного пласта и улучшени  гидродинамических св зей, перед нагнетанием в 1%-ный технологический раствор добавл ют чистого кварцевого песка с размерами частиц 1-10 мм.

ЗА5