SU883504A1

SU883504A1 - Способ предотвращени динамических и газодинамическх влений в массиве горных пород

Info

Publication number: SU883504A1
Application number: SU782694019A
Authority: SU
Inventors: Игнатий Макарович Петухов; Леон Миронович Марморштейн; Владислав Павлович Кузнецов; Владимир Семенович Сидоров; Владимир Андреевич Юргенсон
Priority date: 1978-12-06
Filing date: 1978-12-06
Publication date: 1981-11-23

Description

Изобретение относитс к горной промышленности и может быть использовано дл предотвращени динамических и газодинамических влений в массиве rojD- ных пород.

Известен способ создани зоны разгрузки в массиве горных пород путем бурени скважины и последующего гид- роразрыва пласта Г13

Недостатком данного способа 5юл ет- с небольша зона разгрузки.

Известен также способ предотвращени динамических и газодинамических fflane- НИИ в массиве горных пород, включающий бурение скважины в массив горных пород , создание из скважины в массиве горных пород ориентированной разгрузочной полости дл образовани зоны разгрузки , герметизацию скважины и воздействие на физико -механические свойства массива горных пород 21 .

Недостатком известного способа в- л етс: относительно невысока степень

разгрузки массива горных пород от действующих в нем напр жений.

Цель изобретени - повьш1ение эффективности меропри тий по предотвращению динамических и газодинамических влений за счет рационального перераспределени напр жений в массиве горных порой.

Поставленна цель достигаетс тем, что в массиве горных пород определ ют направление вектора действующего максимального главного напр жений и направление выраженной слоистости горных пород, разгрузочную полость в массиве горных пород располагают относительно направлени вектора действующего максимального главного напр жени и направление выраженной слоистости горных пород, а угол наклона продольной оси разгрузочной полости определ ют по

формуле

f,

Claims

где. и - угол наклона длинной оси поперечного сечени полости; /V- угол наклона вектора максималь ного главного напр жени ; ( - угол наклона выраженной слоистости горных пород. При этом направление вектора действующего максимального главного напр жени определ ют методом разгрузки или методом глубинных реперов. Кроме того, разгрузочную полость в массиве горных пород выполн ют в виде щели или в BH/ie сближенных скважин расположенных в одной плоскости, при этом рассто ние между скважинами принимают минимально возможным и не более трех диаметров скважины. На фиг. 1 приведена схема формировани и герметизации разгрузочной полости в массиве горных пород; на фиг. схемы ориентировани разгрузоч ных полостей в пластах Горных пород; на фиг. графики, характеризующие разгрузку гор ных пород при различном ориентировании щели относительно вектора максимального главного напр жени ; на фиг. зоны разгрузки около разгрузочных полостей при различном их ориентировании на фиг. 5 - одна из технологических схе применени способа. В массиве горных пород, например в угольном пласте 1, пробуривают скважину 2 круглого сечени . В стенках ее на определенной длине, называемой рабочей частью полости, разделывают разгрузочную полость, например в виде щел 3. Устье скважины оставл ют круглого сечени и герметизируют его с помощью герметизатора 4 Рабочую часть полости через трубопровод 5 подключают к дегазационному ставу (дегазаци пласта ) или насосу (нагнетание воды в плас -.GA , где (Т- действующие в масс иitidx ве напр жени . Разделку щели осуществл ют, например , с -применением гидравлической отбойки . Форму щели задают выт нутой, но не об зательно плоской. Могут использовать ЭЛЛипсообразные щели. Соот ношение длинной и короткой осей в сечении полости принимают два и более. Вместо щели можно использовать се рию взаимодействующих скважин круглого сечени , располагаемых в одной плоскости. В,этом случае рассто ние между скважинами принимают минималь но возможным, но не более 3(3 , где 3 диаметр скважины. Количество скважин не менее трех. Герметизацию осуществл ют -ВО всех скважинах, а к нагнетате 4.4 ному или дегазационному ставу подключают лишь часть из них. Дегазацию провод т до тех пор, пока не достигают критери безопасного состо ни , в качестве которого принимают остаточную газоносность.. При использовании скважин дл увлажнени массива горных пород, опасного по динамическим влени м степень влажнени устанавливают в соответствии с Инструкцией по безопасному ведению горных работ на щахтах, разрабатывающих пласты, опасных по горным ударам Ориентирование разгрузочной щели в массиве горных пород выполн ют с учетом направленности скважин относительно плоскости пласта. На фиг. 2а приведены расчетные схемы ориентировани плоскопараллельных щелей или замен ющих их серий скважин, располагаемых по простиранию пласта; на фиг. 26 и в - схемы ориентировани щелей в скважинах по восстанию или пересекающих пласт пс нормали. На разрезах А-А и Б-В видно, что в этих случа х щель ориентируют нормально к пластованию, так как направление слоистости о6 О, а угол и на разрезе но простиранию всегда равен 90°. При этом не имеет значени наклон вектора максимальных главных напр жений на разрезе по падению. Это относитс к пластам, например, угл со спокойным залеганием. В нарушенных участках и в породах не угольного состава направление максимального напр жени , как и слоистость, могут быть иными. Угол JT, определ ющий направление максимального главного напр жени , зависит от многих факторов, в том числе от угла падени , структуры и прочностных свойств вмещающих пород, тектонической нарушенности , рельефа земной поверхности. Определ ют угол J экспериментально, например методом разгрузки. Разделка плоской щели обеспечивает разгрузку пород в определенном направлении , перпендикул рном ее плоскости и концентрацию напр жений в местах заделки - в области, прилегающей к тор- цам щели. Таким образом, в направлении , перпендикул рном плоскости щели, образуетс коридор разгруженных от давлени пород, в котором обнаружена повышенна проницаемость флюидов газа или воды. Однако степень разгрузки и повышени фильтрационной способности горных пород зависит от ориентации разгрузочной полости относительно действуюгиегО M.aKcuMflKkiiioro ivi/snnoro напр жени . При ориентировании разгрузочной полости вдоль максимального главного напр жени разгрузка пород в прилегаю щей к скважине области повышаетс ( крива 1 на фиг. 3). При расположени скважины но нормали к максимальному напр жению разгрузка снижаетс . На фиг. 4 приведены схемы, характеризующие сравнительный эффект разгрузки и повьпиенной газоводопроницаемости в идентичных услови х неравнокомпонентного нагружени массива. Век тор максимального главного напр жени прин т по вертикали. На фиг. 4а показана область разгрузки около круглой скважины. Эта область имеет место и распростран етс в вертикальном направ лении. Но размеры ее чрезвычайно малы и не могут дать практического эффекта. При разделке разгрузочной полости в на правлении, перпендикул рном напр жению G , эта область увеличиваетс (фи 46). Но расширение это об зано главны образом геометрическому размеру и новой форме полости, т. е, переходу от круг формы к плоской. Главный эффект может быть получен за счет механизма деформировани пород в окрестности щели. Наиболее вьподным образом с образованием максимального разгружающего дей стви это достигаетс при ориентировании щели параллельно напр жению (j (фиг. 4в). В массиве, например, осадочных пород существенное вли ние на газопроницаемость оказывает также направленна слоистость, котора , например, в угольном пласте совпадает с плоскостью напластовани . Наибольший эффект повышени газопроницаемости за счет про влени слоистости достигаетс при нормал.ьном к выраженной слоистости направлении щели. Эффект повьпиени газопроницаемости в окрестности полости может быть достигнут и применением скважин круглой формы при условии сближенности их на такое рассто ние, что перемычки скважинами под действием горного давлени приход т в предельное соЬто ние и деформируютс . Сери таких скважин имитирует щель. Условие перехода перемычек угл в предельное состо ние может быть записано Li2d где Ij - рассто ние между скважинами; - диаметр скважин; CT - действующие в массиве, нормаль ные к плоскости расположени скважин напр жени ; МБ прочность на сжатие образцов угл кубической формы. В услови х глубины работ 6ОО м и прочности угл 60 кгс/см предельна допустимое рассто ние между скважинами составл ет 5d. С учетом коэффициента запаса в нашем подходе это рассто ние прин то 3 8. Пример. Применительно к услови м разработки пластов угл в Карагандинском бассейне, где по причине малой эффективности и больщих сроков дегазации существенно затруднена разработка выбросоопасных газоносных пластов , осуществл ют дегазацию пологого (с1 20 ) опасного по газодинамическим влени м пласта угл , разрабатываемого по системе длинными столбами по падению (фиг. 5). Из уклона 6 пробуривают длинные горизонтальные скважины 2, обеспечивающие дегазацию выемочного столба, в том числе и полосы угл , по которой проход т передовой уклон 7. Основным недостатком вл етс большой срок дегазации 8-12 мес цев. Прохождение уклона 7 откладываетс на этот срок и участок опаздьшает с подготовкой фронта очистных работ. С использованием предлагаемого способа можно ускорить срок дегазации столба в делом либо лшиь полосы дл прохождени уклона 7 (фиг. 5). В этом случае разделку разгрузочных полостей 3 выполн ют лишь на участке длиной 1О-12 м в призабойной части скважин. Направление максимальных напр жешй устанавливают экспериментельно. Примем, по аналогии с имеющимис данными , 3 ЮО. Тогда р 100 1100. Наклон щели принимают равным НО . Размер разгрузочной полости при диаетре скважин 150 мм принимают не енее ЗОО мм. Способ обеспечивает сокращение сроа дегазации полосы угл 8 в 3-4 раза уклон 7 может быть пройден своевреенно и в безопасных по газодинамичесим влени м услови х. Формула изобретени 1, Способ предотвращени динамичесих и газодинамических влений в маесиве горных пород, включающий бурение скважины в массив горных пород, создание из скважины в массиве горных пород ориентированной разгрузочной полости дл образовани зоны разгрузки, герметизацию скважины и воздействие на физико-механические свойства массива горных пород, отличающийс тем, что, с цепью повышени эффективности предотвращени динамических и газодинамических влений за счет рационального перераспределени напр жений в массиве горных пород, в массиве горных пород определ ют направление вектора действующего максимального главного напр жени и направление выраженной слоистости горных пород, разгрузочную полость в массиве горных пород ориентируют относительно направлени вектора действуюи ёго максимального главного напр жени и направлени выраженной слоистости горных пород, а угол наклона продольной оси разгрузочной полости опрецел ют по формуле

--т I

где R - угол наклона оси поперечного сечени полости;

ор - угол наклона вектора максимального главного напр жени ; о(. - угол наклона выраженной слоистости горных пород,
2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с тем, что направление вектора действующего максимального главног напр жени определ ют методом разгрузки
3.Способ по пп, 1и 2, отличающийс тем, что направление вектора .действующего максимального главного напр жени определ ют методом глубинных реперов.
4.Способ по пп. 1-3, отличающийс тем, что разгрузочную полость в массиве горных пород выполн ют в виде щели.
5.Способ по пп. 1-4, о-тличающийс тем, что разгрузочную полость в массиве горных пород выполн ют в виде сближенных скважин, расположенных в одной плоскости, при этом рассто ние между скважинами принимают минимально возможным и не более трех диаметров скважиньи

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Руководство по дегазации угольных щахт. М., Недра, 1975, с. 4О-5

2.Авторское свидетельство СССР № 655839, кл. Е 21 F 5/ОО, 1977.

)

; /(/6-6

.,V

Ш

)

6,

v

)

I V U

Фиг л m . ... . r-v . // .