Способ добычи угля из крутых и крутонаклонных пластов

.3(Ю Е 21 С 41/06 Е 21 С 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 536/22-03 путе нижения энергетических затрат4. 82на р ушение угля., перед нагнетани 9, 83, Бюл, Вем воды в пласт нагнетают жидкостьПапырин и К.К .,- с коэффициентом сжимаемости, равным., -10- 10МПа=, и плотностью,кое бюро Инст и ,-.,меньшей . плотности воды, с многократханики АН Укр ным изменением давления по пилообраз 234, 5 (088. 8)ному режиму до образования выработан(56) 1. Патент США В 3695711,;: ного пространства высотой, равнойкл. 299-2, 1972. 1,5 мощности пласта, после чего воду2, Авторское свидетельство СССР :,:нагнетают до образования выработаннопо заявке Р 3421681, кл. Е 21 С 45/00,:, го пространства высотой, равной пер 1982 (прототип). вичному шагу обрушения кровли, затем;производят под постоянным давлением(54)(57) 1. СПОСОБ ДОБЫЧИ УГЛЯ ИЗ нагнетание воды в нагнетательныеКРУТЫХ И КРУТОНАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ, .,:.скважины, а выпуск образовавшейсявключающйй проведение подготовитель- .: пульпы через добычные скважины осу-ной выработки ниже уровня .пласта,ществляют в импульсном режиме с длибурение из нее в пласт нагнетатель-тельностью импульса, равной периодуных и добычных скважин, нагнетание основного тона собственных колебанийчерез них воды в пласт с многократ- "системы: пласт - вмещающие породы, с 1,ным изменением давления по пилообраз- поддержанием давленйя воды в отрабоному режиму и извлечение.полезного таином пространстве не ниже гидроста, ископаемого в виде пульпы через до- Майбычные скважины, о т л и ч а ю щ и й- б по п.1, о т л и ч а ю -с я тем, что, с целью повышения эффективности скважинной гидродобычи т нефть,м с аэр(21) 3432 (22) 29.0 (46) 07.0 (72) А. ф. (71) Спец нологичес ческой ме (53) 622,33 .Софийскийрукторско-техитута геотвхнаинской ССР тического.,2, Спосощ и й с яМы нагнетаю1040154 Изобретение относится к горнойпромышленности л может быть использовано для добычи угля из крутых и крутонаклонных пластов способами сква"жинной гидродобычи.Известен способ скважинной добычиугля, включающий вскрытие пласта нагнетательными и добычными скважинами, нагнетание через них водыв пласт с многократным изменением давления по пилообразному режимуи извлечение полезного ископаемого ввиде пульпы через добычные скважины 1,Недостатком известного способаявляются значительные энергетические 15затраты на разрушение полезного ис-.копаемого и подъем пульпы на поверхность,Известен способ скважинной добычи угля из крутых и крутонаклонных 20пластов, включающий проведениеподготовительной выработки ниже, уровня пласта, бурение из нее в пластнагнетательных и добычных скважин,нагнетание через них воды в пласт с 25многократным изменением давления попилообразному режиму и извлечениеполезного ископаемого в виде пульпычерез добычные скважины Г 2 .Недостатком известного способа являются значительные энергетнческиезатраты на разрушение полезного ископаемого. Цель изобретения - повышение эф- ,35 Фективности скважинной гидродобычи путем снижения энергетических затрат на разрушение угля.Поставленная цель достигается тем, что проводят подготовительную выра ботку ниже уровня пласта, бурят из нее в пласт нагнетательные и добычные скважины, нагнетают жидкость с коэффициентом сжимаемости, равным 10 10МПа-, и плотностью, меньше плотности воды, с многократным изменением давления по пилообразному режиму до образования выработанного пространства высотой, равной 1,5 мощности пласта, после чего воду нагнетают до образования выработанного пространства высотой, равной первичнсму шагу обрушения кровли, затем производят под постоянным давлением нагнетание воды в нагнетательные скважины, а выпуск образовавшейся пульпы через добычные скважины осуществляют в импульсном режиме с длительностью импульса, равной периоду основного тона собственных колебаний системы: пласт - вмещающие породы, с 60 поддержаниЬм давления воды в отработанном пространстве не ниже гидроста-. тического.Кроме того, перед подачей воды нагнетают нефть, 65 На фиг.1 показано взаимное расйоложение пласта, скважин и выработки на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.Способ осуществляют следующим образ ом. Под крутым угольным пластом 1 проводят полевую выработку 2 на расстоянии 10-20 м от пласта в зависимостиот фильтрационных, упругих и прочностных свойств вмещающих пород. Изполевой выработки к угольному пластубурится нагнетательная скважина 3 и система добычных скважин 4, Скважины обсаживаются стальными трубами и герметизируются на всю длину до угольного пласта. Расстояние между скважинами выбирают равными 5-1 м. Расстояние между скважинами ограничено производительностью,системы добычных скважин, которая позволяет осуществлять сброс давления воды в вырабо танном пространстве на данной глубине в течение времени 0,002-0,1 с. В указанном временном диапазоне лежат периоды собственных колебаний системы: угольный пласт - вмещающие породы для угольных пластов мощностью0,2-1,5 м. Нагнетают в нагнетательную 3 и добычные 4 скважины рабочую жидкость, в качестве которой используют жидкость с коэффициентом сжима-. емости 10-"-10 З МПа-", что выше коэффициента сжимаемости угля, равного в среднем 10 э мпа ,и.плотностью жидкости, меньшей плотности воды, например нефть, повышая давление до величины 2 гН, где " - удельный вес, Н -глубина разработки, и поддерживаютэто давление в течение врвмени, достаточном для проникновения жидкостивглубь угольного пласта на толщинуотторгаемого слоя угля. При гН==250 .кг/см 2 напряжение на кромкезабоя скважины равно 2 уН=500 кг/сма время поддержания давления, равного 500 кг/см 2, определяется из закона Дарси КЧгде ЧФ - скорость фильтрации; К коэффициент проницаемости для угля;ц - вязкость рабочей жидкости, др градиент давления.Для конкретных значений К = 8х 10 "2 см 2; вязкости для нефти,и,-" =4 10-"2 г/см с и градиента давления, равном 500 МПа. см, скорость Фильтрации ЧФ =0,01 см/с, т.е. через 100 с давление рабочей жидкости 50 МПа будет на глубине в 1 см. После этого производят сброс давления жидкости до нуля через все скважины в течение времени, не превышающем 0,1 с, чтообеспечивает выполнение критерия разрушения 1 т 2 -) ) д Р где пэффективная пористость угля, Р 2 давление нагнетания, Р- давление,1040154 т",ктная,4 илиад ППП "Пат .Ужгород,ул.Пр до которого производится сброс давления, в данном случае Р=О; 6, - предел прочности угля на отрыв й послойный отрыв угля.Указанный процесс повторяют до образования общей полости высотой Ь = ЬсС о( где Ь - высота выработанного пространства; Ь - мощность пласт а; о - угол падения пластаДля крутонаклонных й крутых угольных пластов о36, а ссо с 1,5, 0 При такой высоте полости граница забоя находится в контакте с рабочей жидкостью, обуславливающей послойный отрыв.После этого производят нагнетание 15 по нагнетательной скважине и сброс давления через добычные скважины по описанному режиму роды, что позволяет.при одном и том же расходе выпускаемой жидкости при сбросе давления увеличить объем выработанного прост-, ранства. Таким образом, послойное разрушение угля осуществляется нефтью, а технологический режим обусловлен изменением давления воды.Нагнетание воды по описанному режиму осуществляют до тех пор, пока высота выработанного пространства. не станет равной первичному шагу обрушения кровли, При,этом меняют режим повышения и сброса давления воды в полости отработанного пространства. Через нагнетательную скважину производят постоянную закачку волы, а через добычные скважины выпуск ее с разрушенным углем в импульсном режи- З 5 ме с длительностью импульса, равной основному тону собственных колебаний системые угольный пласт - вмещающие породы. В этом случае в жид- кости генерируются упругие волны, 40 максимум спектра которых проходится на частоту, период которой равендлительности возмущающего импульса, что Позволяет, используя резонанс, повысить эффективность разрушения. 45 При возбуждении колебаний в жидком слое на поверхности вмещающих пород образуются волны Рэлея, которые, рас-.ространяясь по поверхности вмещающих пород, достигают границы забоя и при выполнении критерия разрушения6, где Е - относительная деформация угля в пластеа Ец - критическое значение деформации, при которой происходит разрушение, вызывают разрушение угля, который под действием силы тяжести огускается к системе добычных скважин и выпускается вместе с водой при очередном сбросе давления.По достижении очистным пространством высоты, большей Э - длины волны основного тона собственных колебаний систещг: угольный пласт - вмещающие породы, проявляются эффекты, связанные со сближением вмещающих пород, которые по мере подвигания границы разрушения со временем становятся основными. Процесс. разрушения угля становится самоподдерживающимся. Однако по мере разрушения угля при закрытых выпускных клапанах и коэффициентеразрыхления, превышающем единицу, давление в выработке возрастает за счет заполнения выработанного пространства разрушенным углем, что приводит к остановке разрушения, После этого требуется освобождение очистного пространства от разрушенного угля подачей воды под гидростатическим давлением в нагнетательную скважину и выпуск суспензии,через добычные скважины при этом же давлении Рз. Поддержание гидростатического давления на данной глубине в очистном пространстве позволяет поддерживать кровлю до конца процесса выемки угля. Предлагаемый спбсоб позволяет повысить эффективность скважинной добычи угля путем снижения энергетических затрат на разрушение на 10-15. ВНИИПИ Заказ 6350/36 Тираж 603 Подписное