Способ дегазации угольных пластов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 165765 А я)з Е 21 Е 700 ЕТЕН Я ЛАделу ации подие эфчения ссиве едних и длистоты,еские 3 яти, пультовыи щее устройство овки угольного ысоких энергий ого генератора 5 с размещентроля горного максимальнонапряжений в гоно для альных эффекия прохема реалиэааай 1, угольнными в и источ- зодатчиессор 7 7), элект- процесщимобраГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССРМ 911048, кл. Е 21 Р 5/02, 1980.Авторское свидетельство СССРМ 981622, кл, Е 21 Е 5/00, 1981.(54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХСТОВ(57) Изобретение относится к горноми может быть использовано для дегаугольных пластов при их отработкеземным способом, Цель - повышенфективности дегаэации эа счет увелипроницаемости горных пород, В магорных пород бурят скважины. В послна расстоянии от пласта, равном 3 - 5-тнам волн основной получаемой чаразмещают невзрывные пневматичисточники вибрации, определяют ве Изобретение относится к обланого дела и может быть испольэовдегаэации угольных пластов или лоучастков горного массива.Цель изобретения - повышениетивности дегаэации эа счет увеличеницаемости угольного пластаНа чертеже приведена сции способа.Схема включает горный массивный пласт 2, скважины 3 с размещених невзрывными пневматическимниками 4 со встроенными в них тенками 5, горную выработку 6, компрвысокого давления (ЭУили ЭУронный пульт 8 управления, микро максимального и минимального главных напряжений, ориентируют оси источников в направлении действия одного из главных напряжений, заполняют скважину упруго- вязким материалом, возбуждают в угольном пласте колебания. Амплитуду колебаний меняют от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в угольном пласте достигают 0,5 от разрушающих. Воздействие на угольный пласт осуществляют поэтапно: вначале приводят угольный пласт в колебательное состояние в диапазоне частот от 60 до 1500 Гц, а затем переходят на частоту, равную частоте собственных колебаний угольного пласта в совокупности с бомбардировкой пласта пучками нейтронов высоких энергий, Воздействие осуществляют до тех пор, пока уровень концентрации метана в лаве не снижается до нормативного, что позволяет значительно повысить эффективность предлагаемого способа по сравнению с известными, 3 э.п. ф-лы, 1 ил. сорный блок 9, модуль 10 пам терминал 11, цифропечатаю 12, шпуры 13 для бомбардир пласта пучками нейтронов в с использованием нейтронн 14, контрольные скважины 1 ными в них средствами кон давления, о 1 и- векторы го и минимального главных угольном пласте. Способ осуществляют с эон,Из горной выработки бурят серию контрольных скважин 15 и шпуров 13 параллельно забою лавы.В контрольной скважине устанавливают датчики давления горных пород и определяютт поле главных напряжений и главные век. торы напряжений в угольном пласте, Также определяют величину разрушающих напряжений пласта,Иэ выработки, проведенной параллельно первой на угольный пласт 2, бурят скважины 3 и размещают в них невэрывные пневматические источники 4 со встроенными тензодатчиками 5. Источники устанавливают в плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения,Максимальный диаметр скважин и их глубину для размещения невэрывных пневматических источников 4 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60-1500 Гц, при которых имеет место оптимальная закачка упругой энергии в тело угольного пласта 2, составляющая 3-16 фвсей энергии, поступающей в источник 4 от компрессора 7 (60 - 300 атм). Глубина размещения источников в скважинах 3 оптимальна при величине давления в 7 - 10 атм, что и обеспечивается упруговязким телом, помещаемым в скважине 3 после размещения в них источников 4, В качестве упруговяэкого тела используют обычно либо мелочь породы - буровую мелочь, смешанную с водой, либо кварцевый песок с добавками металлических опилок, при этом акустические свойства материала упруговяэкого тела выбирают близкими по величине акустическому сопротивлению пород, слагающих массив в месте бурения скважине. Это необходимо для более полной передачи энергии возбуждаемой волны в угольный пласт и горный массив.Скважины бурят на расстоянии 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив,Время воздействия синхронной работы группы источников 4 для приведения угольного пласта в неудароопасное состояние регулируют посредством преобразования импульса давления 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 залегания.При синхронной работе группы источников амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого достижением напряжений в угольном пласте, равных 0,5 от разрушающих, для того, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Во время воздействия на угольный пласт и прилегающий к нему горный массив вибрационными нагрузками измеряют вго напряженно-деформированное состояние и при достижении в нем напряжений, не превышающих 0,5 от разрушающих, поддерживают колебания на достигнутом уровне и осуществляют закачку упругой энергии в угольный пласт при неизменных контактных условиях в совокупности с нагнетанием в пласт через скважины 13 технологических растворов с различными добавками, например поверхностно-активных веществ с добавкой 1чистого кварцевого песка с размерами частиц 1-10 мм, Угольный пласт обрабатывают поэтапно, вначале для предварительного приведения угольного пласта в колебательное состояние на частотах С 0-1500 Гц, т,е, на длинах волн, соизмеримых с размерами отдельностей угольного пласта и его пачек, э затем переходят на частоту воздействия, равную частоте собственных колебаний угольного пласта, причем воздействия осуществляют в направлении действия минимального главного напряжения в угольном пласте. Таким образом, пласт обрабатывается всеми возможными видами напряжений - вибрационными нагрузками, что способствует истечению газа из пор и трещин и повышению эффективности процесса дегазации подвоздействием вибрационных нагрузок,По истечении необходимого времени источники выключают и перемещают нэ новое место. предварительно пробурив для них скважины, или оставляют на старом месте, если сохраняется возможность повторного воздействия и достижения в угольном пласте необходимого эффекта.Для предотвращения газодинамических явлений угольный пласт посредством нейтронного генератора 14 бомбардируют пучками ней. рочов высоких энергий - время их жизни составляет несколько минут, причем нейтрон - нестабильная частица, распадающаяся по схемеп -Р+ е+РФМ где Р - протон (нейтрон), е - электрон, дев антинейтрино,Среднее время жизни нейтронов 15,3 мин, но в угольном пласте вследствие сильного поглощения время их еще меньше. В результате сильного поглощения нейтронов ядрами газовых компонент, содержащихся в порах и трещинах, песледние распадаются на атомы. которые обладают большей проникающей способностью, чем связанные газы С 02, СН 4 и другие. Если на пути нейтронов встречаются газовые полости, 16576585 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 находящиеся под давлением, то они взаимодействуют со связанными газами и способствуют их диффундированию в поры и трещины угольного пласта и горного массива.Для бомбардировки пласта в шпуры 13, пробуренные через 1 м, помещают нейтронный генератор, Осуществляют бомбардировку нейтронами высоких энергий, подбирая интенсивность генератора(источника нейтронов) таким образом, чтобы энергия излучаемых нейтронов в угольный пласт позволяла при наличии газовых полостей проникнуть в глубь пласта на расстояние не менее, чем 5-10 м. Бомбардировку осуществляют в совокупности с вибрационными нагрузками. Осуществляют бомбардировку газовых полостей в угольном пласте нейтронами, разлагают горючие флюиды - СН 4, СОг и другие - на атомы, что снижает вязкость и энергетические барьеры, повышает пластичность и миграционную и диффузионную способность атомов, которые под воздействием вибрационных колебаний перераспределяются в угольном пласте и окружающем его горном массиве и способствуют истечение газов иэ пор и трещин угольного пласта.После виброобработки пласта осуществляют извлечение газа из скважин.П р и м е р. Осуществляли дегазацию угольного пласта.Вначале определили характер распределения скорости газовыделения, Вибровоэдействие проводили на,частоте 60 Гц, Скважины вибровоздействия пробурили на расстоянии 120-200 м от пласта. что составило величину порядка 3-5 длин волн. В скважинах были размещены 4 виброисточника, Амплитуду давления А, подводимого к пневматическому виброисточнику, определяли из соотношенияА - (0,015 РЧ)/В, кг/смг,где Р - давление сжатого воздуха, подаваемого к источнику, кг/смг;Ч - объем камеры виброисточиика, дм;з,В - глубина размещения источника в скважине, м.Учитывая, что вибровоздействие должно происходить на уровне 0,5 от разрушающих нагрузок для данного пласта, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления, внезапных выбросов угля, породы и газа, и исходя из параметров источников типа "Импульс": частота 100 Гц, объем 10 дмз, давление в источнике 100 кг/см,г глубина размещения в скважине 10 м - из укаэанной формулы получили А - 1,5 10 кг/см для одного источника. Для четырех источников А10 г кг/смг. Горное давление на глубине, где осуществляли дегаэацию пласта, - 900 кг/см, Для создания в пласте давления в первой полуволне, равному горному (геостатическому) давлению, необходимго было совершить й (900 кг/смг/6 10 кг/см ) 1,510 вибровоздействий, При этом в пласте возникали волны сжатия и растяжения, под воздействием которых осуществляли следующие операции. нагнетали впласт раэупрочняющие вещества, воду и вибровоэдействия производили в течение времени, при котором деформации сжатия сменяли деформации растяжения в диапазоне частот 60-1500 Гц, что было обусловлено длиной волны, т,е, способностью упругой волны взаимодействовать с флюидами - жидкостями и газами, которые содержатся в порах и трещинах в угольном пласте, При скоросте волн в пласте 2400 м/с в диапазоне частот 60-1500 Гц длины волн составляли 1,6 - 40 м и охватывали весь спектр трещиноватости, имеющейся в пласте, вследствие чего в этом диапазоне с одной стороны осуществляли повышение проницаемости угля и горных пород в массиве и тем самым повышали его аэро- и гидродинамические связи угля и горных пород, а с другой стороны способствовали истечению газов (дегазации) из пор и трещин пласта.При нормальных условиях скорость газовыделения иэ пласта составляла 1,2-2 л/мин, э при вибровоздействиях этот показатель увеличился от 6 до 18 раз, что было подтверждено полевыми натурными измерениями.На выбросоопасном пласте для избежания динамики проявления горного давления осуществляли вибровоэдействия на уровне 0,2 - 0,3 от разрушающих напряжений в совокупности с бомбардировкой угольного пласта частицами нейтронов высоких энергий посредством нейтронного генератора, При этом нейтроны разлагали газовые смеси - СОг, СН 4 на составные части (в атомарное состояние), Этим самым уменьшилась вероятность динамики проявления горного давления, Проникающая способность нейтронов составляла 5-7 м.Формула изобретения 1. Способ дегазации угольных пластов, включающий бурение скважин, определение векторов максимального и минимального главного напряжений в угольном пласте, установку в скважинах источников колебаний, оси которых располагают в плоскости, параллельной главному минимальному напряжению, возбуждению колебаний в угольном пласте, отлича ющийся тем, что, с целью повышения эффективности способа1657658 Составитель И.ФедяеваТехред М,Моргентэл Корректор С,Шевкун Редэктор Е.Папп Закэз 1696 Тираж 282 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москвэ, Ж, Рэушскэя нэб., 4/5 Производственно.издательский комбинат "Пэтент", г. Ужгород, ул. Гагаринэ, 101 зэ счет увеличения проницаемости угольного пласта, размещают в скважинах невзрывные пневматические источники, заполняют их упруговязким телом, причем источники размещают в скважинах, отстоящих от угольного пласта нэ удалении 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в угольный пласт, возбуждают колебания, регулируют амплитуду колебэний от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в угольном пласте достигнут 0,5 от рэзрушэющих, э затеи, поддерживэя амплитуду колебаний на достигнутом уровне, нагнетают в угольный пласт технологический раствор, причем воздействие производят до тех пор, пока уровень концентрации метана не снизится до допустимого или нормативного.2. Способпо п 1,отличающийся тем, что парэметры вибровоздействия в сквэжинэх зэдэют идентичными для всех источников, э воздействие нэ угольный пласт осуществляют поэтапно, вначале приводят угольный плэст в колебательное состояние в диапазоне 60-1500 Гц, э затем переходят нэ частоту, равную частоте собст венных колебаниЯ угольного пласта, причемдля избежания динэмических проявлений горного давления осуществляют во время воздействия контроль зэ напряженным состоянием угольного плэстэ.10 3. Способ по п 1, отл и ч э ю щи й с ятем, что угольный пласт дополнительно бомбардируют пучками нейтронов высокихэнергий,15 4. Способ поп,1, отл ич э ю щи йс ятем, что, с целью увеличения проницаемости угольного пласта и улучшения гидродинэмических связей, перед нагнетанием в1-ный технологический раствор добавля 20 ют чистого кварцевого песка с размерамичэстиц 1-10 мм,