Способ гидроразрыва горных пород

(5)5 Е ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нститута, Г,А,Павции угольных СССР979.1 ВА ГОРНЫХ к горной происпользованоных. работ для Изобретение относится к горной про- В этом способе также предусматриваетмышленности и может быть использовано ся предварительная нарезка кольцевой щедля разупрочнения толщ горных пород, в ли в скважине, Эта операция является основном при ведении подземных горных трудоемкой, требует много времени и исработ. пользование оборудования, которое серийИзвестенспособ, включающий. бурение но не. выпускается.в кровлю иэ выработки шпура или скважи- Цель изобретения - снижение трудоемны, установку в шпуре герметизатора и на- кости направленного гидроразрыва горных гйетание в горный массив жидкости под пород.давлением, С этой целью, согласно известномуНедостатком способа является высокая способу, включающему бурение в кровлю изтрудоемкость задания направления трещи- выработки скважинь 1, установку в ней герне гидроразрыва путем нарезки в стенках метизатора и нагнетание в горные породы щели пионерной щели. жидкости под давлением, определяют полоНаиболее близким к предлагаемому яв- жение зоны максимума растягиваащих наляется способ, включающий бурение сква- пряжений в кровле выработки, бурят жины в кровлю из выработки шпура:или скважину. перпендикулярно слоям горных скважины, установку герметизатора и на- пород:кровли до плоскости контакта смегнетание в горный массив жидкости под щеннцхслоевгорныхпород,формируютдодавлением, полнительные трещины расслоения кровли(71) Красноярский горный отдгорного дела СО АН СССР(57) Изобретение относитсямышленности и может бытьпри ведении подземных гор разуплотнения горного массива, например при управлениитруднообрушающейсякровлей, Цель - снижение трудоемкости направленного гидрораэрыва горных пород. Скважину гидроразрыва пробуривают в зоне повышенных растягивающих напряжений пород кровли, которые способствуют направленному распрострачению трещин гидроразрыва, Для инициирования трещин расслоения в кровле. участок, где бурится скважина гидрораэрыва, подрабатывают. например, путем сооружения щелей в бортах выработки. Щели расслоения используются как зародышевые при гидроразрыве, Они обеспечивают направленное распространение трещины гидроразрыва на большое расстояние, 3 з,п. ф-лы, 4 ил.55 путем увеличения площади ее подработки, а нагнетание жидкости осуществляют после начала расслоения пород кровли.Кроме того, зону максимума растягивающих напряжений определяют по величине прогиба кровли выработки, а скважину размещают по оси симметрии поперечного разреза прогиба кровли выработки.Кроме того, контроль формирования трещин расслоения осуществляют через скважину.Кроме того, площадь подработки кровли увеличивают с помощью нарезки щелей в бортах выработки.На фиг.1 показана толща горных пород в районе предполагаемого гидрораэрыва, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг,З - то же, что на фиг.1 (при. наличии слоев горных пород в кровле); на фиг,4 - расположение герметизатора в шпуре,Способ осуществляют следующим. образом,При разработке, например, угольного пласта 1 проходят выработку 2, Над выработкой 2 в кровле 3 формируется зона растягивающих напряжений 4 (показана эпюра напряжений). При горизонтальном залегании пласта 1 максимум этой зоны совпадаетс вертикальной осью площади сечения выработки 2, Из выработки 2 бурят шпур или скважину 5, которую располагают в зоне максимума растягивающих напряжений. Затем в скважину 5 вводят до упора герметизатор 6 и производят нагнетание воды. При этом, учитывая действие растягивающих напряжений, способствующих формированию трещины перпендикулярно оси скважины 5 и то, что нагнетание воды осуществляется в дискообразный зазор 7, образованный между забоем скважины 5 Герметиэатором 6, трещина гидроразрыва распространяется параллельно пласту 1. В сложных горно-геологических ситуациях положение максимума зоны 4 растягивающих напряжений мощно определять с помощью инструментальных методов и расчетных методов.В условиях разработки. осадочных месторождений и при незначительной тектонической нарушенности можно утверждать, что положение максимума растягивающих напряжений совпадает с вертикальной осью 8 симметрии прогиба 9 кровли 3, Исходя из этого, место заложенйя и направление скважины 5 можно определить после замеров величин прогиба 9 кровли 3 поперек выработки 2,Для увеличения растягивающих напряжений в кровле 3 и формирования за счет этого трещин 10 расглоения, которые появ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ляются в основном на контакте слоев горных пород, увеличивают площадь подработки кровли. 3, например, путем нарезки в бортах выработки 2 щелей 12 или путем выбуривания угля или расширяя выработку 2,При формировании локальной зоны подработки путем нарезки щелей 12 в скважине устанавливают датчики по контролю расстояния пород кровли 3, а после регистрации начала расслоения датчики удаляют, оснащают скажину 5 герметизатором 6 и с помощью нагнетаемой жидкости иницируют развитие щели 10 на большой площади. При этом целесообразно забой скважины 5 размещать на контакте слоев горных пород кровли, где высока вероятность появления щели 10 расслоенияЗатем в выработке 2 монтируется механизированный комплекс (не показан) и начинается обработка выемочного столба. Наличие трещины гидрораэрыва в кровле исключает ее зависание, что снижает динамические нагрузки на очистную крепь,Бурение скважины гидроразрыва в зону максимальных растягивающих напряжений обеспечивает ее пересечение с трещиной 10, что способствует направленному развитию трещины гидроразрыва, Учитывая, что трещина 10 всегда формируется на контакте слоев кровли, то бурение скважины гидрораэрыва осуществляется с их пересечением, что обеспечивает подсечку зародышевых трещин 10, Нагнетание воды и массив после формирования зародышевых трещин расслоения кровли обеспечивает снижение необходимого давления воды, так как разрыв осуществляется по наиболее слабому контакту слоев в кровли, обеспечивается высокая точность формирования .трещины гидроразрыва, так как зародышевые трещины расслоения имеют заостренные края,Предлагаемый способ может быть использован при управлении труднообрушающейся кровлей и для других технологических целей.Для реализации способа могут быть использованы герметизаторы марки "Таурус", высоконапорвая установка УНР,2, обеспечивающей давление 30 МПа,Формула и зоб рете н ия 1. Способ гидрораэрыва горных пород, включающий бурение из выработки в кровлю скважины, установку в ней герметизатора и нагнетание в скважину рабочей жидкости под давлением, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения трудоемкости направленного гидроразрыва горныхпород, определяют положение зоны максимума растягивающих напряжений.в кровле вы работки, бурят скважину перпендикулярно к слоям горных пород кровли до плоскости контакта смежных слоев горных пород, формируют дополнительные трещины расслоения кровли путем увеличения площади ее подработки, а нагнетание жидкости осуществляют после начала расслоения пород кровли.2, Способ по п.1, отл ича ю щий с я тем, что зояу максимума растягивающих напряжений определяют по величине прогиба кровли выработки, а скважину размещают по оси симметрии поперечного разреза прогиба кровли выработки,5 3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что контроль формирования трещин расслоения осуществляют через скважину.4. Способ поп 1,отлича ющййся 10 тем, что площадь подработки кровли увели-чивают с помощью нарезки щелей в бортах выработки.1719660 СоставительРедактор А, Долинич Техред М.Моргентал Корректо ал роизводственно-издател ьс й комбинат "Патент", г, Уж д, ул, Гагарина,Заказ 752 , ВНИИПИ Госу Тираж Подписное .рственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5