Способ дегазации угольных пластов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 27 51)5 Е 21 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОБР ИСАНИЕ Е СТВУ СКОМУ 2 ство ССС. 1956.ство СССО, 1983.ЦИИ УГ Изобретение относится к горному делу Известный способ трудоемок и нетехнои может быть. использовано для дегазации логичен, поскольку установка вибратора по угольных пластов, управления состоянием и глубине скважины очень трудоемкая опера- свойствами пород в массиве при отработке ция, способ не позволяет. работать в выместорождений открытым или подземнымбранном диапазоне частот и осуществлять способом. синхронизацию работы группы виброисточИзвестен способ предотвращения вы- ников, поскольку они ударного действия, бросов угля и газа, включающий бурение т.е, порода в месте контакта с вибратором скважин в кутках и по длине забоя. установ- разрушается, вследствие чего упругие колеку в них вибраторов и воздействие на мас- бания затухают на удалении 2-3 м от вибрасив виброимпульсной нагрузкой, причем тора, мал КПД передачи энергии упругих р бурят контрольный шпур, поинтервально колебаний в горные породы и практически определяют при его бурении скорость газо- невозможно работать в выбранном диапавыделения и устанавливают зону максиму- зоне частот.ма скорости газовыделения в каждом цикле, Известен способ дегазации угольных 4 4.ьначиная с центральной части забоя, скважи- пластов, включающий бурение скважин на ны по длине забоя бурят параллельно оси дегазируемый пласт, заряжание скважины выработки за зону максимума скорости га- протяженным цилиндрическим элементом зовыделения, при этом вибратор устанав- из расширяющегося при инициировании ливают в зоне максимума скорости материала, предварительное увлажнение газовыделения и производят виброимпуль- угольного пласта, инициирование расширесную нагрузку вначале в скважинах, распо- . ния элемента с возбуждением в пласте упложенных в центральной части забоя, а ругих колебаний и образованием новых затем в скважинах, расположенных по все- трещин.му забою с частотами 0.5-0,8 величины соб- Известный способ трудоемок, нетехноственных колебаний, логичен, не позволяет вести взрывные рабо(21) 4800441/03(57) Использование: дегазация угольных пластов при отработке месторождений подземным способом. Сущность изобретения; воздействием вибрационных нагрузок в частотном диапазоне 1000-1500 Гц в совокупности с нагнетанием горячей воды в пласт с расклинивающими агентами возбуждают в Рпласте акустическую кавитацию и достигают в нем раскрытия трещин, пор новых тре- ЛЬНЫХ щин, десорбции и изменения гидро- игаэопроницаемости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.ты без остановки технологических работ, взрывом возбуждают спектр частот 10 - 100 кГц, т.е. способ локален - первые несколько метров, взрыв невоспроизводим и требует большого объема бурения шпуров.Цель изобретения - снижение выбросоопасности дегазируемого угольного пласта путем увеличения равномерности гиррообработки за счет возбуждения в пласте упругих волн в диапазоне 10-1500 Гц.Это достигается тем, что согласно способу скважины бурят с шагом 7 - 12 м, нагнетают в них горячую воду с температурой 60-80 С и с добавкой 2-3% поверхностно- активных веществ(ПАВ), размещают в скважинах элементы иэ магнитострикционного материала, воздействуют на него импульсами электрического напряжения с образованием упругих волн, осуществляют в пласте контроль величины деформаций сжатия и растяжения, контролируют скорость газовыделения из пласта и концентрацию метана в лаве, причем вначале вибровоздействия осуществляют в диапазоне 10 - 1000 Гц, а при смене деформаций сжатия в пласт на деформации растяжения - в диапазоне 1000 - 1500 Гц, при этом вибровоздействия прекращают в момент достижения в лаве концентрации метана, равной концентрации до вибровоздействия,Вибровоздействие на угольный пласт осуществляют при минимальной амплитуде волны и постепенно повышают ее до значения, равного половине уровня разрушающих напряжений пласта.Нагнетание воды осуществляют с добавлением 1 - 2% расклинивающих агентов с размерами частиц 0,5 - 1,0 мм и плотностью(2,6 - 3,2) .10 г/м,На фиг. 1 приведена схема реализации способа; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг, 1,Способ осуществляют следующим образом,В выработке 1, пройденной в горном массиве 2 и примыкающей к пласту 3, бурят скважины 4 глубиной 3 - 5 м и диаметром 200 - 300 мм и заполняют на 2/3 их объема редкоземельным веществом 5, обладающим гигантской магнитострикцией, вставляют в него электроды 6 и подключают их к источнику 7 импульсного напряжения. Величины и главные векторы напряжений определяют предварительно в специально пробуренных шпурах, а затем размещают в этих шпурах аппаратуру для контроля напряженно-деформированного состояния горных пород в массиве до, во время и после вибровоздействия на угольный пласт 3, Затем в направлении одного из главных напряжений бурят по. длине забоя угольногорами частиц 0,5 - 1,0 мм и плотностью 2,6-3,2 г/м, Расклинивающие агенты, позпадая в поры и трещины пласта, не дают им 55 закрыться, служат новыми концентраторами напряжений и содействуют увеличению трещиновэтости пласта и вмещающих пород. При смене деформаций сжатия деформациями растяжения - достижения оптимальной проницаемости пласта - виб 1015 2025 30 3540 45 50 пласта скважины 8, герметизируют их и подсоединяют к гидропульсэтору 9. Элемент представляет собой цилиндрическое тело из магнитострикционного материала, в качестве которого используют редкоземельные вещества 5 или их соединения с добавкой 7-10,ь вяжущего быстротвердеющего цемента, Элемент совершает возвратно-поступательное движение относительно оси скважины при подаче импульсного напряжения от источника 7, причем частоту, интенсивность и длительность возбуждаемых упругих волн регулируют изменениемвеличины импульсноо напряжения и его параметров - частоты и длительности, Скважины 4 бурят на удалении друг от друга 2 - 3 длин волн основной частоты, излучаемой при частоте 1000 Гц, и скорости Р-волн в пласте 2000 м/с, длина волны составляет 2 и, т,е, скважины 4 бурят на удалении друг от друга 5-10 м. Это обусловлено тем, что натаких удалениях поле упругих напряжений От источника распределено равномерно, вто время как нэ удалении. равном или меньшсм длины волны, оно неравномерно,Время воздействияприведение горного массива в неудэроопасное состояние при синхронной работе группы источников, регулируемое посредством электронного пульта управления 10, зависит от обводненности пласта и горного давления - веса вышележащих пород, При синхронной работе груп ы 1 сточников амплитуду их колебаний поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения в пласте напряжений, равных 0.5 - 0,6 от разрушающих с таким условием, чтобы невызывать динамических проявлений горногодавления. Колебания вызывают в пластеволны сжатия и растяжения, причем в зоне разрежения упругой волны возникают гидрорэзрывы - мельчайшие пузырьки, заполненные газом и паром или их смесью, которые схлопыва 1 отся в зоне сжатия упругой волны, Вначале для приведения пласта в возбужденное состояние и повышение его ГИДРО- И аЭРОДИНаМИЧЕСКИХ СВойСТВ ВОЗДЕЙ- ствуют на пласт в диапазоне 10-1500 Гц и нагнетают в пласт воду с добавками ПАВ 2 - 3% притемпературедо 80 С всовокупнссти с расклинивающими агентами с размеонного материала из скважин и используютих в другом месте оставляют на старом, еслисохраняется воэможность повторного использования их иа угольный пласт.Сущность способа состоит в том, чтопод воздействием мощных вибрационныхнагрузок, порождаемых виброисточниками,в пласте возникают на пути распространения волн волны сжатия и разрежения. Этиволны вызывают миграцию флюидов-жидкостей и газовых компонент; имеющих место в порах и трещинах пласта, а принагнетании в пласт нагретых растворов впласте имеют место кэвитирующие процессы, которые содействуют перераспределению поля упругих напряжений в пласте,истечению газов из пор и трещин, т.е. дегазэции пласта зэ счет сотрясений и вибрацийи раскрытия новых пор и трещин при попадании в них расклинивающих агентов. Степень развития кавитации и характер еепротекания и воздействия на пласт изменяются при варьировании в пласте газвсодержания, гидростатического давления итемпературы и порождает несимметричность процесса схлопывания кавитирующихпузырьков и приводит к распаду его намножество более мелких других, служащих новыми зародышами кавитирующихпроцессов, Кроме того, по мере удаления отисточника знакопеременное давление изменяется, что в сочетании с избыточнымдавлением в пласте создает возможностидля проявления кавитирующих процессов.Вибровоздейстаия по предлагаемомуспособу позволяют осуществить перераспределение напряженно-деформированногосостояния пласта на пути распространениямощных вибрационных нагрузок и миграции флюидов; свести к минимуму вероятность проявления динамики горногодавления; создать условия для увеличениягидро- и аэродинамических связей в пласте;повысить эффективность способа дегазации,Использование изобретения позволяетзначительно снизить вероятность внезапных выбросов угля породы и газа и снизитьзатраты на поддержание горного давленияпри отработке лавы по сравнению с классическими способами дегазации угольныхпластов, не использующими вибровоздействия в выбранном диапазоне частот.Ожидаемый зкономический эффект отвнедрения изобретения составляет 43 тыс,руб. в год,Формула изобретения1. Способ дегазации угольных пластов,включающий бурение скважин на дегазируемый пласт, заряжание скважины протяровоздействия прекращают и переходят на иной диапазон частот - 1000-1500) Гц для того, чтобы инициировать в пласте кавитирующие процессы, причем время схлопывания кавитирующих пузырьков и их энергию 5 определяют из выраженийЕ=Ро - яВ и4 з3 10=100 МПа; Ямину = 1 мм; Во= 10 мм. 15Получим, что энергия Е = 3,2 10 МПазв импульсе и время схлопывания равно 2 10 зс. Такие импульсныедавления вызывают мощные гидродинамические возмущения в видеимпульсов сжатия микро- и макроударных 20вопн и потоков флюидов, порождаемыхпульсируемыми пузырьками, Кроме того,схлопывание пузырьков вызывает сильныйлокальный разогрев, что сопровождается всвою очередь разложением метана.на атомные составляющие, которые обладают большей проникающей и диффундирующейспособностью, поскольку уголь и вмещающие породы представляют собой"молекулярное" сито, в котором перераспределяются скопления метана за счет сотрясений и вибраций .в выбранномдиапазоне частот, а также за счет того чтоПАВ выполняют работу сип расширения впласте, вследствие чего поры и трещины в 35нем становятся сообщающимися. В результате возникновения кавитирующих процессов пласт подвергается интенсивномувоздействию, что проявляется в разрушении отдельных пачек угля и изменении сил 40сцепления между ними и отдельными егопропластками,Работу группы виброисточниковконтролируют геомеханическими и геофизическими методами исследований, 45Воздействуя на пласт вибрационными нагрузками, измеряют его напряженно-деформированное состояние, концентрациюи скорость газовыделения метана до, вовремя и после вибровоздействия, сопоставляют эти параметры и по ним судят о достигнутом эффекте - дегазации угольногопласта, что способствует снижению динамических проявлений горного давлениявнезапным выбросам угля, породы и газа, 55т.е, способствует повышению эффективности способа.По истечении необходимого временискважины 4 бурят в другом месте, разогревом вынимают элементы магнитострикциоставитель А,Бакулиехред М,Моргентал тор З.Ходако ректор Н.Ревская каз 2177 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 КНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 женным цилиндрическим элементом из расширяющегося при инициировании материала, предварительное увлажнение угольного пласта, инициирование расширения эле-. мента с возбуждением в пласте упругих колебаний и образованием новых трещин, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения выбросоопасности дегазируемого угольного пласта путем увеличения равномерности гидрообработки, скважины бурят с шагом 7-12 м, нагнетают в них горячую воду с температурой 60-80 С и добавкой 2 - Зоповерхностно-активных веществ, размещают в скважине протяженный цилиндрический элемент из магнитострикционного материала, воздействуют на него импульсами электрического напряжения с образованием упругих волн, осуществляют в пласте контроль величины деформаций сжатия и растяжения, контролируют скорость газовыделения из пласта. причем вначале вибровоздействие осуществляют в частотном диапазоне 10 - 1000 Гц, а при смене в пласте деформаций сжатия на деформации растяжения - в диапазоне 1000 - 1500 Гц, при этом 5 вибровоздействие прекращают в моментдостижения концентрации метана в лаве первоначальной концентрации метана до вибровоздействия,10 2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что вибровоздействие на угольныйпласт осуществляют при минимальной амплитуде волны и постепенно повышают ее дозначения, равного половине уровня разру 15 шающих напряжений,3, Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что нагнетание воды осуществляют сдобавлением 1-2 орасклинивающих агентов с размерами частиц 0,5-1 мм и плотно 20 стью 2,6 - 3,2 10 г/м,