Способ гидрообработки горного массива
Изобретение относится к горной промети и м.б. использовано для создания безопасных и комфортных условий при подземной и открытой разработке угольных и породных массивов. Цель - повышение эффективности гидрообработки в условиях мерзлого массива за счет равномерного и глубокого прогрева массива с одновременным увлажнением. Бурят сквозные скважины и соединяют их между собой на входе и на выходе. Герметизируют скважины и нагнетают в них теплоноситель по замкнутому циклу. В качестве теплоносителя используют подогретый рассол или его пар с концентрацией соли, определяемой по математической ф-ле. Способ позволяет снизить запыленность воздуха в 2-10 раз и значительно повысить производительность труда при выемке массива, а также обеспечить равномерность увлажнения массива . 5 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4134970/03 (22) 25.07,86 (46) 15.01.91. Бюл. % 2 (71) Институт проблем комплексного освоения недр АН СССР (72) В.В.Кудряшев, Б.Н,Поставнин и P.Ô.Óìàíöåâ (53) 622.807(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР N 1314123, кл, E21 F7/00; Е21F5/00,1987, Тепловой дренаж угольного массива. (ЭИ). М.: ЦНИЭИуголь. 1975, с,21 — 22, с.25, (54) СПОСОБ ГИДРООБРАБОТКИ ГОРНОГО МАССИВА (57) Изобретение относится к горной промсти и м.б. использовано для создания безопасных и комфортных условий при Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для создания безопасных и комфортных условий при подземной и открытой разработке угольных и породных массивов в шахтах и рудниках, преимущественно при отработке мерзлых угольных пластов, Цель изобретения — повышение эффективности гидрообработки в условиях мерзлого массива эа счет равномерного и глубокого прогрева горного массива с одновременным увлажнением. На фиг.1 показана принципиальная схема расположения скважин и оборудования при обработке массива при последовательном соединении скважин при подземной разработке; на фиг.2-то же, при параллельном соединении скважин; на фиг.3 — схема обработки массива изогнутой скважиной при открытой разработке; на фиг.4 — схема БЫ 1620647А1 подземной и открытой разработке угольных и породных массивов. Цель — повышение эффективности гидрообработки в условиях мерзлого массива за счет равномерного и глубокого прогрева массива с одновременным увлажнением, Бурят сквозные скважины и соединяют их между собой на входе и на выходе. Герметизируют скважины и нагнетают в них теплоноситель по замкнутому циклу. В качестве теплоносителя используют подогретый рассол или его пар с концентрацией соли, определяемой по математической ф-ле. Способ позволяет снизить,запыленность воздуха в 2 — 10 раз и значительно повысить производительность труда при выемке массива, а также обеспечить равномерность увлажнения массива. 5 ил. скважин, пробуренных под углом одна к другой при открытой разработке; на фиг,5— диаграмма фазового состояния системы рассол — лед, где 1 — раствор NaCI, а 2— раствор CaCI2. От насоса 1 с манометром 2 через гидрозатвор 3 теплоноситель (подогретая жидкость или пар) поступает на вход пробуренных в горном массиве скважин 4, соединенных через аналогичные гидрозатворы 3, вентиль 5 и гидромагистраль 6 одна с другой. На выходе скважин 4 установлены аналогичные упомянутые гидрозатворы 3 и вентиль 5, через которые скважины 4 соединены с теплогенератором 7, выходное отверстие которого соединено с входом насоса 1, Способ реализуется следующим образом. 1620647 15 и >05пс(1+ — ), п л гпр 55 По одной из приведенных схем в массиве бурят сквозные скважины 4, которые на входе и выходе герметизируют гидроза ворами 3, а также на выходе из них устанавливают вентили 5 (можно использовать редукционные клапаны или дроссели). За ем скважины соединяют по одной из указанных схем в единую закольцованную систему с нагревательной емкостью 8 (с водой) и насосом 1, Для удобства обслуживания насоса 1 и нагревателя 7 их располагают в шахте рядом, например на вентиляционном или откаточном штреке. Горячую воду (или пар) прокачивают через систему скважин 4 под давлением, зависящем от горно-геологических свойств массива. Давление выбирается экспериментально и не должно превышать P - 1,5 10 у g. Н (МПа), где) — средняя плотность пород, кг/м; g — ускорение своз. бодного падения, м lc (g = 9,8 м/с ); Н вЂ” высота столба вышележащих пород, м. Вен гилями 5 создаются перепады давлений между скважинами, что приводит к фильтрации жидкости или пара в массиве и его увлажнению. Циркуляция горячей воды приводит к нагреву массива, раскрытию микротрещин и к ослаблению массива, повышению его фильтрацион ной способности и увеличению зоны активной фильтрации, Процесс контролируется по давлению в системе или по температуре массива. Оптимальная температура подаваемого в горный массив теплоносителя в виде подогретой воды по данным экспериментальных работ должна находиться в диапазоне 35-45 С, однако может быть и выше, сохраняя положительные свойства изобретения. При этом нижним пределом температуры нагнетаемой подогретой жидкости является температура горного массива, поэтому перед подачей в горный массив температура нагнетаемой жидкости равна или выше температуры обрабатываемого массива (или пласта), Окончание процесса определяется по количеству затраченного тепла, которое измеряется по счетчику электрической энергии, по резкому спаду давления между входом и выходом жидкости в системе скважин, свидетельствующем о движении ее в массиве между скважинами или скважиной и забоем, или по температуре массива, определяемой при помощи термометра (терморезистора) в контрольном шпуре. Использование прогрева с одновременным увлажнением его подогретой жидкостью сохраняет эффективное воздействие на пыль и газ массива продолжительное время, TBK как глубокий регулируемый прогрев массива с одновременным его увлажнением приводит к раскрытию микротрещин и пор, к лучшему и равномерному заполнению их жидкостью, увлажнению на основе действия капиллярных сил, увеличению зоны гидрообработки, т,е. повышает эффективность гидрообработки, Эффективно применение изобретения при разработке горных массивов в условиях отрицательных температур, В этом случае массив в качестве теплоносителя обрабатывают подогретым рассолом или его паром, концентрацию которых определяют из математического выражения где п — концен грация соли в воде, при которой раствор не замерзает при данной температуре массива. Концентрация определяется из диаграммы фазового состояния системы рассол — лед (фиг.5). Аналогичные диаграммы существуют и для других солей: KCI, NazS04 и т,д., которые можно использовать при осуществлении предлагаемого способа. В приведенной формуле m< — льдистость массива, кг/т, т.е. такое количество льда, которое может и должно растаять при обработке массива (устанавливается обычно геологами и является известной для каждого пласта или забоя); mð — удельный расход жидкости при нагнетании ее в массив в процессе термообработки, кг/т, гпл Произведение п (1 + — ) представгпр ляет собой концентрацию рассола, которая получится при таянии льда в количестве m> и расворении им рассола mp. Коэффициент в формуле 0.5 показывает, что рабочая концентрация должна быть не mn ниже 0,5 п (1 + — ) . При такой концентmp рации будет замерзать до 50 воды из рассола после ее охлаждения до температуры массива. А это не увеличит смерзаемость и прочность его после обработки. Например, для шахты, разрабатывающей угольные пласты с температурой массива -4 С, концентрация соли NaCI в растворе, незамерзающем при этой температуре, по диаграмме фазового состояния (фиг,5) будет пс = 6,5 . При льдистости массива m> =-20 кг на тонну угля (2 >) и удельном расходе жидкости при пропитке массива, 1620647 равном 15 кг/т, концентрация соли NBCI должна быть не ниже п =0.5 65 (1+ — ) =7,6% Количество тепла QM (Дж) для отработки массива определяется из необходимости растапливания содержащегося в нем льда 10 а =А . (МДж), где А — скрытая теплота льдообразования, равная 0,33 МДж/кг. Для рассматриваемогослучая на1тгор- 15 ной породы приходится 0 =0,33 20 кг =6,7МДж. МДж кг При этом лед может таять в рассоле и при температуре ниже нуля до тех пор, пока рассол не разбавится до такой концентрации, при которой он находится в равновесии со льдом при этой температуре. 25 Если таяние льда осуществлять при 0 С, то необходимо нагреть массив от его начальной температуры tдо 0 С, затратив на это Q энергии Qm = m С (с - О), или для 1 т горной породы Q = 1000t, где С вЂ” теплоемкость 30 массива, КДж/кг град, Для угольного массива Q = 1,26 — 1000 кг 4 град = 5 МДж, КДж кг град Окончание процесса определяется по ко- 35 личеству затраченного тепла (7 — 12 МДж/т), которое измеряется по счетчику электрической энергии или по резкому спаду давления между входом и выходом жидкости в системе, свидетельствующем о движении 40 ее в массиве между скважинами или скважиной и забоем, или по температуре массива, определяемой при помощи термометра (терморезистора) в контрольном шпуре. Использование прогрева с одновремен- 45 ным увлажнением его рассолом сохраняет воздействие жидкости на массив на продолжительное время и повышает эффективность гидрообработки. В результате повышение температуры массива вначале приводит к повышению адгезии пыли к влажной мерзлой поверхности в трещинах, затем к таянию льда и получению активной влаги, способной связывать 55 пыль к ослаблению массива с одновременным повышением фильтрационного объема за счет растаявших льдовключений. Так как при циркуляции горячей воды по скважинам происходит прогрев массива во всем объеме в пределах зоны разогрева, то создаются условия для использования природной влаги мерзлого массива, распределенной в этом объеме, для равномерного увлажнения его и связывания пыли в нем. Обрушение скважин внутри массива не является препятствием для движения жидкости в обход места обрушения и по пути движения ее-к соседней скважине системы. С целью повышения производительности труда вместо емкости с водой или рассолом может быть установлен парогенератор и туманообразователь, в котором носителем энергии служит пар, диспергируемый жидкостью рассол, а прогрев и увлажнение массива производят паром или рассолопаровой смесью. В этом случае продолжительность обработки массива сокращается. Изобретение позволяет повысить эффективность гидрообработки массива за счет более продолжительного и более интенсивного воздействия на массив через закольцованные сквозные скважины теплоносителем с оптимальной концентрацией соли, Оно позволяет снизить запыленность воздуха в сравнении с известными в 2 — 10 раз и значительно повысить производительность труда при выемке массива. Повышение безопасности и производительности труда горно-рабочих происходит за счет ослабления массива и обеспечения равномерности увлажнения и использования адгезионных и конденсационных процессов в массиве при его разогреве с одновременным увлажнением. Формула изобретения Способ гидрообработки горного массива, включающий бурение сквозных скважин, соединение их между собой на входе и на выходе, герметизацию скважин и нагнетанис в них теплоносителя по замкнутому циклу, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности гидрообработки в условиях мерзлого массива за счет равномерного и глубокого прогрева массива с одновременным увлажнением, на выходе скважин создают подпор, а в качестве теплоносителя используют подогретый рассол или его пар с концентрацией соли, определяемой из математического выражения и 0,5 n< (1 + —" ), mp где п — концентрация соли, определяемая из диаграммы фазового состояния данной системы рассол — лед для данной температуры горного массива; mn — льдистость горного массива, кг/т; m> — удельный расход жидкости при нагнетании, кг/т, 1620647 1 2 6 7 фиг! Фиг.2 1 г 2() 647 Фиг.д -$5 5 70 75 К 35 g / О/ЩР.ч 7рс с ы? % 9-Ъг 5 Фиг 4 Составитель А,Губайловский Техред М,Моргентал Корректор M.Ñàìáîðñêàÿ Редактор M.Êåëåìåø Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул,Гагарина. 101 Заказ 4228 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
