Способ регионального увлажнения угольных пластов

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для приведения угольных пластов в неудароопасное состояние под воздействием вибрационных мощных нагрузок в совокупности с нагнетанием различных технологических растворов. Цель изобретения - повышение эффективности путем замены газовой фазы в порах и трещинах угля и пород жидкой фазой. Располагают невзрывные пневматические источники в скважинах (С), окаймляющих угольный пласт и отстающих на удалении 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в пласт. Определяют векторы максимального и минимального главных напряжений и ориентируют оси источников в направлении действия одного из главных напряжений. Заполняют с упруго-вязким телом, возбуждают колебания в угольном пласте в диапазоне частот 60-1500 Гц. Амплитуду колебаний регулируют от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в угольном пласте достигают половины от разрушающих. Затем, поддерживая амплитуду колебаний на достигнутом уровне, нагнетают в С угольного пласта воду или технологический раствор. При нагнетании в С в воду добавляют 1 % расклинивающих агентов с размерами частиц 0,05-0,1 мм. 1 з,п.ф-лы, 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4697752/03 (22) 18,04.89 (46) 15,11.91.Бюл. М 42 (75) А,В.Бакулин (53) 622.832 (088.8) (56) Гребенщиков А.А. и др. Региональная гидрообработка ударо- и выбросоопасных пластов. — Уголь, 1988, f+ 1, с. 35-36.

Авторское свидетельство СССР

М 1599563, кл. Е 21 F 5/00, 15.08.1988. (54) СПОСОБ РЕГИОНАЛЬНОГО УВЛАЖНЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для приведения угольных пластов в неудароопасное состояние под воздействием вибрационных мощных нагрузок в совокупности с нагнетанием различных технологических растворов. Цель изобретения — повышение эффективности путем замены газовой фазы в порах и трещинах угля и пород жидкой фазой. РасполаИзобретение относится к горному делу . и может быть использовано для приведения угольных пластов в неудароопасное состояние под воздействием мощных вибрационных нагрузок в совокупности с нагнетанием различных технологических растворов.

Цель изобретения — повышение эффективности йутем замены газовой фазы в порах и трещинах угля и пород жидкой фазой, а также увеличение гидро- и аэродинамических свойств угольного пласта.

На чертеже приведена схема реализации способа. На чертеже приняты следую„„. Ж„„1691536 А1 гают невзрывные пневматические источники в скважинах (С), окаймляющих угольный пласт и отстающих на удалении 3 — 5 длин волн основной частоты, излучаемой в пласт. Определяют векторы максимального и минимального главных напряжений и ориентируют оси источников в направлении действия одного иэ главных напряжений.

Заполняют с упруго-вязким телом, возбуждают колебания в угольном пласте в диапазоне частот 60 — 1500 Гц, Амплитуду колебаний регулируют от минимального уровня до уровня, при котором напряжения в угольном пласте достигают половины от разрушающих. Затем, поддерживая амплитуду колебаний на достигнутом уровне, нагнетают в С угольного пласта воду или технологический раствор. При нагнетании в

С в воду добавляют 1 расклинивающих агентов с размерами частиц 0,05-0,1 мм. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. щие обозначения; 1 — горный массив, 2— горная выработка, 3 — угольный пласт, 4— скважины, заполненные редкоземельным веществом 5 со вставленными в них электродами, 6 — источник импульсного возбуждения напряжения, 7 — блок согласования для синхронизации источника 6 с сеймостанцией, 8 — микропроцессорный блок, 9— модуль памяти, 10 — пультовый терминал, 11 — цифропечатающее устройство, 12— шпуры для нагнетания в них под давлением технологического раствора с ПАВ.

Способ осуществляется следующим образом, 1691536

30

50

С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в кОнтрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы максимального и минимального напряжения в угольном пласте.

В штроке 2, находящемся на том горизонте, что и угольный пласт 3, бурят скважины 4 и заполняют их редкоземельным веществом 5, причем направление скважин согласуют с направлением действия одного из главных напряжений действующих в угольном пласте 3.

Максимальный диаметр скважин выбирают исходя из оптимальных условий воэбу>кдения сейсмических волн в выбранном диапазоне частот, а именно диаметр скважин Ф44 — 66 и глубиной 3-5 м, причем скважины на 3/4 их объема заполняют р/з веществом, обладающим гигантской магнитострикцией. В качестве р/з веществ использованы интерметаллические соединения P Fe2, Ге 2, ТОГе2. ДуГе2, НеГе2, которые смешивали с вяжущим — быстротвердеющий цемент в соотношении, %— р/з вещества 90% + вяжущее 10%, которым заполняют скважины и вставляют в них электроды для подачи импульсного возбуждающего напряжения на них от источника 6.

Необходимым условием возникновения гигантской магнитострикции в р/з веществе является большая концентрация ионов р/з веществ, Этим условиям даже при комнатной температуре соответствуют вышеперечисленные интерметаллические соединения.

КПД такого источника, основанного на явлении гигантской магнитострикции, составляет при 90% концентрации р/з вещества примерно 50%, т.е. примерно половину возбуждающей энергии переходит в упругие колебания, частота и интенсивность ко орых управляют изменениями параметров возбуждающего импульсного напряжения от источника 6, причем при этом возникают не только упругие, но и электромагнитные колебания, которые также влияют на процесс миграции флюидов в порах и трещинах пород угля. Скважины 4 с размещенными в них р/з веществами располагают на одной прямой на удалении нескольких длин волн друг от друга с таким условием. чтобы поле напряжения, излучаемое ими, было распределено равномерно, что и достигается на удалении 3 — 5 длин волн основной частоты от места размещения самого источника.

Синхронизацию источников осуществляют посредством сейсмодатчиков, которые располагают поблизости от каждого источника

5 и зарегистрированные сигналы подают на вход блока согласования 7, связанного с микроЭВМ 8 — 11, в котором заложена программа управления процессом вибровоздействия на пласт 3. Время воздействия синхронной работы группы источников 4 справа и слева от пласта 3 — на его торцах — регулируемое посредством блока согласования 7 с микроЭВМ 8 — 11 и связанного обратной связью с источником возбуждающего напряжения 6 и средствами контроля горного давления, которое в данном случае выполняет сейсмостанция с сетью датчиков упругих колебаний, зависит от обводненности пласта и геомеханических условий его залегания на данной глубине, При синхронной работе группы источников амплитуду колебаний поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения в пласте напряжений, не превышающих 0,5 от разрушающих или нормативных для данной марки угля с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления. Колебания вызывают в пласте относительную подвижку структурных элементов горного массива и вмещающего пласта, изменение сил внутреннего трения и сцепления между отдельными пачками угля, перераспределение поля упругих напряжений на пути распространения колебаний, Эти явления имеют место как при работе одиночного источника колебаний, так и при работе группы источников.

Вода или технологический раствор с добавками 2 — 3% ПАВ или других раэупрочняющих веществ, вводимая в жидкость, нагнетаемую в пласт под давлением, перемещаясь по порам и трещинам пласта, проникает на расстояние до 100 длин основной частоты, генерируемой источниками.

Вибровоздействия на пласт осуществляет поэтапно: вначале воздействуют частотами 60 — 1500 Гц, так как при скорости

Р-волн в пласте 2400 м/с и соответствующим им длинам волн от 1,5 до 30 м упругие волны взаимодействуют практически со всеми имеющимися в пласте порами и трещинами естественного или искусственного происхождения и нагнетают в пласт воду с

ПАВ. Г!о истечении необходимого времени, определяемого из условия достижения оптимального достижения проницаемости в пласте (при этом деформации сжатия сменяют в пласте деформации растяжения), переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний угольного пласта, лежащую в интервале 200-400 Гц и являющуюся обычно функцией глубины расположения пласта, чем глубже расположен пласт, тем меньше собственная частота колебаний пласта, и вибровоздействия производят встречными колебаниями источников, 1б91536 расположенных на торцах пласта, Естественно, лучше всего производить встречные вибровоздействия источниками, расположенными параллельно линии забоя пласта, но такое расположение в массиве нереально и приходится осуществлять вибровоздействия колебаниями из источников на торцах образца, Для достижения положительного эффекта рассчитывают время миграции жидкостей-флюидов исходя иэ величины скорости в порах и трещинах (определяют экспериментально на тех породах и углях, которые взяты из места исследования) из соотношения

1= /Чмиграц, где 1 — размер пласта, 1/миграц. — скорость миграции флюидов, и попеременно оказывают вибровоздействия слева и справа от забоя пласта. При этом производят контроль изменения водонасыщения пород и угля в массиве, изменения напряжения — деформированного состояния пород и пласта и по ним судят о. достижении положительного эффекта.

По истечении необходимого времени вибровоздействия прекращают, и источники размещают на иовом месте или оставляют на старом, если сохраняется возможность поворотного воздействия на пласт. При размещении р/з веществ в скважинах в них в вяжущее добавляют пластификатор, при истечении срока испытаний в данном месте нагревают содержимое.скважины до 30 — 400, извлекают р/3 вещества из скважины и размещают их на новом месте, в новой скважине, используя р/з вещества многократно.

Формула изобретения

1. Способ регионального увлажнения угольных пластов, включающий бурение скважин в горном массиве, определение

5 предельных pactëгивающих напряжений, напряжений разрушения и направления действия максимального главного напряжения, установление в скважинах источников колебаний с ориентированием их по на10 правлению максимального главного напряжения, идентичное по амплитудам и частоте воздействие на горный массив колебаниями в нескольких скважинах, нагнетание под давлением в =кважины воды, а затем возду15 ха перед воздействием на горный массив колебаниями вначале в диапазоне отвода

1500 Гц, а затем на частоте собственных колебаний массива до момента установления в массиве величины напряжений, рав20 ной 0,7 предельных растягивающих напряжений,отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем замены газовой фазы в порах и трещинах угля и пород жидкой фазой, изменяют амп25 литуду колебаний от минимального уровня до уровня достижения напряжений в угольном пласте, равных половине от разрушающих, и, поддерживая амплитуду колебаний на достигнутом уровне, дополнительно на30 гнетают в пласт воду или технологический раствор.

2. Способ по и. 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью увеличения гидро- и аэродинамических свойств угольного пласта, в

35 воду добавляют 1;(, расклинивающих агентов с размерами частиц 0,05 — 0,1 мм.

1691536

Составитель Г. Васючкова

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор M. Шароши

Редактор Н. Горват

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород; ул.Гагарина, 101

Заказ 3914 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5