Способ разупрочнения массивов горных пород

 

Использование: при промышленной разработке полезных ископаемых для разупрочнения массивов горных пород, предназначенных к выемке. Сущность изобретения: через скважины, пробуренные в массив, нагнетают газ до давления, превышающего пластовое давление в массиве , до вытеснения из разупрочняемой области природной воды, затем повышают давление нагнетания до значения давления образования газового гидрата, после чего осуществляют тепловое воздействие на разупрочняемый массив нагревом до температуры , превышающей критическую температуру гидратообразования.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 С 37/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ту (J qq

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фчч

l О ччи (21) 4794039/03 (22) 19.02.90 (46) 07.06.92. Бюл. N. 21 (71) Институт горного дела Севера СО АН

СССР (72) B.P.Ëàðèoíîâ, А.M.Ïîðîõíÿê, С.М.Федосеев, ГЛ.Довиденко и В.Б.Яковлев (53) 622.234 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

l4 258654, кл. Е 21 С 37/16, .980.

Авторское свидетельство СССР

М 1176085, кл. Е 21 С 37/06, 1984. (54) СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ МАССИ-.

808 ГОРНЫХ ПОРОД е

Изобретение относится к способам раэ-. упрочнения горных пород при промышленной разработке полезных ископаемых для эффективного проведения буровых работ и различных мероприятий, связанных с раэупрочнением материалов.

Известен способ термического разрушения горных пород лазерным излучением, согласно которому с целью повышения эффективности разрушения в зоне нагрева породы подают поток газа (соединение галогенов), вступающего в химические реакции с окисью кремния (с горной породой), в состав которого дополнительно вводят фтористый водород.

Недостатками способа являются большие энергетические затраты при разрушении эа счет интенсивного поглощения энергии лазерного излучения парами окиси кремния в зоне нагрева породы и опасность применения агрессивного соединения.

Фтористый водород во влажной среде гор- ного массива превращается в сильную пяа„„Я3„„1739021 А1 (57) Использование: при промышленной разработке полезных ископаемых для раэупрочнения массивов горных пород, предназначен н ых к выемке. Сущность изобретения; через скважины. пробуренные в массив, нагнетают газ до давления, превышающего пластовое давление в массиве, до вытеснения иэ разупрочняемой об- . ласти природной воды,. затем повышают давление нагнетания до значения давления образования газового гидрата. после чего осуществляют тепловое воздействие на разупрочняемый массив нагревом до температуры, превышающей критическую температуру гидратообразования. виковую кислоту, которая разрушает ценные полезные минералы, например алмаз, и. другие компоненты полезных ископаемых. ° и

Перечисленные. недостатки, в конечном счете, не дают возможность полностью оп- (Д равдать все усилия, затраченные на повы- ф шение интенсивности разрушения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ предварительного ослаблееезй ния массива в зоне геологического нарушения, включающий бурение скважин опереди очистного забоя и температурное )юя воздействие на массив. С целью повышения а эффективности в известном способе температурное воздействие на массив производят циклично.

К недостаткам указанного способа относится применение подогретого воздуха для подачи в забойную часть скважины. Для разогрева массива подогретым воздухом требуется затрата большого количества энергии. Это связано с тем; что теплоем1739021

10 или газа изготовления камеры, но и создаются бла- .

35. гоприятные беэвзрывные способы разуп45 вия на.массив, подачу газа осуществляют в

50 режиме нагнетания первоначально до дав. ления, превышающего пластовое давление,кость воздуха гораздо меньше (теплоемкость азота Ср - 29,1 Дж/моль К, кислорода Cp - 29,35 Дж/моль К), чем теплоемкость влажного массива (теплоемкость воды Ср- = 75.299 Дж/моль К).

Известный способ предусматривает добавление поверхностно-активных веществ для обеспечения оттаивания массива.

Обычно поверхностно-активные вещества бывают твердыми, растворимыми в воде веществами. Их разбавление и подача с горячим воздухом — сложная технологическая задача и требует больших затрат.

Целью изобретения является повышение эффективности разупрочнения за счет .импульсного воздействия на массив.

Способ осуществляется следующим образом.

В зоне раэупрочнения в водоносный горизонт с дневной поверхности пробуривается скважина. Температура пласта

10 С, пластовое давление 2,0 МПа. По скважине в пласт нагнетается природный

ras под давлением, превышающим пластовое, но меньше равновесного давления гидратообразоваиия Р,Π— S.ÎМПа). При этом пластоеая вада оттесняется радиально от скважины и е зоне разупрочиеиия образуется область гмдратообраэо9ания. BiN pN эоны иэ п©pesего пространства вода оттесняется ие повиастьа и часть остается, внутри эоим разупрочиения. Ао периметру данной зоны образуется ореол оттесненной пластовой воды. котораа по мере повышения давяеиия выев равиовесиого (12,5.—

15,0 МПа) se счет увеличения поверхности контакта газ — вода образует плотный гаэоводонепроиицаемый экран. 8 области разупрочнеиюа горного массива появляется непроницаемый замкнутый объем. Внутри 4 данного объема под действием высокого давления происходит образование газовых гидратов в пористой средес переходом пластовой воды. При этом происходит увеличе.ние обьема воды, которое сопровождается расклинивающим действием гидратов иа .стенки пор и предварительным разупрочнением горного массива. Удельный обьем воды в гидратном состоянии возрастает до

1,26- 1,32 см /г. За счет фазового перехода пластовой воды в твердое гидратное состояние в поровом пространстве происходит раэупрочнение массива горной породы.

После перехода пластовой воды в твердое гидратное состояние, которое контро- 5 лируется прекращением падения давления газа-гидратообразователя и последующим повышением давления в замкнутом обьеме внутри газогидратного экрана при дальнейшем нагнетании дополнительной порции газа(15-16 МПа), скважина герметизируется.

Подачей тепловой энергии (лазерным излучением или энергией взрыва) газовые гидраты разлагаются внутри созданного замкнутого объема, При этом в результате разрушения двойных гидратов из малых полостей выделяется метан, из больших полостей выделяются этан, пропан и изобутан. Давление внутри экрана повышается до 40 — 45 МПа. Дальнейшей подачей энергии разрушается газогидратный экран, создается импульсное движение газа, которое способствует интенсивному разупрочнению массива горной породы.

Предлагаемый способ обеспечивает разупрочнение горной породы без больших энергетических затрат за счет фазового перехода воды при положительных температурах, высокого давления выделяющихся газов при разложении гидрата, объемного расширения газа внутри газогидратного экрана под действием небольшой положительной температуры и, наконец, импульсного движения газов при разрушении газогидратного экрана Исключается сооружение дорогостоящей специальной камеры из высококачественного материала, . предназначенной для сжимания жидкости, Ожидается не только фактический экономический эффект, связанный с устранением дополнительных затрат для рочнения массива горных пород, которые не оказывают. отрицательное влияние на экологию и не нарушают природоохранные мероприятия.

Формула изобретения

Способ разупрочнения массивов горных пород, включающий бурение скважин в раэупрочняемый массив. подачу через скважину газа и тепловое воздействие на массив через скважины, отл и чаю щи йс я тем, что, с целью повышения эффективности разупрочнения за счет импульсного воздейств массиве, до вытеснения иэ разупрочняемого массива природной воды. затем повышают давление нагнетания до значений давления образования газового гидрата, после чего осуществляют тепловое воздействие на раэупрочняемый массив нагревом до температуры, превышающей критическую. температуру гидратообраэования.