Способ скважинной разработки мощных подземных формаций

 

Изобретение может быть использовано при скважинной гидродобыче угольных месторождений в широком диапазоне горно-геологических условий. Способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого включает их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной, с формированием в камере перемычек, разделяющих ее по высоте на отсеки, перемычки формируют оставлением целиков полезного ископаемого, при этом диаметр камеры принимают кратным не более 20-24 диаметрам скважины, на участке пересечения формации высоту отсеков и толщину перемычки принимают соответственно не более 1-1,33 и не менее 0,2-0,3 диаметра камеры. Способ обеспечивает устойчивость бортов камеры на период ее полной отработки. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к геотехнологии и может быть использовано при скважинной гидродобыче угольных месторождений в широком диапазоне горно-геологических условий.

Известен способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной (см. а.с. СССР 1671861, кл. Е 21 С 45/00, 1989).

Недостаток этого решения в том, что при отработке формаций мощностью свыше 10 м наблюдается неконтролируемое разрушение бортов камеры и, как следствие этого, обрушение вышележащих пород, покрывающих камеру.

Известен также способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной, с формированием в камере перемычек, разделяющих ее по высоте на отсеки (см. а.с. СССР 1671861, кл. Е 21 С 45/00, 1989).

Недостаток этого решения в том, что использование этого способа не гарантирует устойчивости стенок камеры, а это опасно разрушением покрывающего массива пород из-за превышения поперечным сечением камеры размеров при которых покрывающие породы потеряют устойчивость. Кроме того, имеет место многоэлементность и поэтапность технологии ведения работ, связанная с тем, что целики формируются из искусственного материала, т.е. необходимы операции по вводу в полость этого материала и обеспечение процесса (и соответственных затрат времени) его твердения.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в обеспечении устойчивости бортов камеры на период ее полной отработки.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении организации ведения работ и исключении неконтролируемого разрушения стенок камеры и последующего обрушения покрывающих пород.

Поставленная задача решается тем, что способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого, включающий их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной, с формированием в камере перемычек, разделяющих ее по высоте на отсеки, отличается тем, что перемычки формируют оставлением целиков полезного ископаемого, при этом диаметр камеры принимают кратным не более чем 20-24 диаметрам скважины на участке пересечения формации, высоту отсеков и толщину перемычки принимают соответственно не более 1-1,33, и не менее 0,2-0,3 диаметра камеры.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки "...перемычки формирует оставлением целиков полезного ископаемого..." позволяют упростить организацию работ в камере и, кроме того, вместе с признаками, характеризующими размеры поперечного сечения камеры и толщину перемычек, исключают разрушение перемычек под действием собственного веса. Тем самым обеспечивается возможность "работы" перемычек в качестве "ребер жесткости", уменьшающих пролеты боковых стенок отсеков камеры и тем самым уменьшающих действующие в них напряжения до уровня, исключающего их разрушение.

Признаки, регламентирующие размеры боковых стенок отсеков, исключают возможность превышения действующих в них напряжений уровня, приводящего к их разрушению, и тем самым исключают неконтролируемое увеличение размеров поперечного сечения камер. Эти параметры определены экспериментально-аналитическим путем как параметры, при которых напряжения в перемычке не превысят предел прочности на разрушения для угля, при этом в расчет принимались вариации физико-механических характеристик углей.

На фиг.1 показан вертикальный разрез по оси камеры, на фиг.2 - став гидромониторного агрегата.

Способ осуществляется следующем образом.

При восходящей схеме отработки формации.

Первоначально формацию 1 до ее нижней границы вскрывают скважиной 2, в которой размещают скважинный гидромониторный агрегат 3, став которого разделен на два канала 4 и 5, один из каналов обеспечивает подвод воды к гидромониторному агрегату 3, а другой - отсос пульпы. Целесообразно, чтобы конец става, предназначенный для отсоса пульпы, был раздвижным, что обеспечивает возможность забора пульпы у нижней границы отсека при перемещении вверх фронта разрушения забоя, с помощью этого агрегата производят круговой, поинтервальный по высоте формации размыв полезного ископаемого с оставлением перемычек 6 в виде целиков между отсеками 7 камеры 8. В пределах каждого отсека 7 работы ведут в восходящем порядке, от нижней границы отсека - к верхней. После выемки материала формации в пределах проектного контура отсека работы начинают в примыкающем к нему вышележащем отсеке 9, отступив от верхней кромки нижнего отсека 7 на расстояние, соответствующее толщине перемычки 6, и затампонировав участок скважины 2, пересекающий перемычку. Далее все повторяется до полной отработки формации 1.

При нисходящей схеме отработки формации.

Формацию 1 вскрывают скважиной 2 до уровня нижней границы верхнего из отсеков 9. Затем в скважине 2 размещают скважинный гидромониторный агрегат 3 известного типа, обеспечивающий возможность кругового размыва камеры. С помощью этого агрегата производят круговой размыв полезного ископаемого. В пределах каждого отсека 9 работы ведут в восходящем порядке от нижней границы отсека к верхней. После выемки материала формации в пределах проектного контура отсека 9 скважину углубляют до нижней границы примыкающего нижележащего отсека 7 и начинают работу в этом отсеке, отступив от нижней кромки отсека 7 на расстояние, соответствующее суммарному размеру проектной высоты отсека и толщине перемычки 6. Далее все повторяется до полной отработки формации 1.

Параметры отсеков варьируют таким образом, что диаметр камер оставляют постоянным, а варьируют высотой отсеков и толщиной перемычек, при этом при более прочных углях высоту отсеков принимают большей, а толщину перемычек меньшей, чем при менее прочных углях. При указании диаметра камеры принимается в расчет то, что диаметр скважины может варьироваться в пределах 250-300 мм, при этом большему диаметру скважины соответствует меньшая величина кратности отношения размеров скважины и камеры.

Пример. С увеличением глубины залегания пласта прочность угля возрастает. Коэффициент запаса прочности k=l,2. Исходя из условия прочности на глубине 100 м и 200 м определены параметры камеры, при этом принимались следующие показатели: для глубины залегания пласта Н= 100 м - [σ]_C =96 кгс/см² (9,6 МПа); [σ]_И =58 кгс/см² (5,8 МПа); [σ]_P =30 кгс/см² (3,0 МПа); для глубины 200 м - [σ]_C =122 кгс/см² (12,2 МПа); [σ]_И =75 кгс/см² (7,5 МПа); [σ]_P =41 кгс/см² (4,1 МПа).

Расчет проводился для высоты отсека равной 8 м.

Результаты расчета параметров камеры и напряжения в конструктивных элементах системы разработки для различных глубин залегания пластов сведены в таблицу.

Формула изобретения

Способ скважинной разработки мощных подземных формаций полезного ископаемого, включает их вскрытие скважиной на всю мощность формации и отработку последней камерой, соосной со скважиной, с формированием в камере перемычек, разделяющих ее по высоте на отсеки, отличающийся тем, что перемычки формируют оставлением целиков полезного ископаемого, при этом диаметр камеры принимают кратным не более 20-24 диаметрам скважины, на участке пересечения формации, высоту отсеков и толщину перемычки принимают соответственно не более 1-1,33 и не менее 0,2-0,3 диаметра камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3