Сброс давления пневматического взрыва высокого давления и способ усиления передачи

Авторы патента:

E21F7/00 - Способы или устройства для отсасывания рудничных газов без последующего использования или с использованием этих газов для каких-либо целей

E21B43/26 - формированием трещин или разрывов

Владельцы патента RU 2588095:

ЧАЙНА ЮНИВЕРСИТИ ОФ МАЙНИНГ ЭНД ТЕКНОЛОДЖИ (CN)

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для дегазации угольных пластов. Способ включает сооружение взрывной скважины в угольном слое и выполнение операции резки слоя угля струей воды под давлением во взрывной скважине с интервалом, так, что ведущая канавка слоя образуется в угольном массиве вокруг взрывного пробуренного отверстия; подачу взрывной стальной трубы с закрытой пробкой верхней частью во взрывную скважину, образование множества воздушных выпусков на передней части взрывной стальной трубы и герметизация участка внутри проема отверстия скважины на 8-10 м, так, чтобы образовать цементную пробку; и соединение взрывной стальной трубы со станцией высокого давления воздуха через трубопровод на обнаженном конце стальной взрывной трубы и открывание клапана, устроенного на трубопроводе для инжектирования газа под высоким давлением. Газ под высоким давлением выбрасывается струей взрывной стальной трубой из воздушных выпусков. На основе образования трещин и разрывов, образованных в разрывах и прорезанных канавках первоначального угольного массива, газ под высоким давлением мгновенно воздействует взрывным эффектом, так что трещины и разрывы могут непрерывно расширяться, и может быть образовано множество новых разрывов. Технический результат заключается в повышении эффективности дегазации пласта. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу сброса давления и увеличения проницаемости путем пневматического взрыва с высоким давлением, который является особенно подходящим для сброса давления и увеличения проницаемости массива угля при управлении газовыделением в зоне подземной угольной шахты.

Уровень техники

Геологические газовые условия в угольных шахтах в Китае являются сложными. В таких угольных шахтах высокие угольные слои с высокой газовой проницаемостью насчитывают 50-70%, а с низкой насчитывают около 70% в угольных слоях с высоким содержанием газа. Следовательно, контроль газа должен иметь самый важный приоритет в работе по управлению безопасностью в угольных шахтах. Однако для слоев угля с низкой проницаемостью эффективный сброс давления и увеличение проницаемости массива угля должны рассматриваться как основная задача для того, чтобы достичь оптимальных результатов контроля газа. В настоящее время имеется много способов сброса давления и повышения проницаемости массива угля, таких как шахтный защитный слой, направленный гидравлический разрыв, свободный подрыв шурфа глубокого заложения и гидравлическая промывка и т.д. Шахтный защитный угольный слой доказал свою пригодность как эффективный способ, но может не всегда быть применим ко всем угольным прослойкам, поскольку он имеет строгие требования по условиям проявления угольного слоя; хотя способ направленного гидравлического разрыва является также эффективным, опыт бывшего Советского Союза показывает, что скорость извлечения газа может быть вплоть до приблизительно 60%, но вокруг наведенных разрывов будет создана зона концентрации напряжений, приводящая к потенциальной угрозе безопасности, кроме того, способ имеет высокие требования к уплотнению взрывного шурфа, так что явление, состоящее в том, что при инжекции в массив угля воды под давлением часто имеет место пропускание воды из верхней части проходного отверстия в работах по направленному гидроразрыву в угольных шахтах; способом гидравлической промывки достигают отличного эффекта в мягких угольных пластах, где напряжения на площадке высоки, давление газа высокое, и уголь является мягким и свободным по качеству и имеет тенденцию выветривания и реологии и имеет способность течения, но его трудно широко использовать, потому что это приводит к высокому потреблению воды и сложности процесса.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

Ввиду недостатков в решениях уровня техники, целью настоящего изобретения является обеспечить способ сброса давления и увеличения проницаемости массива угля, который является простым в осуществлении и эксплуатации и им достигается исключительный эффект.

Техническое решение

Способ сброса давления и увеличения проницаемости высоким давлением пневматического взрыва в настоящем изобретении содержит бурение взрывных шурфов в пласте угля и работу по резке пласта струей воды под давлением с соответствующими интервалами во взрывных шурфах для образования направляющих щелей в массиве угля вокруг взрывных шурфов; вставку взрывной стальной трубы с уплотненной верхней частью во взрывные шурфы, и на передней части взрывной стальной трубы выполняют несколько пор, и производят уплотнение на 8-10 м внутрь от проема каждого отверстия шурфа для образования цементной пробки; соединение обнаженного конца каждой взрывной стальной трубы со станцией газа высокого давления через трубопровод, и открывание клапана, имеющегося на трубопроводе, для инжектирования газа под высоким давлением, так что газ под высоким давлением выбрасывается из пор через стальную взрывную трубу, и тем самым, массив угля взрывается пневматически под высоким давлением.

Давление газа, инжектированного под высоким давлением, составляет 25 МПа.

Достигаемые технические результаты

В частности, газы, протекающие на высокой скорости, являются сжимаемыми средами и обычно имеют высокую сжимаемость, изотермическая сжимаемость воздуха в_р=10^-5м²/Н при давлении в одну атмосферу, в то время как изотермическая сжимаемость воды составляет 5·10^-10м²/Н при тех же самых условиях, что означает, что сжимаемость воздуха больше, чем таковая воды, на пять порядков по величине, и, следовательно, давление газа под высоким давлением создаст огромную энергию, когда он высвободится мгновенно. Отсюда, в настоящем изобретении используется газ под высоким давлением для пневматического взрыва массива угля и дополняется мерами гидравлической резки слоя.

Такой способ является эффективным для осуществления сброса давления и увеличения проницаемости массива угля. В настоящем изобретении после того, как образованы взрывные шурфы, сначала выполняется операция гидравлической резки слоя для образования направляющих щелей и разрывов для направления газа под высоким давлением, для того, чтобы достичь лучшего образования разрывов и эффекта сообщения после взрыва под высоким давлением; затем, после того как открытый участок каждого взрывного отверстия уплотняется, клапан внезапно открывается, так что газ под высоким давлением подается быстро струей из пор через взрывные стальные трубы и действует на угольный массив вокруг пор. Поскольку газ под высоким давлением резко прорывается и мгновенно расширяется, первоначальные трещины и разрывы непрерывно расширяются и создаются новые разрывы; в свою очередь, газ под высоким давлением, входящий в сеть разрывов, создает небольшой локальный пневматический взрыв в разрывах, и там разрывы в массиве угля расширяются непрерывно и сообщаются; в свою очередь, разрывы становятся больше и больше, и создается больше и больше новых разрывов. Такой процесс продолжается. В результате, в массиве угля образуется сеть больших разрывов, сообщающихся друг с другом, центрируясь на взрывных шурфах. В таком способе достигается цель сброса давления и увеличения проницаемости массива угля, степень извлечения газа улучшается, и техническая проблема низкой проницаемости и плохого эффекта извлечения газа в угольных слоях с высоким содержанием газа и низкой проницаемости слоев разрешается. Кроме того, способ является простым в эксплуатации и осуществлении и может давать выдающийся результат.

Описание чертежей

На фиг. 1 показан вертикальный разрез для иллюстрации способа взрыва пневматическим высоким давлением, представленным в настоящем изобретении.

На данном чертеже:

1 - станция газа высокого давления;

2 - клапан;

3 - взрывная стальная труба;

4 - цементная пробка;

5 - взрывные шурфы;

6 - пора;

7 - угольный слой;

8 - направляющая трещина.

Подробное описание вариантов исполнения изобретения

Далее подробно описано настоящее изобретение со ссылками на варианты реализации изобретения и сопровождающие чертежи.

При способе сброса давления и увеличения проницаемости пневматическим взрывом под высоким давлением в настоящем изобретении, вначале пробуриваются взрывные шурфы 5 на глубину 25-30 м в пласте угля 7 обычным способом; затем, после того как взрывные шурфы 5 образованы, выполняется резка слоя режущей водяной струей под давлением во взрывных шурфах 5 изнутри к внешней части с соответствующим интервалом, для образования направляющих щелей 8 в массиве угля вокруг внутренности взрывных шурфов 5 через равные интервалы; с одной стороны, операция резки слоя вызывает большие разрывы в массиве угля, с другой стороны, щели и разрывы поддерживают направляющий и управляющий эффект, так что высокое давление газа ударяет центрально в нескольких направлениях, отсюда, эффект образования трещин и эффект взаимного сообщения лучше, и эффект взрыва улучшается; взрывная стальная труба 3 вставляется во взрывной шурф 5 и уплотняют в верхней части, несколько пор 6 скомпонованы на стенке конца переднего уплотнения взрывной стальной трубы 3, и открытый участок взрывного шурфа 5 уплотняется уплотнительным материалом, который может выдерживать пневматический удар большой силы через соответствующий процесс, для образования 8-10 м цементной пробки 4; в другом варианте, "прочный-слабый-прочный" способ уплотнения может быть использован для уплотнения открытого участка взрывного шурфа 5, причем два конца участка уплотнительного открытого участка, относящиеся к уплотнению "прочный-слабый-прочный", уплотняются уплотнительным материалом высокой прочности, в то время как средняя часть участка уплотняемого открытого участка уплотняется уплотнительным материалом с большей пластичностью; высокопрочный уплотнительный материал на двух концах может эффективно сопротивляться взрывной волне высокого давления газа, в то время как уплотнительный материал с более высокой пластичностью на среднем участке может эффективно поглотить взрывную волну. Отсюда достигается эффективное уплотнение и гарантируется хороший взрывной эффект. Открытый конец взрывной стальной трубы 3 присоединяется к газовой станции высокого давления 1 через клапан 2. Клапан 2 является быстродействующим выключателем, которым газ под высоким давлением может быть освобожден мгновенно. Кроме того, клапан 2 может быть обеспечен как выключатель дистанционного управления, и работа может управляться датчиком для удовлетворения требований безопасности. Газ под высоким давлением инжектируется, когда клапан 2 на трубопроводе открывается. Давление газа составляет 25 МПа. Газ под высоким давлением вымывается гидроразмывом из пор 6 через взрывную стальную трубу 3 и действует на угольный массив вокруг шурфа для образования новых щелей. На основе первоначальных разрывов и прорезанных щелей слоя и разрывов, которые существуют, газ под большим давлением с большой энергией резания действует непрерывно на угольный массив; тем временем, высокое давление газа резко прорывается мгновенно в массив угля и расширяет непрерывно первоначальные разрывы; отсюда, число и размер разрывов значительно увеличивается; в свою очередь, больше газа под высоким давлением входит в более и более расширенные разрывы в массиве угля. Поскольку сжимаемость газа под высоким давлением является очень высокой, высокое давление газа в разрывах содержит гигантскую энергию расширения. Поскольку объем газа расширяется непрерывно, в разрывах создаются локальные пневматические взрывы; в свою очередь, разрывы в массиве угля становятся больше и размер становится больше, и непрерывно соединяются и сообщаются друг с другом; отсюда, даже газ с более высоким давлением войдет в разрывы в массиве угля. Такой процесс накапливает энергию и перекрывается постоянно и повторяется в цикле повторно. В завершение, сеть больших разрывов, сообщающихся друг с другом, образуется в массиве угля, центрируясь на взрывных шурфах. Отсюда, достигается цель сброса давления и увеличения проницаемости массива угля, и массив угля взрывается пневматически под высоким давлением.

1. Способ сброса давления и увеличения проницаемости высоким давлением пневматического взрыва, включающий:
бурение взрывных шурфов (5) в пласте угля (7), в котором применяют резку пласта струей воды под высоким давлением с соответствующим интервалом во взрывных шурфах (5) для образования направляющих щелей (8) в массиве угля вокруг взрывных шурфов (5);
направляют взрывную стальную трубу (3) с уплотненной верхней частью во взрывные шурфы (5),
причем несколько пор (6) выполняют на передней части взрывной стальной трубы (3), а участок размером 8-10 м уплотняют внутрь от отверстия каждого взрывного шурфа (5) для образования цементной пробки (4);
присоединяют открытый конец каждой взрывной стальной трубы (3) к станции (1) газа под высоким давлением через трубопровод, и клапан (2), выполненный на трубопроводе, открывают для инжектирования газа под высоким давлением, так что газ под высоким давлением выбрасывается из пор (6) через взрывную стальную трубу (3) и, тем самым, массив угля взрывается пневматически под высоким давлением.

2. Способ сброса давления и увеличения проницаемости высоким давлением пневматического взрыва по п.1, в котором давление инжектируемого газа с высоким давлением составляет 25 МПа.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к подземной угледобыче, и предназначено для предварительной дегазации зоны повышенного горного давления со стороны погашенной лавы при отработке свиты пластов с прочной и слабопроницаемой кровлей/почвой и выработанного пространства.

Способ гидравлической обработки угольного пласта // 2566883

Предложенное изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации угольных пластов. Техническим результатом изобретения является обеспечение создания равномерной сети трещин для повышения эффективности газоотдачи пласта.

Способ дегазации угленосной толщи // 2565311

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности. Предложен способ дегазации угленосной толщи, включающий оконтуривание участка угольного пласта подготовительными выработками и его отработку очистным забоем, определение метанообильности участка из сближенных пластов угля в зонах разгрузки, проведение скважин на сближенные пласты, измерение интенсивности метановыделения из скважин и установление удаленности от линии очистного забоя зон начального и максимального метановыделения из сближенных пластов и параметры заложения скважин.

Способ гидравлической добычи угля из газонасыщенных пластов // 2564888

Изобретение относится к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, склонных к внезапным выбросам угля и газа, и в частности к скважинной разработке угольных месторождений.

Способ определения притечек рудничного воздуха в дегазационную скважину // 2564887

Изобретение относится к горному делу, в частности к угольной промышленности, и может быть использовано для рекомендаций по повышению содержания метана в каптируемых газовоздушных смесях, пригодных для утилизации.

Способ разработки мощных пологих угольных пластов // 2563003

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для разработки мощных пологих пластов угля. Способ разработки мощных пологих угольных пластов включает подготовку выемочного столба, монтаж механизированного комплекса, подрезку нижнего слоя пласта очистным комбайном, разрушение подкровельной толщи тонкими гидравлическими струями, выпуск горной массы на подзавальный конвейер.

Способ извлечения метана из угольного пласта // 2562353

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для извлечения метана из угольного пласта. Способ включает вскрытие угольного пласта скважиной с поверхности, обсадку ее трубами, тампонаж затрубного пространства, перфорацию обсадной колонны, гидрорасчленение пласта, выдержку рабочей жидкости в пласте и оттеснение ее из фильтрующих трещин в дальнюю зону пласта, извлечение метана в режиме самоистечения до истощения скважины.

Установка для подготовки шахтного метана к утилизации // 2557289

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при подготовке шахтного метана к утилизации различными потребителями. Техническим результатом является повышение эффективности работы установки подготовки шахтного метана к утилизации, путем обеспечения возможности предварительного разделения утилизируемых каптируемых метановоздушных смесей, и повышение безопасности работы установки.

Способ улавливания метана при отработке угольных пластов с помощью механизированного комплекса // 2553699

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке полезного ископаемого. Способ улавливания метана при отработке угольных пластов с помощью механизированного комплекса включает отработку угольного пласта с использованием секций механизированной крепи с коробчатыми верхними перекрытиями забойного конвейера и комбайна.

Способ определения газоотдачи разрабатываемого пласта в очистной забой // 2553121

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности. Техническим результатом является повышение точности определения газоотдачи разрабатываемого пласта.

Электрический и статический разрыв пласта // 2588086

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для разрыва геологического углеводородного пласта. По одному из вариантов способ содержит статический разрыв (S20) пласта гидравлическим давлением, и электрический разрыв (S10) пласта путем создания электрической дуги в скважине, пробуренной в пласте.

Способ заканчивания скважины // 2588081

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для интенсификации работы скважины. В скважину спускают колонну насосно-компрессорных труб до забоя и промывают скважину циркуляцией, закачивают через колонну насосно-компрессорных труб на забой водный раствор поверхностно-активного вещества в объеме 3-4 м3 и продавливают водой плотностью 1,17-1,19 г/см3 в объеме 5-6 м3.

Способ обработки скважины (варианты) // 2587197

Группа изобретений относится к обработке подземной формации в скважине. Технический результат - увеличение добычи углеводородов с помощью обрабатывающей текучей среды для воздействия на подземную формацию.

Способ осуществления импульсного гидроразрыва // 2586693

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для освоения и восстановления дебита эксплуатационных скважин, понизившегося вследствие кольматации призабойной зоны асфальтосмолопарафиновыми образованиями и мехпримесями.

Конструкция многозабойной скважины с двумя горизонтальными стволами // 2585297

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к конструкциям многозабойных скважин с двумя горизонтальными стволами. Технический результат - повышение надежности конструкции для многостадийного разрыва пластов в горизонтальных стволах.

Способ определения дренируемой ширины трещины гидроразрыва и степени оседания проппанта в ней // 2585296

Изобретение относится к области гидроразрыва подземного пласта (ГРП) и, в частности, к определению геометрии дренируемой части трещины и степени оседания проппанта в трещине ГРП в продуктивной зоне пласта.

Способ гидравлического разрыва продуктивного пласта // 2584191

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для интенсификации добычи нефти в осложненных геолого-физических условиях разработки.

Способ гидроразрыва пласта // 2583803

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при интенсификации работы скважины. В способе гидроразрыва пласта, включающем тестовую закачку жидкости разрыва и пачки жидкости разрыва с проппантом, корректирование проекта разрыва и проведение основного процесса разрыва, при закачке компонентов в жидкость разрыва вводят смесь 10-27%-ного расвора соляной кислоты, метилен-фосфорной кислоты и воды в концентрации 1-2 л на 1 м3 жидкости разрыва, при соотношении раствора соляной кислоты, метилен-фосфорной кислоты и воды (15-25):(55-65):(15-25) об.% соответственно.

Способ газодинамического воздействия на пласт // 2582353

Изобретение относится к технологиям добычи нефти и может быть применено для газодинамического воздействия на пласт. Способ включает кумулятивную перфорацию интервала скважины с образованием в обсадной колонне скважины и в горной породе сгруппированных перфорационных каналов для притока флюида, последующее срабатывание генераторов давления и их воздействие на пласт через сгруппированные перфорационные каналы для притока флюида с образованием в горной породе индивидуальных трещин разрыва горной породы в направлении каждого перфорационного канала.

Способ интенсификации работы скважины // 2582150

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при интенсификации работы скважины, вскрывшей пласт с низкопроницаемым коллектором. В способе интенсификации работы скважины, включающем тестовую закачку жидкости разрыва и пачки жидкости разрыва с проппантом, корректирование проекта разрыва и проведение основного процесса разрыва, при тестовой закачке в качестве жидкости разрыва используют линейный гель, обеспечивающий ограниченное время удерживания проппанта во взвешенном состоянии, в качестве проппанта используют смесь проппантов, обладающих после осаждения повышенным сопротивлением прохождению жидкости разрыва, после тестовой закачки скважину выдерживают под давлением до осаждения проппанта в нижнюю часть трещины разрыва, при этом количество проппанта в жидкости разрыва назначают достаточным для заполнения трещины разрыва на 0,1-0,3 высоты трещины.

Способ получения керамического расклинивающего агента (варианты) // 2588634

Изобретение направлено на получение керамического расклинивающего агента с высокими эксплуатационными характеристиками и низкой себестоимостью производства, что является актуальным для серийного производства за счет использования дисперсионного механизма упрочнения керамики путем дополнительного использования легкоплавкой монтмориллонитовой глины, обладающей низкой температурой спекания. Способ получения керамического расклинивающего агента включает помол шихты, гранулирование шихты и ее обжиг. При этом в качестве шихты используют природный высококремнеземистый песок в количестве 30-50% от массы смеси, магнезиальносодержащее сырье в количестве 50-70% и легкоплавкую монтмориллонитовую глину 1-10% или смесь монтмориллонитовых и гидрослюдистых глин 1-10% с содержанием в смеси гидрослюдистых глин в количестве от 0 до 100%. Перед помолом шихты осуществляют дополнительную термообработку высококремнеземистого песка при температуре не менее 900°С. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.