RU2394991C1 - Procedure for solid coal weakening - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: procedure consists in boring boreholes in weakened massif through mined sublevel, in cutting initiating fissures on walls of said boreholes, in fussure sealing and in forming cracks of coal hydraulic break by pressurising fluid into them. A successive initiating fissure is cut simultaneously with preceding initiating fissure sealing and with forming a crack of hydraulic break in it.

EFFECT: raised efficiency of procedure due to reduced number of preparing operations, also reduced assortment of required equipment and time for part of operations.

2 dwg

Description

Техническое решение относится к горному делу, а именно к разработке крутых угольных пластов, и может быть использовано для разупрочнения прочных углей.The technical solution relates to mining, namely to the development of steep coal seams, and can be used to soften strong coals.

Известен способ разработки крутых и наклонных угольных пластов столбами по простиранию (авт. св. СССР №717338, Е21С 41/04, опубл. в БИ №7 за 1980 г.), включающий проведение полевых подготовительных выработок и последующую выемку угля в очистных забоях. Из полевых выработок в пласт бурят скважины, через которые в него закачивают поверхностно-активный газ до достижения равенства количества сорбированного и свободного газа предельной сорбционной емкости угля, после чего вызывают колебательные сорбционно-десорбционные процессы газа в поровом объеме угля путем воздействия на пласт и вмещающие породы механическими колебаниями, изменяющимися по периодическому закону.A known method of developing steep and inclined coal seams with columns along strike (ed. St. USSR No. 717338, E21C 41/04, published in BI No. 7 for 1980), including field preparatory workings and subsequent excavation of coal in the working faces. Wells are drilled from field openings into the formation through which surfactant gas is pumped into it until the amount of sorbed and free gas is equal to the maximum sorption capacity of coal, after which oscillatory sorption-desorption processes of gas in the pore volume of coal are caused by acting on the formation and host rocks mechanical vibrations, changing according to a periodic law.

Недостатком данного способа является то, что при его реализации необходимо с высокой точностью определять количество закачиваемого газа и в каждом конкретном случае, в зависимости от горно-геологических условий, рассчитывать параметры механических колебаний, что значительно усложняет реализацию, а следовательно, эффективность способа.The disadvantage of this method is that during its implementation it is necessary to accurately determine the amount of injected gas and, in each case, depending on the geological conditions, calculate the parameters of mechanical vibrations, which greatly complicates the implementation, and therefore, the effectiveness of the method.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ ориентированного разрыва горных пород (авт. св. СССР №1535992, Е21В 43/26, Е21С 41/18, опубл. в БИ №2 за 1990 г.), включающий бурение инициирующих скважин в направлении распространения трещин, создание в скважинах инициирующих полостей, герметизацию этих полостей и формирование трещины гидроразрыва пород нагнетанием в них жидкости. На расстоянии от предыдущей скважины, определяемом по установленной зависимости, в пределах распространения проектируемой трещины гидроразрыва бурят дополнительные скважины. Последние герметизируют до проектируемой трещины гидроразрыва и нагнетают в них жидкость под давлением ниже давления гидроразрыва, затем после образования трещины гидроразрыва в инициирующей скважине ее прохождение в дополнительной скважине фиксируют по изменению давления жидкости в этой скважине, после чего формируют трещину гидроразрыва в дополнительной скважине увеличением давления жидкости в ней до давления гидроразрыва.The closest in technical essence and combination of essential features is the method of oriented rock fracturing (ed. St. USSR No. 1535992, ЕВВ 43/26, Е21С 41/18, published in BI No. 2 for 1990), including the drilling of initiating wells in the direction of the propagation of cracks, the creation of initiating cavities in the wells, the sealing of these cavities and the formation of hydraulic fractures in the rocks by injection of fluid in them. At a distance from the previous well, determined by the established dependence, additional wells are drilled within the limits of the designed hydraulic fracture propagation. The latter are sealed to the designed hydraulic fracture and injected into them under pressure below the hydraulic fracture pressure, then after the formation of the hydraulic fracture in the initiating well, its passage in the additional well is recorded by the change in the fluid pressure in this well, after which the hydraulic fracture is formed in the additional well by increasing the fluid pressure in it to the fracturing pressure.

Недостатком этого способа является большое количество подготовительных работ, связанных с бурением дополнительных скважин, а также использование нескольких комплектов оборудования для проведения гидроразрывов. Это приводит к повышению себестоимости способа, к увеличению штата персонала, задействованного при его реализации, а следовательно, к снижению его эффективности.The disadvantage of this method is the large number of preparatory work associated with drilling additional wells, as well as the use of several sets of equipment for hydraulic fracturing. This leads to an increase in the cost of the method, to an increase in the staff of the personnel involved in its implementation, and therefore to a decrease in its effectiveness.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности способа за счет уменьшения подготовительных работ, сокращения требуемого оборудования и времени проведения части операций.The technical task of the proposed solution is to increase the efficiency of the method by reducing the preparatory work, reducing the required equipment and the time it takes to carry out part of the operations.

Поставленная задача достигается тем, что в способе разупрочнения прочных углей, включающем бурение шпуров в разупрочняемом массиве, нарезание на стенках указанных шпуров инициирующих щелей, их герметизацию и формирование трещин гидроразрыва угля нагнетанием в них жидкости, согласно техническому решению шпуры бурят насквозь отрабатываемого подэтажа, а нарезание последующей инициирующей щели осуществляют одновременно с герметизацией предыдущей инициирующей щели и формированием в ней трещины гидроразрыва угля. Бурение сквозных шпуров позволяет совмещать по времени операции: подавать с верхней выработки рабочую жидкость в герметизирующее устройство - производить герметизацию предыдущей инициирующей щели и формировать в ней трещину гидроразрыва, а с нижней выработки при этом осуществлять нарезание последующей инициирующей щели. Это позволяет уменьшить количество операций, связанных с перенастройкой оборудования с одной операции на другую и сократить время проведения части операций, а следовательно, повысить эффективность способа разупрочнения прочных углей.The problem is achieved in that in the method of softening hard coals, including drilling holes in a softening array, cutting the initial cracks on the walls of these holes, sealing them and forming hydraulic fractures of coal by injecting liquid into them, according to the technical solution, the holes are drilled through the worked sub-floor, and cutting the subsequent initiating slit is carried out simultaneously with the sealing of the previous initiating slit and the formation of coal fracture in it. Drilling through holes makes it possible to combine operations in time: feed the working fluid from the upper mine to a sealing device - seal the previous initiating gap and form a hydraulic fracture in it, and then cut the subsequent initiating gap from the lower mine. This allows to reduce the number of operations associated with the reconfiguration of equipment from one operation to another and to reduce the time part of the operations, and therefore, to increase the efficiency of the method of softening strong coals.

Сущность технического решения поясняется описанием реализации способа разупрочнения прочных углей и чертежами: фиг.1, на которой представлена схема реализации данного способа, и фиг.2, где показано место А на фиг.1 в увеличенном масштабе.The essence of the technical solution is illustrated by the description of the implementation of the method of softening of hard coals and drawings: Fig. 1, which shows a diagram of the implementation of this method, and Fig. 2, which shows location A in Fig. 1 on an enlarged scale.

Способ разупрочнения прочных углей (далее способ) реализуют следующим образом. Станком 1 бурят сквозной шпур 2 в отрабатываемом угольном массиве 3 с нижней выработки 4 на верхнюю выработку 5 (фиг.1) насквозь отрабатываемого подэтажа. Затем с нижней выработки 4 производят монтаж в шпуре 2 комплекса оборудования, включающего: буровой став 6 (фиг.2), щелеобразователь 7, вертлюг 8, герметизирующее устройство 9. Через гибкий трубопровод 10 присоединяют герметизирующее устройство 9 к насосной установке 11, расположенной в верхней выработке 5. После этого с нижней выработки 4 производят нарезание первой (верхней) инициирующей щели 12, при этом герметизирующее устройство 9 остается неподвижным благодаря вертлюгу 8, который обеспечивает автономное вращение щелеобразователя 7 в процессе резания. Затем буровой став 6 перемещают вниз на шаг L (фиг.2) для бурения второй инициирующей щели 13, при этом герметизирующее устройство 9, перемещаясь, занимает в шпуре 2 такое положение, что инициирующая щель 12 располагается между уплотнительными элементами 14 герметизирующего устройства 9. От насосной установки 11 через гибкий трубопровод 10 в герметизирующее устройство 9 под давлением подают рабочую жидкость - происходит герметизация области шпура 2, в которой расположена инициирующая щель 12. При превышении уровня давления, на которое настроено герметизирующее устройство 9, происходит подача рабочей жидкости в шпур 2 и производится гидроразрыв и формирование трещины гидроразрыва. Одновременно с этим осуществляют нарезание инициирующей щели 13, при этом независимость операций обеспечивают за счет применения вертлюга 8. После этого давление рабочей жидкости сбрасывают, и уплотнительные элементы 14 принимают исходную форму. Весь комплекс снова перемещают вниз на шаг L и производят гидроразрыв инициирующей щели 13 и нарезание следующей инициирующей щели 15. Таким образом обрабатывают весь шпур 2.The method of softening strong coals (hereinafter the method) is implemented as follows. Machine 1 drill a hole through hole 2 in the coal mine 3 from the lower mine 4 to the upper mine 5 (Fig. 1) through the worked sub-floor. Then, from the bottom mine 4, installation is made in a hole 2 of a set of equipment, including: a drill string 6 (Fig. 2), a slotting tool 7, a swivel 8, a sealing device 9. Through a flexible pipe 10, a sealing device 9 is connected to the pump unit 11 located in the upper generation 5. After that, the first (upper) initiating slit 12 is cut from the lower mine 4, while the sealing device 9 remains stationary thanks to the swivel 8, which provides autonomous rotation of the slot former 7 in the process cutting. Then, the drill stand 6 is moved down to step L (FIG. 2) to drill the second initiating slot 13, while the sealing device 9, moving, occupies a hole 2 in such a position that the initiating slot 12 is located between the sealing elements 14 of the sealing device 9. From the pumping unit 11 through a flexible pipe 10 into the sealing device 9 under pressure is fed the working fluid - is sealing the area of the hole 2, in which the initiating gap 12. When the pressure level is adjusted to sizing device 9, the working fluid is fed into the hole 2 and hydraulic fracturing and hydraulic fracturing are performed. At the same time, the initiating slit 13 is cut, while the independence of operations is ensured by the use of the swivel 8. After that, the pressure of the working fluid is relieved, and the sealing elements 14 take their original shape. The whole complex is again moved down to step L and hydraulic fracturing of the initiating slit 13 and cutting of the next initiating slit 15 are performed. Thus, the entire hole 2 is processed.

Claims (1)

Способ разупрочнения прочных углей, включающий бурение шпуров в разупрочняемом массиве, нарезание на стенках указанных шпуров инициирующих щелей, их герметизацию и формирование трещин гидроразрыва угля нагнетанием в них жидкости, отличающийся тем, что шпуры бурят насквозь отрабатываемого подэтажа, а нарезание последующей инициирующей щели осуществляют одновременно с герметизацией предыдущей инициирующей щели и формированием в ней трещины гидроразрыва угля. A method of softening strong coals, including drilling holes in a weakened array, cutting initiating slots on the walls of said holes, sealing them and forming hydraulic fractures of coal by injecting liquid into them, characterized in that the holes are drilled through the worked substage, and the subsequent initiating gap is cut simultaneously sealing the previous initiating gap and forming coal fractures in it.

Images