RU2201508C2 - Способ предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых (варианты) - Google Patents

Способ предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2201508C2
RU2201508C2 RU2001108221/03A RU2001108221A RU2201508C2 RU 2201508 C2 RU2201508 C2 RU 2201508C2 RU 2001108221/03 A RU2001108221/03 A RU 2001108221/03A RU 2001108221 A RU2001108221 A RU 2001108221A RU 2201508 C2 RU2201508 C2 RU 2201508C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
packers
wells
holes
antifriction
Prior art date
Application number
RU2001108221/03A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001108221A (ru
Inventor
А.М. Фрейдин
В.А. Усков
Н.Г. Кю
О.И. Чернов
Original Assignee
Институт горного дела - научно-исследовательское учреждение СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт горного дела - научно-исследовательское учреждение СО РАН filed Critical Институт горного дела - научно-исследовательское учреждение СО РАН
Priority to RU2001108221/03A priority Critical patent/RU2201508C2/ru
Publication of RU2001108221A publication Critical patent/RU2001108221A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2201508C2 publication Critical patent/RU2201508C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предотвращения динамических явлений при разработке полезных ископаемых вблизи опасных зон, преимущественно представленных нарушенными породами тектонических зон. Способ включает бурение скважин до пересечения опасной зоны, отбор и анализ керна, установку пакеров, нагнетание в массив антифрикционного раствора для управления условиями трения по контакту берегов трещин в опасной зоне. Сначала в опасную зону бурят скважины первой очереди, затем на расстоянии, обеспечивающем гидравлическую связь с ними, бурят скважины второй очереди, размещают во всех скважинах пакеры. По физико-химическим свойствам кернового материала скважин подбирают наиболее подходящие дезинтегрирующий и антифрикционный растворы, после чего при открытых пакерах нагнетают в скважины первой очереди дезинтегрирующий раствор до появления его из скважин второй очереди, а затем закрывают все пакеры и выдерживают интервал времени, необходимый для дезинтеграции пород, разгрузки опасной зоны и повышения проницаемости трещин. После этого нагнетают в скважины первой очереди антифрикционный раствор, вязкость которого на 25-30% выше вязкости дезинтегрирующего раствора, и вытесняют последний антифрикционным раствором через открытые пакеры скважин второй очереди до заполнения им трещин. В другом варианте дезинтегрирующий раствор нагнетают сначала через скважины первой очереди в центральной части опасной зоны, потом - через скважины второй очереди по ее краям и закрывают все пакеры для предотвращения вытекания этого раствора и реакционных газов. Затем нагнетают антифрикционный раствор в том же порядке с вытеснением дезинтегрирующего раствора от центра к краям опасной зоны сначала через открытые пакеры скважин второй очереди, а затем через дополнительно пробуренные контрольные скважины при всех закрытых пакерах. Изобретение позволяет повысить надежность предотвращения динамических явлений при извлечении полезного ископаемого вблизи опасных зон. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Техническое решение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для предотвращения динамических явлений при разработке полезных ископаемых вблизи опасных зон, преимущественно представленных нарушенными породами тектонических зон.
Известен способ раскалывания угольного массива с помощью дезинтегрирующего раствора (заявка Франции 2489410, Е 21 С 41/04; E 21 F 5/00, 17/00, опубл. в BULLETIN OFFICIEL DE LA PROPRIETE INDUSTRIELLE 9, 5 марта 1982 г.), включающий бурение в массиве угля скважин, по которым подают дезинтегрирующий раствор на основе водного раствора фенола, альдегида, кетона, органических производных серы, аммиака или их смеси. Физико-химическое действие этого раствора на пласт заключается в том, что он ослабляет структуру угля и разгружает массив от напряжений.
Недостатком известного способа является неэффективность применения этого дезинтегрирующего раствора в других типах пород, кроме угля и сланцев, необеспечение благоприятных условий для реализации пластических деформаций пород и оптимальных условий трения по контакту берегов трещин в опасной зоне.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ предотвращения динамических явлений в слоистых породах (а.с. 1778315, E 21 F 5/00, опубл. в БИ 44, 1992 г.), включающий бурение скважин до межслоевых контактов, нагнетание в зоны контактов жидкости, содержащей поверхностно-активное вещество, снижающее коэффициент трения по контакту берегов трещин в опасной по динамическим проявлениям зоне до величины угла трения в пределах φ=5÷44,5o.
Недостатком известного способа является ненадежность предотвращения динамических явлений при разработке полезных ископаемых вблизи опасных зон, представленных нарушенными породами тектонических зон, где отсутствуют явно выраженные межслоевые контакты и, вследствие плохой проницаемости трещин, трудно обеспечить качество распространения по трещинам жидкости, снижающей коэффициент трения по контакту берегов трещин в опасной зоне до величины угла трения в пределах, необходимых для реализации режима пластической деформации пород.
Техническая задача: повышение надежности предотвращения динамических явлений при извлечении полезных ископаемых вблизи опасных зон, представленных нарушенными породами тектонических зон, за счет создания благоприятных условий для реализации режима пластической деформации пород.
Поставленная задача решается тем, что в способе предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых, включающем бурение скважин до пересечения опасной зоны, отбор и анализ керна, установку пакеров, нагнетание в массив антифрикционного раствора для управления условиями трения по контакту берегов трещин в опасной зоне, согласно техническому решению, сначала в опасную зону бурят скважины первой очереди, затем на расстоянии, обеспечивающем гидравлическую связь с ними, бурят скважины второй очереди, размещают во всех скважинах пакеры, по физико-химическим свойствам кернового материала скважин подбирают наиболее подходящие дезинтегрирующий и антифрикционный растворы, после чего при открытых пакерах нагнетают в скважины первой очереди дезинтегрирующий раствор до появления его из скважин второй очереди, а затем закрывают все пакеры и выдерживают интервал времени, необходимый для дезинтеграции пород, разгрузки опасной зоны и повышения проницаемости трещин, после чего нагнетают в скважины первой очереди антифрикционный раствор, вязкость которого на 25-30% выше вязкости дезинтегрирующего раствора, и вытесняют последний антифрикционным раствором через открытые пакеры скважин второй очереди до заполнения им трещин.
При этом достигается повышение надежности предотвращения динамических явлений при извлечении полезных ископаемых вблизи опасных зон, представленных нарушенными породами тектонических зон, за счет повышения проницаемости трещин, образования новых трещин, повышения качества распространения антифрикционного раствора и создания благоприятных условий для реализации пластических деформаций пород в пределах опасной зоны.
Поставленная задача решается также тем, что в другом варианте способа предотвращения динамических явлений, включающем бурение скважин до пересечения опасной зоны, отбор и анализ керна, установку пакеров, нагнетание в массив антифрикционного раствора для управления условиями трения по контакту берегов трещин в опасной зоне, согласно изобретению, дезинтегрирующий раствор нагнетают сначала через скважины первой очереди в центральной части опасной зоны, потом - через скважины второй очереди по ее краям и закрывают все пакеры для предотвращения вытекания этого раствора и реакционных газов, а затем нагнетают антифрикционный раствор в том же порядке с вытеснением дезинтегрирующего раствора от центра к краям опасной зоны сначала через открытые пакеры скважин второй очереди, а затем через дополнительно пробуренные контрольные скважины при всех закрытых пакерах.
При этом достигается повышение надежности предотвращения динамических явлений при извлечении полезных ископаемых за счет повышения давления в опасной зоне, более эффективного раскрытия трещин и образования новых трещин, повышения качества распространения дезинтегрирующего и антифрикционного растворов во всем объеме опасной зоны для реализации режима пластической деформации пород.
Сущность технического решения иллюстрируется примером осуществления способа и чертежами, где: на фиг.1 приведена фотография результатов моделирования на эквивалентных (фотоупругих) материалах геологической ситуации образования опасной зоны в удароопасных условиях железных рудников Горной Шории; на фиг. 2 показан разрез вкрест простирания опасной зоны, связанной с нарушенными породами тектонической зоны, в начальный момент осуществления способа; на фиг.3 и 4 - развитие работ по предотвращению динамических явлений; на фиг.5 - извлечение полезного ископаемого вблизи опасной зоны при полной реализации способа.
Предлагаемый способ реализуют следующим образом.
На практике динамические проявления горного давления при разработке полезных ископаемых зачастую локализованы в опасных зонах, связанных с нарушенными породами тектонических зон. На фиг.1 показаны типичные условия образования опасной по динамическим явлениям зоны, смоделированные на эквивалентных материалах. При проведении в массиве 1 горной выработки 2 (фиг.2) вблизи тектонической зоны 3, вследствие концентрации напряжений, формируется опасная зона 4, что может быть зарегистрировано в модели (фиг.1) по интенсивности изохром и регистрации акустических сигналов. При выемке залежи 5 полезного ископаемого (фиг.2) реализуются динамические явления в опасной зоне 4 и разрушения в горной выработке 2. Для предотвращения динамических явлений из горной выработки 2 бурят скважины 6 первой очереди и скважины 7 второй очереди с пересечением опасной зоны 4, локализованной в тектонической зоне 3. На основе изучения кернового материала скважин из опасной зоны 4 в лабораторных условиях подбирают наиболее подходящие по физико-химическим свойствам дезинтегрирующий раствор 8 (фиг.3) и антифрикционный раствор 9 (фиг.4), причем вязкость второго должна быть на 25-30% выше вязкости первого. Дезинтегрирующий раствор 8 по своим физическим характеристикам легко распространяется по трещинам 10 в опасной зоне 4, вступает в химическое взаимодействие с минералами-заполнителями трещин 10 для их разрушения, расслоения и образования дополнительных продуктов химических реакций (жидких, твердых или газообразных), способствующих повышению давления в опасной зоне 4, раскрытию и очистке трещин 10. Антифрикционный раствор 9 обеспечивает оптимальные пределы угла трения (φ= 4÷14o) по контакту берегов трещин 10 в опасной зоне 4. Лабораторные и практические исследования показали, что если вязкость антифрикционного раствора 9 на 25-30% выше вязкости дезинтегрирующего раствора 8, то обеспечивают полное вытеснение одного другим при распространении антифрикционного раствора 9 под давлением в трещинах 10. Скважины 7 второй очереди бурят от скважин 6 первой очереди (фиг.2) на расстоянии, обеспечивающем гидравлическую связь между ними. В скважины 6 первой очереди нагнетают дезинтегрирующий раствор 8 (фиг.3) при открытых пакерах 11 до появления его из скважин 7 второй очереди, затем закрывают все пакеры 11 и выдерживают интервал времени, необходимый для дезинтеграции пород, разгрузки опасной зоны 4 и повышения проницаемости трещин 10. После этого (фиг.4) нагнетают в скважины 6 первой очереди антифрикционный раствор 9 с вытеснением дезинтегрирующего раствора 8 через открытые пакеры 11 скважин 7 второй очереди. Происходит более качественное заполнение трещин 10 антифрикционным раствором 9 для создания благоприятных условий реализации пластических деформаций в пределах опасной зоны 4, несмотря на то, что образование очистного пространства 12 при отработке залежи 5 полезного ископаемого образует концентрацию напряжений в массиве 1 и опасной зоне 4.
Согласно второму варианту способа дезинтегрирующий раствор 8 нагнетают сначала через скважины 6 первой очереди в центральной части опасной зоны 4, потом через скважины 7 второй очереди по ее краям и закрывают все пакеры 11 для предотвращения вытекания дезинтегрирующего раствора 8 и реакционных газов, а затем нагнетают антифрикционный раствор 9 в том же порядке с вытеснением дезинтегрирующего раствора 8 от центра к краям опасной зоны 4 через открытые пакеры 11 скважин 7 второй очереди, а затем через дополнительно пробуренные контрольные скважины 13 при всех закрытых покерах 11.
Таким образом достигается повышение надежности предотвращения динамических явлений при извлечении залежи 5 полезного ископаемого вблизи опасной зоны 4, связанной с тектонической зоной 3, за счет повышения проницаемости трещин 10, и создаются благоприятные условия реализации режима пластической деформации пород.
В качестве примера рассмотрим реализацию предлагаемого способа предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке месторождений железных руд. Для промоделированных (фиг.1) условий железных рудников Горной Шории (таких как Таштагольский, Шерегешский и др.) массив 1 (магнетитсодержащий скарн) вмещает залежь 5 полезного ископаемого (сплошная магнетитовая руда), а тектоническая зона 3 представлена нарушенными сетью трещин 10 породами того же состава. В трещинах 10 отмечены отложения кальцита, пирита, халькопирита. В качестве дезинтегрирующего раствора 8 по результатам лабораторных исследований кернового материала скважин для обработки опасной зоны 4 используют, например, 10-20% раствор соляной кислоты в смеси с 1-3% по весу ортофосфорной кислоты (твердое) и органических производных серы. Вязкость условная дезинтегрирующего раствора 8 составляет 12-15 секунд по вискозиметру ВЗ-1 при 20oС. Физико-химическое действие этого раствора на минералы опасной зоны 4 заключается в ослаблении структуры пород, растворении карбонатов с образованием газообразных (углекислый газ), жидких (вода, растворы солей) и твердых (хлорное железо, фосфаты) и др. продуктов, что разгружает массив от напряжений и повышает проницаемость трещин 10. В паре с этим дезинтегрирующим раствором 8 рекомендуют антифрикционный раствор 9 на основе 25-40% водного раствора карбамидной смолы КФ-17 с модифицирующими добавками, условную вязкость которого выбирают согласно предложенному способу в пределах 15-22 секунд по вискозиметру ВЗ-1 при 20oС для обеспечения относительно более высокой (на 25-30%) плотности антифрикционного раствора 9. Физико-химическое взаимодействие этого раствора с дезинтегрирующим раствором 8 и вновь образованными продуктами реакций дезинтеграции пород в опасной зоне 4 приводит к образованию устойчивого к физико-химическим воздействиям геля смолы КФ-17, который не переходит в твердую фазу и обеспечивает оптимальные параметры угла трения (φ=4-14o) по контакту берегов трещин 10 и реализацию благоприятных условий пластических деформаций в пределах опасной зоны 4.

Claims (2)

1. Способ предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых, включающий бурение скважин до пересечения опасной зоны, отбор и анализ керна, установку пакеров, нагнетание в массив антифрикционного раствора для управления условиями трения по контакту берегов трещин в опасной зоне, отличающийся тем, что сначала в опасную зону бурят скважины первой очереди, затем на расстоянии, обеспечивающем гидравлическую связь с ними, бурят скважины второй очереди, размещают во всех скважинах пакеры, по физико-химическим свойствам кернового материала скважин подбирают наиболее подходящие дезинтегрирующий и антифрикционный растворы, после чего при открытых пакерах нагнетают в скважины первой очереди дезинтегрирующий раствор до появления его из скважин второй очереди, а затем закрывают все пакеры и выдерживают интервал времени, необходимый для дезинтеграции пород, разгрузки опасной зоны и повышения проницаемости трещин, после чего нагнетают в скважины первой очереди антифрикционный раствор, вязкость которого на 25-30% выше вязкости дезинтегрирующего раствора, и вытесняют последний антифрикционным раствором через открытые пакеры скважин второй очереди до заполнения им трещин.
2. Способ предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых, включающий бурение скважин до пересечения опасной зоны, отбор и анализ керна, установку пакеров, нагнетание в массив антифрикционного раствора для управления условиями трения по контакту берегов трещин в опасной зоне, отличающийся тем, что дезинтегрирующий раствор нагнетают сначала через скважины первой очереди в центральной части опасной зоны, потом - через скважины второй очереди по ее краям и закрывают все пакеры для предотвращения вытекания этого раствора и реакционных газов, а затем нагнетают антифрикционный раствор в том же порядке с вытеснением дезинтегрирующего раствора от центра к краям опасной зоны сначала через открытые пакеры скважин второй очереди, а затем через дополнительно пробуренные контрольные скважины при всех закрытых пакерах.
RU2001108221/03A 2001-03-26 2001-03-26 Способ предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых (варианты) RU2201508C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001108221/03A RU2201508C2 (ru) 2001-03-26 2001-03-26 Способ предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых (варианты)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001108221/03A RU2201508C2 (ru) 2001-03-26 2001-03-26 Способ предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых (варианты)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001108221A RU2001108221A (ru) 2003-02-20
RU2201508C2 true RU2201508C2 (ru) 2003-03-27

Family

ID=20247674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001108221/03A RU2201508C2 (ru) 2001-03-26 2001-03-26 Способ предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых (варианты)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2201508C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2493368C1 (ru) * 2012-04-02 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" Способ создания разгрузочных щелей в удароопасном горном массиве термообработкой скважин

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2259974A1 (ru) * 1974-02-04 1975-08-29 Saarbergwerke Ag
DE3445692A1 (de) * 1984-07-17 1986-01-23 William Houston Tex. Perlman Verfahren zum fraccen einer gasfuehrenden kohleformation sowie gasabgebende, unterirdische kohleformation
SU1564363A1 (ru) * 1988-07-05 1990-05-15 Институт Геотехнической Механики Ан Усср Способ предотвращени выбросов угл и газа и обрушений угл
RU2034991C1 (ru) * 1992-08-04 1995-05-10 Государственный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и проектный угольный институт с экспериментальным заводом "Печорниипроект" Способ борьбы с динамическими явлениями при разработке угольных пластов
RU2067181C1 (ru) * 1992-01-16 1996-09-27 Научно-производственная фьючерская фирма "Геоэнергия" Способ снижения газодинамической активности выбросоопасного пласта

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2259974A1 (ru) * 1974-02-04 1975-08-29 Saarbergwerke Ag
DE3445692A1 (de) * 1984-07-17 1986-01-23 William Houston Tex. Perlman Verfahren zum fraccen einer gasfuehrenden kohleformation sowie gasabgebende, unterirdische kohleformation
SU1564363A1 (ru) * 1988-07-05 1990-05-15 Институт Геотехнической Механики Ан Усср Способ предотвращени выбросов угл и газа и обрушений угл
RU2067181C1 (ru) * 1992-01-16 1996-09-27 Научно-производственная фьючерская фирма "Геоэнергия" Способ снижения газодинамической активности выбросоопасного пласта
RU2034991C1 (ru) * 1992-08-04 1995-05-10 Государственный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и проектный угольный институт с экспериментальным заводом "Печорниипроект" Способ борьбы с динамическими явлениями при разработке угольных пластов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2493368C1 (ru) * 2012-04-02 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" Способ создания разгрузочных щелей в удароопасном горном массиве термообработкой скважин

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2566348C2 (ru) Способ многопластового гидроразрыва в стволе скважины
Guenot Borehole breakouts and stress fields
Haimson Fracture-like borehole breakouts in high-porosity sandstone: are they caused by compaction bands?
Lama et al. Overview of gas outbursts and unusual emissions
RU2117764C1 (ru) Способ дегазации угольных пластов
AU2018418035B2 (en) Water retention method for promoting self-healing of mining fractures by chemically softening carbonatite
Asadimehr Examining drilling problems and practical solutions regarding them
Stacey, TR* & De Jongh Stress fracturing around a deep-level bored tunnel
Gu et al. Occurrence mechanism of roof‐fall accidents in large‐section coal seam roadways and related support design for Bayangaole Coal Mine, China
Shang et al. The drainage horizon determination of high directional long borehole and gas control effect analysis
Chen et al. Mining‐induced failure characteristics and surrounding rock control of gob‐side entry driving adjacent to filling working face in the deep coal mine
CN212318072U (zh) 一种煤矿冲击地压和有害气体综合防治系统
Jeffrey et al. Sand propped hydraulic fracture stimulation of horizontal in-seam gas drainage holes at Dartbrook Coal Mine
Wang et al. Characteristics of overlying strata and mechanisms of arch beam failure in shallowly buried thick bedrock coal seams: A case study in western China
RU2204703C2 (ru) Способ разработки нефтяной залежи в карбонатных коллекторах трещинно-порового типа
Matsui et al. Acceleration of massive roof caving in a longwall gob using a hydraulic fracturing
Liu et al. Mechanisms of crack initiation and propagation in dense linear multihole directional hydraulic fracturing
RU2324811C1 (ru) Способ повышения продуктивности скважин (варианты)
van As et al. Hydraulic fracture growth in naturally fractured rock: mine through mapping and analysis
Yin et al. Failure Mechanism and Control Technology for a Large‐Section Roadway under Weakly Cemented Formation Condition
McFall et al. Refracturing in the Eagle Ford Shale: One Operator's Quest to Identify and Rank Candidates, Minimize Well Interference, and Understand Variability of Results
Borm et al. Borehole instabilities in the KTB main borehole
Wang et al. Study on rib sloughage prevention based on geological structure exploration and deep borehole grouting in front abutment zones
Zhou et al. Geological barrier–a natural rock stratum for preventing confined karst water from flowing into mines in North China
RU2034991C1 (ru) Способ борьбы с динамическими явлениями при разработке угольных пластов

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040327