Способ обработки горных пород и устройство для осуществления этого способа

Способ обработки горных пород и устройство для осуществления этого способа

Реферат

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разупрочнении горных пород и полезных ископаемых с помощью разупрочняющих составов. Способ обработки горных пород включает бурение скважины, ее герметизацию, нагнетание разупрочняющего состава и обработку окружающих пород, причем нагнетание производят в нескольких точках, расположенных по длине скважины, расстояние между соседними точками подачи состава в скважину составляет не менее диаметра зоны пропитки, а величину зоны пропитки определяют расчетным путем. Устройство содержит центральную трубу, на которую насажены распорные уплотнители, одни концы которых жестко закреплены на трубе, а другие имеют возможность ограниченного перемещения по ней, при этом в стенке трубы выполнены отверстия, расположенные между уплотнителями, центральная труба снабжена размещенными под распорными уплотнителями дополнительными отверстиями, а также упорами, имеющими возможность взаимодействия с подвижными концами уплотнителей, причем взаимное расположение дополнительных отверстий и упоров выбрано таким образом, что при взаимодействии с упорами подвижных концов уплотнителей последние перекрывают дополнительные отверстия. Изобретение позволяет повысить эффективность способа обработки и создать простое по конструкции и надежное устройство. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разупрочнении горных пород и полезных ископаемых с помощью разупрочняющих составов.

Известен способ обработки массива угля, при котором в камере бурят скважины, производят их герметизацию и через герметизаторы в скважины подают разупрочняющие растворы ПАВ (поверхностно активных веществ) одновременно по всей длине скважин. Этот способ не обеспечивает качественной обработки по всей длине скважин. Возможно воздействие разупрочняющих составов, кроме угля, на породы кровли и почвы, что часто приводит к нежелательным последствиям (обрушение и сползание пород почвы и кровли). (Научные сообщения N 311/99 "Техника и технология открытой и подземной разработки месторождений", ННЦ ГП - ИГД им. А.А.Скочинского, с. 56-64).

Известен комбинированный способ обработки массива разупрочняющими составами, в частности диоксидом углерода и водой, при котором бурят скважину глубиной до 6 м и ее устье герметизируют, после чего в скважину в течение 35-40 мин подают диоксид углерода при давлении 2-3 МПа с последующей подачей воды под давлением 5 МПа. Недостатком такого способа является большой расход диоксида углерода и воды, так как в пласте угля как правило множество травиальных локальных трещин и незначительных пустот, и вода (тем более диоксид углерода) распространяется по пласту по пути наименьшего сопротивления, причем возможны ситуации, когда обрабатываются непредусмотренные для этого зоны (Сб. научных трудов "Горное давление, горные удары, движение массива", ВНИМИ, с. 77-78, СПБ, 1998).

Известен также способ добычи угля из выбросоопасных пластов угля, включающий бурение скважин, их герметизацию и нагнетание в них воды в различных точках, расположенных по длине скважины, с образованием пульпы, которую затем откачивают (авт. св. СССР N 1670129, Е 21 С 41/18, 45/00, 1991). Способ предназначен для извлечения размываемого водой угля (прототип).

Известно устройство для герметизации скважин, содержащее центральную трубу, на которую насажены распорные уплотнители, одни концы которых жестко закреплены на трубе, а другие имеют возможность ограниченного перемещения по ней, причем в трубе выполнены отверстия, расположенные между уплотнителями и предназначенные для подачи жидкости (прототип) (авт. св. СССР N 1484977, Е 21 F 7/00, 1989, БИ N 21). В этом устройстве распор уплотнителей производится механическим путем за счет закручивания гаек. Устройство сложно по конструкции и дорого в изготовлении.

Задача изобретения - разработка эффективного способа обработки массива горных пород, разупрочняющими составами, а также создание простого по конструкции и надежного устройства для реализации предлагаемого способа обработки горных пород.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе обработки горных пород, включающем бурение скважины, ее герметизацию, нагнетание в нее в различных точках по длине скважины жидкого или газообразного разупрочняющего состава и пропитку окружающих скважину пород, причем величину зоны пропитки определяют расчетным путем, согласно изобретению расстояние между соседними точками подачи в скважину состава составляет не менее диаметра зоны пропитки.

Для реализации способа предлагается герметизирующее устройство, содержащее центральную трубу, на которую насажены распорные уплотнители, одни концы которых жестко закреплены на трубе, а другие имеют возможность перемещения по ней. Между уплотнителями в трубе выполнены отверстия. Кроме того, труба снабжена дополнительными отверстиями, размещенными под уплотнителями, а также упорами, имеющими возможность взаимодействия с подвижными концами уплотнителей. Взаимное расположение дополнительных отверстий и упоров выбрано так, что при взаимодействии с упорами подвижных концов уплотнителей последние перекрывают дополнительные отверстия. Отверстия в трубе между уплотнителями могут быть выполнены резьбовыми.

На фиг. 1 показано герметизирующее устройство в скважине; на фиг.2 - скважина, обработанная согласно предлагаемому способу.

Устройство содержит несколько (не менее двух) резиновых распорных уплотнителей 1 и 2, на которых закреплены подвижные втулки 3 и 4. Уплотнители насажены на центральную трубу 5, снабженную ограничителями хода в виде упоров 6 и 7. В трубе 5 под уплотнителями имеются отверстия 8 и 9, а между уплотнителями отверстия - 10, через которые производится подача разупрочняющего состава в скважину. Отверстия 10 выполнены резьбовыми и в них при необходимости могут быть ввинчены насадки 11. Разупрочняющий состав 12 подается в скважину 13 по рукаву 14. Втулки 3 и 4 могут смещаться по трубе 5 до упоров 6 и 7, причем в момент взаимодействия упоров и втулок последние перекрывают отверстия 10, прекращая поступление состава в пространство между трубой 5 и уплотнителями.

Обработка производится следующим образом.

Разупрочняющий состав 12 подается под давлением по рукаву 14 во внутреннюю трубу 5.

Поступая через отверстия 8 и 9 в пространство между трубой 5 и уплотнителями 1 и 2, состав распирает уплотнители, прижимая их к стенкам скважины. При этом подвижные концы уплотнителей перемещаются по трубе 5 до контакта втулок 3 и 4 с упорами 6 и 7, причем втулки 3 и 4 перекрывают отверстия 8 и 9. Разупрочняющий состав (жидкость или газ) под напором через отверстие 10 поступает в скважину 13 и пропитывает окружающую скважину зону 15 диаметром "d". После закачки расчетного количества в зону пропитки подачу состава прекращают с последующей выдержкой во времени (определяется заранее). При этом происходит падение давления за счет впитывания жидкости или проникновение газа в поры и трещины окружающего массива. Затем герметизатор перемещают по скважине на другой участок и обрабатывают следующую зону 15. Процесс повторяют до тех пор, пока не будет обработана вся скважина. При этом каждый раз герметизатор смещают по скважинам настолько, чтобы расстояние между точками подачи в скважину жидкости было не менее диаметра "d" зоны 15 пропитки, определяемого заранее расчетным путем в зависимости от свойств горной породы или полезного ископаемого.

Герметизатор может иметь несколько отверстий 10, разделенных уплотнителями, как описано выше. В этом случае возможна одновременная обработка нескольких зон 15.

Для изменения темпа подачи, например, в сторону почвы или кровли, в отверстия 10 можно ввинчивать насадки. Для этого отверстия 10 снабжены резьбой.

Устройство может быть использовано при разрушении негабарита или для отрыва от массива блоков определенного размера. Следует отметить также возможность многократного использования устройства.

Предложенный способ обеспечивает более качественную обработку массива полезных ископаемых или горных пород с наименьшим расходом разупрочняющих составов, а благодаря использованию одновременной его подачи с местным распором резиновых уплотнителей происходят перенапряжения в пласте с образованием новых трещин, что также улучшает качество и увеличивает радиус обработки.

Способ и устройство позволяет максимально использовать скважины, избегая их перебура, так как аномальная утечка разупрочняющего состава в скважине, как правило, имеет место только в одной зоне, которую теперь возможно обойти.

Позонная обработка с помощью предлагаемого устройства позволяет в несколько раз увеличить возможную длину каждой обрабатываемой скважины и тем самым снизить объем подготовительных выработок на каждую 1000 т полезного ископаемого или горных пород.

Формула изобретения

1. Способ обработки горных пород, включающий бурение скважины, ее герметизацию, нагнетание разупрочняющего состава и обработку окружающих пород, причем нагнетание производят в нескольких точках, расположенных по длине скважины, а величину зоны пропитки определяют расчетным путем, отличающийся тем, что расстояние между соседними точками подачи состава в скважину составляет не менее диаметра зоны пропитки.

2. Устройство для обработки горных пород, содержащее центральную трубу, на которую насажены распорные уплотнители, одни концы которых жестко закреплены на трубе, а другие имеют возможность ограниченного перемещения по ней, при этом в стенке трубы выполнены отверстия, расположенные между уплотнителями, отличающееся тем, что центральная труба снабжена размещенными под распорными уплотнителями дополнительными отверстиями, а также упорами, имеющими возможность взаимодействия с подвижными концами уплотнителей, причем взаимное расположение дополнительных отверстий и упоров выбрано таким образом, что при взаимодействии с упорами подвижных концов уплотнителей последние перекрывают дополнительные отверстия.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что отверстия между уплотнителями выполнены с резьбой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2