Спосіб дії на вугільний пласт

Спосіб дії на вугільний пласт, який включає буріння свердловин у вугільному пласті і установку в них елементів пристрою дії на пласт, діяння на пласт протягом заданого проміжку часу, переведення сорбованого вугіллям газу у вільний стан, який відрізняється тим, що дію здійснюють змінним електромагнітним полем із частотою, яка збігається з частотою власного коливання молекули газу, сорбованого вугіллям, протягом 5-7 годин, а свердловини бурять діаметром 70-140мм на відстані 10-20 метрів одна від одної. (19) (21) u200910548 (22) 19.10.2009 (24) 25.03.2010 (46) 25.03.2010, Бюл.№ 6, 2010 р. (72) АЛЄКСЄЄВ АНАТОЛІЙ ДМИТРОВИЧ, ГРІНЬОВ ВОЛОДИМИР ГЕРАСИМОВИЧ, КІРІЛОВ АНДРІЙ КУЗЬМИЧ, БРУХАНОВ ОЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ, МНУХІН АНАТОЛІЙ ГРИГОРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ФІЗИКИ ГІРНИЧИХ ПРОЦЕСІВ НАН УКРАЇНИ 3 електродів подають протягом часу, що визначається по математичній формулі. Недоліком даного технічного рішення є неповне видобування метану з вугільного пласта й, у цьому зв'язку, збереження небезпеки ведення гірських робіт. Запропонована електрична схема включення напруги, забезпечує протікання електричного струму з найбільшою щільністю тільки в площинах, що зв'язує свердловини, що не дозволяє реалізувати повною мірою ефект дії в об'ємі вугільного пласта, який містить електроди. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу дії на вугільний пласт шляхом зниження багато газованої виробітки за рахунок дії на вугільний пласт електромагнітним полем (ЕМП), що забезпечить більш повне видобування метану із вугільного пласта і підвищення безпеки ведення гірських робіт. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі дії на пласт, який включає буріння свердловин у вугільному пласті і установку в них елементів пристрою дії на пласт, діяння на пласт протягом заданого проміжку часу, переведення сорбованого вугіллям газу у вільний стан, відповідно до корисної моделі дію здійснюють змінним електромагнітним полем із частотою, яка збігається з частотою власного коливання молекули газу сорбованого вугіллям, протягом 5-7 годин, а свердловини бурять діаметром 70-140мм на відстані 10-20 метрів друг від друга. Причинно-наслідковий зв'язок між ознаками корисної моделі і технічним результатом, що досягається, встановлюється у такий спосіб. Дія на пласт змінним електромагнітним полем дозволяє більш повно витягати метан з вугільного пласта, оскільки при цьому активується дифузія молекул, сорбованих в об'ємі вугільного пласта, що дозволяє видаляти газ, який утримується в закритих порах і розчинений у вугіллі. В якості елементів пристрою дії на пласт використовують антени типу напівхвильового диполя. У цьому випадку забезпечується діаграма спрямованості, що дозволяє діяти на вугільний пласт відповідно до просторового розподілу енергії електромагнітних коливань. Основним механізмом дії ЕМП на молекули метану є електрострикційний ефект. При дії на вугілля ЕМП відбувається поляризація його структури й деформування по електрострикційному механізму. Для теоретичного визначення частоти дії на вугільний пласт можна виходити зі співвідношення 2 Нернста-Эйнштейна з якого випливає що D0 й вираження для частоти f власних коливань молекули в задачі про гармонійний осциляторі: 2 2 0 1/ 2 0 m де m - маса молекули, U0 - характерний потенціал взаємодії молекули, який можна ототожнити з енергією активації дифузійного процесу молекул 2 метану, D0 - коефіцієнт дифузії. Величину δ - відстань між двома потенційними ямами, можна зв'язати зі структурою вугілля. Дійсно, будемо розглядати дифузію молекул метану, впровадженого 48639 4 в міжшаровий простір основної вуглецевої складової структури викопних вугіль. Відповідно до рентгеноструктурного аналізу можна прийняти 1 4 10 , 10 м. 12 Тоді одержимо f 60 МГц і 2 D0 115 10 м / c . Тобто, область частот, у якій , необхідно проводити дію на вугільний пласт попадає в область радіохвиль, що мають довжину f / f від декількох метрів до десятків метрів, f - фазова швидкість. Для характерної енергії активації дифузії метану з вугіль близько 20кДж/моль фактично на частотах менше за 30Мгц антенні пристрої в радіусі 10м працюють у режимі "ближньої зони". Деформування вугілля ЕМП при частоті дії, що збігає із частотою власних коливань молекули метану, сорбованої на стінках пор і мікротріщин, призводить до прискорення дифузії метану у вугільному пласті, що реалізується в посиленій дегазації пласта без додаткового тріщиноутворення за час дії 5-7 годин. Тому доцільно діяти на вугільний пласт електромагнітним полем протягом 5-7 годин, що відповідає інтервалу часу між змінами, який приділяється для ремонтних робіт у лаві. Час дії залежить від потужності генератора. Згідно з експериментальними даними за цей відрізок часу вдається дегазувати більшість вугіль різної стадії метаморфізму. Діаметр свердловин обраний з міркувань безпеки ведення робіт при бурінні в шахтах різного ступеня вибросонебезпечності. Залежно від паспортних даних вугільного пласта вибирається діаметр свердловини. Для особливо вибросонебезпечних пластів передбачається буріння свердловин з діаметром 140мм. Свердловини виконуються з можливістю подальшого видалення й утилізації дегазованого газу з вугільного пласта, а також зниження метановості виробітків до безпечно припустимих рівнів. Запропонований спосіб реалізується в таким чином. У вугільному пласті 1 (див Фіг.) на відстані 10м. друг від друга бурять свердловини 2, усередині яких встановлюють антени 3 типа електричних вібраторів, з'єднаних за допомогою екранованих кабелів 4 із генератором високочастотних електромагнітних коливань 5. Видобуток вугілля проводиться за допомогою комбайна або струга у виробітку 6. Генератор повинен забезпечувати випромінювану антенами потужність в 2кВт на кожну антену. При використанні 4-6 антен, розташовуваних у свердловинах, потужність генератора повинна становити 100кВт із обліком 10 відсотків КПД генератора. При цьому електричний компонент електромагнітних коливань у вугільній речовині на відстані 1м від свердловини повинен бути не менш ніж 300В/м. Антени типу електричних вібраторів - випромінювачі електромагнітних коливань радіочастотного діапазону, мають діаграму спрямованості, здатну забезпечити достатню щільність енергії електромагнітного поля в об'ємі вугільного пласта. За результатами лабораторних експериментів по десорбції метану із вугілля марки КЖ, витягну 5 48639 того з даного пласта, за відомим значенням енергії активації десорбції (Е=19кДж/моль), на ділянці вугільного пласта 1 шахти ім. О.О.Скочинського на обрії 1200 м необхідно виконати буріння чотирьох свердловин 2 діаметром 120мм на відстані S1=19,5м. У свердловини розміщають антенні пристрої 3 так, щоб випромінювачі розташовувалися на половині потужності вугільного пласта. Після з'єднання антен за допомогою кабелів 4 до генератора 5 включають генератор. Дія проводили протягом шести годин і контролювали зміст метану у виробітку 6 і вентиляційному штреку. Після завершення дії генератор відключають і починають буріння свердловин на наступній ділянці плас Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 та. За даними експериментів залишкова газонос3 ність вугільного пласта після дії складе 4,3м /т при 3 вихідної газоносності 18,2м /т. Таким чином, близько 76 відсотків метану, що утримується у вугільному пласті, вилучено. Залишкова газоносність перебуває на рівні, при якому можливе проведення робіт при значному зниженні ймовірності викидів метану при видобутку вугілля. Таким чином зазначаємо, що використання запропонованого способу забезпечує зниження багато газованої виробітки за рахунок дії на вугільний пласт електромагнітним полем, та більш повне видобування метану із вугільного пласта й підвищення безпеки ведення гірських робіт. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601