Спосіб гідророзпушування викидонебезпечного вугільного пласта

Спосіб пдророзпушування викидонебезпечного вугільного пласта, який полягає в бурінні свердловини, реєстрації акустичного сигналу, визначенні по його параметрах оптимальної довжини і глибини герметизації свердловини і нагнітанні во Винахід відноситься до вугільної промисловості й призначений для використання при веденні гірничих робіт на викидонебезпечних пластах, як найрозповсюдженіший противикидний захід Відомий спосіб пдророзпушування викидонебезпечного вугільного пласта, що полягає в бурінні свердловини в напрямку просування вибою, герметизації и на визначену глибину і високонапірному нагнітанні води насосною установкою Технологія пдророзпушування включає такі обов'язкові параметри, як довжина свердловини, глибина її герметизації, максимальний тиск води, закачуваний и об'єм та ш Ефективність пдророзпушування оцінюють шляхом буріння контрольних свердловин безпосередньо після завершення нагнітання і, потім, у наступні зміни (див "Інструкція з безпечного ведення гірничих робіт на пластах, небезпечних за раптовими викидами вугілля, породи і газу" -М -1989, 191с) Параметри пдророзпушування розраховано на несприятливі за викидонебезпекою гірничо - геологічні умови, щоб безумовно забезпечити його ефективність У переважній більшості випадків такі параметри, як максимальний тиск і об'єм води, закачуваної у вугільний пласт, завищені щодо реальних гірничо - геологічних умов Це найчастіше призводить, з одного боку, до непродуктивних витрат часу і коштів, з іншого боку, розрахункові зна ди, який відрізняється тим, що акустичний сигнал реєструють у рівновеликих інтервалах і при нагнітанні води в свердловину фіксують низькочастотну складову спектра й частоту максимуму акустичного сигналу, а активну частину процесу нагнітання вважають завершеною, якщо після досягнення максимального значення низькочастотна складова зменшилася послідовно в двох інтервалах підряд на 15% і більше від максимального, а пдророзпушування вважають ефективним і безпечна глибина виїмки вугільного пласта відповідає глибині герметизації, якщо при цьому частота максимуму спектра хоча б у двох часових інтервалах відрізняється від середнього на 15% і більше чення цих параметрів ІНОДІ стають недосяжними Іншою вадою способу є те, що оцінка його ефективності здійснюється не в процесі високонапірного нагнітання води, а після нього шляхом буріння контрольних свердловин і визначення по них величини зони розвантаження Однак по водонасиченому вугіллю часто не вдається пробурити свердловину потрібної довжини Крім того, пдророзпушування пласта призводить до утворення в куті підвищеної тріщинуватості, що супроводжується багатим виділенням метану, що спотворює реальну картину стану масиву в призабійній частині Відомий винахід "Спосіб пдророзпушування крайової частини викидонебезпечного вугільного пласта", який полягає в бурінні свердловини у вугільний пласт, реєстрації сейсмоакустичного сигналу в процесі буріння, визначенні глибини зони розвантаження, герметизації устя свердловини і нагнітанні через фільтруючу частину свердловини води в режимі пдророзпушування, при цьому буріння свердловини здійснюється поштервально, у рівновеликих інтервалах буріння визначають середню енергію сейсмоакустичного сигналу, виділяють інтервал з мінімальною середньою енергією сейсмоакустичного сигналу і від кінця цього інтервалу свердловину добурюють на довжину фільтруючої частини, а герметизацію шпари здійснюють ю о ю 50529 від устя до зазначеного інтервалу (див авт свід №1744268, СРСР, E21F5/00 опубл ЗО 06 92р , Б В №24) Вадою цього способу, визначеного як прототип, також як і аналога, є брак контролю ефективності гідророзпушування в процесі його виконання і потреба бурити контрольні скважини після гідророзпушування, відсутність оптимізацм максимального тиску й обсягу накачуваної води В основу винаходу поставлено завдання створити такий спосіб гідророзпушування викидонебезпечного вугільного пласта, у якому за рахунок контролю гідророзпушування по параметрах акустичного сигналу визначають завершення активної частини процесу й оцінюють ефективність у цілому, і, як результат, закачують лише потрібний і достатній об'єм води Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що в способі гідророзпушування викидонебезпечного вугільного пласта, який полягає в бурінні свердловини, реєстрації акустичного сигналу, визначенні по його параметрах оптимальної довжини і глибини герметизації свердловини і нагнітанні води, згідно винаходу, акустичний сигнал реєструють у рівновеликих інтервалах і при нагнітанні води в свердловину фіксують низькочастотну складову спектра й частоту максимуму акустичного сигналу, а активну частину процесу нагнітання вважають завершеною, якщо після досягнення максимального значення низькочастотна складова зменшилася в двох інтервалах підряд на 15% і більше від максимального, а гідророзпушування вважають ефективним і безпечна глибина виїмки вугільного пласта відповідає глибині герметизації, якщо при цьому частота максимуму спектра хоча б у двох часових інтервалах відрізняється від середнього на 15% і більше тивність гідророзпушування залежить від ступеня ослаблення контактів у шарах великої потужності, оскільки товща, що відшарувалася, впливає на вугільний пласт у крайовій його частині значно інтенсивніше в порівнянні з високонапірним нагнітанням води В основному за рахунок розшарування порід покрівлі в призабійній частині масиву вугільний пласт здобуває, у підсумку, достатню для його дегазації тріщинуватість Активізація межшарових деформацій продовжується до деякої межі, обумовленої потужністю шару, розшаруванням товщі, що лежить вище, після чого прогинання шарів припиняється, відбувається деяке ущільнення контактів і зниження амплітуд резонансних частот, зв'язаних товстими шарами порід, зменшення низькочастотної складової акустичного сигналу Цей момент процесу гідророзпушування є завершенням активної його частини, після чого за рахунок створення значної тріщинуватості вугілля вода просочується, охоплюючи значний об'єм вугільного пласта, починається процес фільтрації води, витиснення газу з тріщин, при цьому тиск у гідросистемі досить швидко зменшується Дослідженнями встановлено, що завершення активної частини нагнітання, яке фіксується за зменшенням амплітуди низьких частот спектра акустичного сигналу після досягнення ними максимуму, і зменшення тиску води в гідросистемі є основними потрібними і достатніми ознаками ефективного протікання процесу гідророзпушування Ще однією ознакою завершення активної частини нагнітання служать зміни частот максимуму спектра акустичного сигналу, що є наслідком переміщення по розрізу гірських порід покрівлі максимального ослаблення контактів, і, ВІДПОВІДНО, переміщення інтенсивних міжшарових деформацій, а також прогинання товщі порід у призабійній частині Нові ознаки в сукупності з відомими забезпечують оптимізацію об'єму закачуваної води і тиску в гідросистемі стосовно до конкретних гірничо геологічних умов, підвищення якості гідророзпушування за рахунок оцінки його ефективності в процесі нагнітання води у вугільний пласт, виключають буріння додаткових контрольних свердловин Відомо, ЩО при збудженні шаруватого масиву, а в цьому випадку збудником є вода, що нагнітається у вугільний пласт під великим тиском, у кожнім його шарі виникають власні (резонансні) коливання з частотою, обернено пропорційної потужності шару Амплітуда цих коливань залежить від ступеня знеміцнення контактів шару Дослідженнями встановлено, що в процесі нагнітання у вугільному пласті утворюється підвищена тріщинуватість, що зменшує його несучу здатність В результаті породи покрівлі починають прогинатися, розвиваються міжшарові деформації, що призводять до знеміцнення контактів шарів Зміна МІЦНОСТІ шарів (підвищення ступеня ослаблення контактів) призводить до зміни амплітуд резонансних коливань Таким чином, контроль за зміною амплітуд спектра акустичного сигналу дозволяє робити висновки про ступінь розвитку міжшаровнх деформацій (ослабленні контактів), а, отже, і про зміну стану призабійної частини масиву Спосіб здійснюють таким чином У процесі буріння свердловини для гідророзпушування, акустичний сигнал реєструють сейсмоприймачем, який встановлюють на забою вугільного пласта або на породах покрівлі на відстані З - 10м від свердловини й після обробки сигналу, уточнюють положення максимуму опорного тиску і величину зони розвантаження, а по цих параметрах - довжину свердловини і глибину и герметизації Після герметизації в свердловину подають по гідросистемі воду від насосної установки Після вмикання установки протягом 2 - 3 хвилин у свердловині доводять тиск до 8 - 12Мпа, після чого починають реєструвати й обробляти акустичний сигнал Тиск у гідросистемі збільшують до максимального, при якому йде процес гідророзпушування Величина максимального тиску, як установлено практикою, у меншій мірі залежить від відстані вибою до денної поверхні, а визначається, в основному, гірничо - геологічними умовами, насамперед, МІЦНІСТЮ вугілля, ступенем його тріщинуватості, стадією метаморфізму і конфігурацією вибою Дослідженнями також встановлено, що ефек Для реєстрації акустичного сигналу в процесі нагнітання води, сейсмоприймач встановлюють на відстані 3 - 5м від свердловини, й підключають його до системи передачі сигналу на поверхню (АПСС1) Сейсмоприймач кріплять на породах покрівлі вугільного пласта таким чином, щоб при руйнуванні вугільного пласта і порід покрівлі він не 50529 був пошкоджений На поверхні акустичний сигнал з наземного блока апаратури АПСС1 передається до персонального комп'ютера, у якому його обробляють по спеціальній програмі в реальному часі Обробка сигналу полягає у швидкому перетворенні Фур'є, одержанні амплітудного спектра, нагромадженні й осередненні спектрів у рівновеликих часових інтервалах, як правило, протягом хвилини чи 30с У спектрі сигналу кожного часового інтервалу обчислюють низькочастотну складову і знаходять частоту максимуму спектра Ці параметри акустичного сигналу аналізують для контролю протікання процесу пдророзпушування й оцінки його ефективності Комп'ютер в обраних часових інтервалах видає повідомлення про характер процесу пдророзпушування Коли низькочастотна складова після досягнення максимуму зменшується протягом двох і більш інтервалів, на дисплеї виникає повідомлення про завершення активного процесу Про це оператор повідомляє гірничому майстру, що здійснює контроль за процесом пдророзпушування у вибої Якщо до цього моменту тиску гідросистемі зменшився на 30% і більше у порівнянні з максимальним, то нагнітання води у вугільний пласт припиняють Пдророзпушування вважається ефективним, якщо протягом нагнітання води в пласт частота максимуму спектра змінилася в окремих часових інтервалах на 15% і більше Якщо пдророзпушування виконане ефективно, то додатково контрольні свердловини не бурять Використання запропонованого технічного рішення дозволяє забезпечити опті - мізацію об'єму закачуваної води і тиску в гідросистемі стосовно до конкретних гірничо - геологічних умов, підвищення якості пдророзпушування за рахунок оцінки його ефективності в процесі нагнітання води у вугільній пласт, виключити буріння додаткових контрольних свердловин ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71