Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб управління станом гірничого масиву, який полягає в бурінні свердловин та нагнітанні в них розчинів, який відрізняється тим, що спочатку в кожну свердловину здійснюють нагнітання 15-30 % по масі водного розчину метиламіну, а потім розчинів, здатних змінювати в масиві свій фазовий стан.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як розчин, здатний змінювати в масиві свій фазовий стан, здійснюють нагнітання 20-45 % по масі водного розчину лігносульфонатів.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як розчин, здатний змінювати в масиві свій фазовий стан, здійснюють нагнітання 10-20 % по масі водного розчину лігносульфонатів з наступним нагнітанням 10-20 % по масі розчину вапняної суспензії.

4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як розчин, здатний змінювати в масиві свій фазовий стан, здійснюють нагнітання 10-30 %-ного розчину полімеру сечовин-формальдегідного ряду.

Текст

Реферат: Спосіб управління станом гірничого масиву полягає в бурінні свердловин та нагнітанні в них розчинів. Спочатку в кожну свердловину здійснюють нагнітання 15-30 % по масі водного розчину метиламіну, а потім розчинів, здатних змінювати в масиві свій фазовий стан. UA 118509 U (12) UA 118509 U UA 118509 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірської промисловості і може бути використана для забезпечення необхідного рівня безпеки підземного видобутку вугілля на пластах, схильних до газодинамічних явищ і гірських ударів. Відомий спосіб запобігання викидів вугілля і газу та гірничих ударів шляхом збільшення пластичних властивостей вугілля і ефекту блокування метану в тріщинувато-пористій структурі вугілля з метою підвищення безпеки ведення гірничих робіт на викидонебезпечних і ударонебезпечних пластах, що включає буріння свердловин та нагнітання в них розчинів у два етапи. На першому етапі в свердловини нагнітають 20-50 %-ний розчин лігносульфонатів, а на другому вапняну суспензію, що містить не менше 20 мас. % гідрату окису кальцію [1]. До недоліків вказаного способу можна віднести те, що нагнітання розчинів у такій послідовності не дозволить якісно провести процес гелеутворення у всій оброблюваній зоні через те, що на другому етапі нагнітання процес гелеутворення, якій почався, не дозволить подальшому проникненню вглиб пласта вапняної суспензії, що позначиться на нерівномірності обробки всієї зони пласта, призведе до недостатності збільшення пластичних властивостей вугілля і до слабкого ефекту блокування метану в тріщинувато-пористій структурі вугілля. Відомий також спосіб запобігання викидів вугілля і газу і обвалень вугілля, що включає нагнітання у вугільний пласт в режимі гідророзпушення рідких твердіючих з'єднань протягом періоду до початку затвердіння в шарі суміші основного компонента з затверджувачем, спочатку нагнітають затверджувач з поверхнево-активною речовиною, проводять контроль ефективності нагнітання по газовому фактору, а потім у розпушену привибійну зону пласта в режимі фільтрації нагнітають розчин основного компонента і при перевищенні тиску фільтрації процес нагнітання припиняють [2]. Недоліком цього способу є некерованість процесу гелеутворення і, як наслідок, нерівномірність обробки масиву, викликані неможливістю проникнення в необхідній кількості основного компонента у вже заповнені тріщини і макропори розчином затверджувача, що негативно позначиться на процесі гелеутворення і подальшому затвердінні розчину полімеру і не призведе до достатнього збільшення рівноміцності масиву. Найбільш близьким аналогом заявленої корисної моделі є спосіб запобігання динамічних явищ у порушених породах при розробці корисних копалин, що включає буріння свердловин до перетину небезпечної зони, відбір і аналіз керна, установку пакерів, нагнітання в масив антифрикційного розчину для управління умовами тертя по контакту берегів тріщин в небезпечній зоні, відрізняється тим, що спочатку в небезпечну зону бурять свердловини першої черги, потім на відстані, що забезпечує гідравлічну зв'язок з ними, бурять свердловини другої черги, розміщують у всіх свердловинах пакери, за фізико-хімічними властивостями кернового матеріалу свердловин підбирають найбільш відповідні дезінтегруючий і антифрикційний розчини, після чого при відкритих пакерах нагнітають в свердловини першої черги дезінтегруючий розчин до появи його з свердловин другої черги, а потім закривають усі пакери і витримують інтервал часу, необхідний для дезінтеграції порід, розвантаження небезпечної зони і підвищення проникності тріщин, після чого нагнітають в свердловини першої черги антифрикційний розчин, в'язкість якого на 25-30 % вище в'язкості дезінтегруючого розчину, і витісняють останній антифрикційним розчином через відкриті пакери свердловин другої черги до заповнення ним тріщин [3]. Даний спосіб не може в повній мірі вирішити поставлену задачу забезпечення безпеки ведення гірничих робіт з наступних причин: - застосовувані в способі антифрикційний і дезінтегруючий розчини мають обмежений спектр дії, вони лише розміцнюють масив і підвищують його тріщинуватість, але не дозволяють достатньою мірою знизити небезпеку розв'язування газодинамічного явища за рахунок таких факторів, як збільшення структурної однорідності масиву, переведення процесу руйнування з крихкого в більш пластичне і блокування газу; - витримування інтервалу часу, необхідного для дезінтеграції порід, розвантаження небезпечної зони і підвищення проникності тріщин збільшує час проведення робіт по реалізації способу, що, в свою чергу, знижує темпи гірничопрохідницьких робіт; - буріння додаткових свердловин, відбір і аналіз керна, установка пакерів пов'язані з додатковими витратами, які істотно здорожують вартість виконання робіт. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу управління станом вуглепородного масиву, в якому за рахунок послідовного нагнітання фізико-хімічних розчинів в свердловину досягається підвищення ефективності управління станом масиву і, як наслідок, підтримка і забезпечення необхідного рівня безпеки ведення очисних і підготовчих робіт при видобутку вугілля. 1 UA 118509 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішується тим, що в способі управління станом вуглепородного масиву, який включає буріння свердловин та нагнітання в них розчинів, згідно з корисною моделлю, спочатку в кожну свердловину здійснюють нагнітання 15-30 % по масі водного розчину метиламіну, а потім розчинів зі здатністю зміни фазового стану. Як розчини, здатні змінювати в масиві свій фазовий стан, здійснюють нагнітання: 20-45 % по масі водного розчину лігносульфонатів; 10-20 % по масі водного розчину лігносульфонатів з наступним нагнітанням 10-20 % по масі розчину вапняної суспензії; 10-30 %-ного розчину полімеру сечовинформальдегідного ряду. Нагнітання в кожну свердловину спочатку 15-30 % по масі водного розчину метиламіну призводить до ініціації в масиві таких явищ фізико-хімічної механіки як набухання і окрихчування, що дозволяє розміцнити масив і підвищити його проникність шляхом розширення системи тріщин навколо свердловини. Подальше нагнітання розчинів, здатних змінювати в масиві свій фазовий стан, запобігає розвиток основних факторів, що викликають газодинамічне явище, шляхом створення в гірському масиві систем із заданими властивостями на молекулярному рівні. Нагнітання 20-45 % по масі водного розчину лігносульфонатів призводить до ініціації в масиві таких явищ фізико-хімічної механіки, як мікроструктурна пластифікація і усадка, що знижує рівень напружень та перешкоджає бурхливу руйнацію, дозволяє блокувати метан в тріщинах і мікропорах, усуваючи тим самим небезпеку прояву газодинамічного явища по газовому фактору, а також надає пластичність масиву в околиці свердловини. Нагнітання 10-20 % по масі водного розчину лігносульфонатів з наступним нагнітанням 1020 % по масі розчину вапняної суспензії призводить до збільшення глибини проникнення розчину за рахунок зниження в'язкості основного компонента, підвищення ступеня його гелеутворення за рахунок вапняної суспензії і, як наслідок, до мікроструктурної і макроструктурної пластифікації і усадці масиву, що дозволяє розширити зону обробки і перевести його стан в безпечне за газодинамічному фактору. Нагнітання 10-30 %-ного розчину полімеру мочевин-формальдегідного ряду призводить до міжструктурної пластифікації вуглепородного середовища з наступним загальним зміцненням на макрорівні, що дозволяє змінювати до безпечної межі відносні деформації в пласті небезпечному по газодинамічним явищам, а також за рахунок щільної дії розчину підвищувати однорідність структури масиву. Таким чином, використання названих ознак призводить до підвищення ефективності управління станом масиву при добуванні корисних копалин за рахунок більш повного насичення тріщинувато-пористого вуглепородного середовища розчинами, що зміцнюють або пластифікують, і створення тим самим більш впорядкованою та однорідної структури для зниження небезпеки за газодинамічному фактору. Механізм дії вказаних ознак при реалізації способу заснований на процесах взаємодії розчинів, що нагнітаються, з вуглепородним середовищем. Ці процеси описуються законами фізико-хімічної механіки. Відомо, що всі гірські породи є дисперсними мікрогетерогенними системами з сильно розвиненою внутрішньою поверхнею розділу між рідкою і твердою фазами. Ці особливості вугілля і вміщуючих порід обумовлюють можливість управління їх властивостями і станом шляхом використання таких різних колоїдно-хімічних явищ, як набухання, усадка, пластифікація і окрихчування [4]. Враховуючи те, що вугілля належать до природно гідрофобних або природно незмочуваних матеріалів, нагнітання в них розчинів високомолекулярних сполук означає розподіл макромолекул на межі розділу фаз з утворенням суцільного, щільно упакованого адсорбційного шару. Адсорбція полімеру на поверхні вугілля відбувається наступним чином: функціональні групи полімеру, порівнянні за розмірами з діаметрами мікропор, проникають в пори і одночасно, не відриваючись від макромолекул полімеру, блокують вихід метану. Величезна макромолекула полімеру, в кількох місцях закріплюючись на активних ділянках поверхні вугілля, екранує не тільки гідрофільні, але і гідрофобні ділянки [5]. Для якісного закріплення молекула повинна мати поліфункціональність. Цій умові відповідають водорозчинні полімери і смоли. Для того, щоб процес адсорбції полімеру проходив більш ефективно, слід на першому етапі модифікувати поверхню вугілля розчинами таких речовин як метиламін, з створенням реакційних центрів, функціональні групи яких здатні зшиватися з макромолекулами полімерів і прискорювати утворення міцної хемосорбційної плівки на межі розділу фаз. Подальше знаходження метану у блокованому стані залежить не від товщини полімерного шару, а від величини адгезії адсорбційного шару на межі розділу фаз, тобто від величини енергії зв'язку вугілля - полімер. При цьому розчин метиламіну сприяє 2 UA 118509 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 внутрішньоструктурному набуханню вугілля, що викликає напруження, достатні для його руйнування. Це призводить до збільшення вже існуючих і утворення нових тріщин в масиві. І після чого, на другому етапі в пласт здійснюють нагнітання розчинів полімерів, здатних змінювати свій фазовий стан. При використанні на цьому етапі розчинів лігносульфонатів в перехідні пори і в мікропори вугілля всмоктується вода і, адсорбуючись на полярних функціональних групах вугілля, викликає внутрішньоструктурну пластифікацію, а макромолекули лігносульфонатів та їх агрегати внаслідок свого великого розміру не можуть проникнути в мікропори. Вони концентруються в тріщинах і макропорах, значно збільшуючи свою в'язкість, що викликає міжструктурну пластифікацію і, в цілому, веде до збільшення пластичності вугілля і зменшення ймовірності розв'язування газодинамічного явища. Механізм дії розчинів лігносульфонатів з наступним нагнітанням розчину вапняної суспензії аналогічний наведеному вище. Застосування вапняної суспензії ініціює процес переходу золя (розчину) лігносульфонату в в'язкий гель, якій блокує метан, збільшує пластичність середовища і перешкоджає переходу потенційної енергії стисненого газу в кінетичну енергію газодинамічного явища. Дія розчину полімеру сечовин-формальдегідного ряду починається після насичення оброблюваної зони вугільного пласта, де він твердне, перекриваючи гирла мікропор і заповнюючи об'єм макропор і тріщин твердим безусадковим продуктом низькою газопроникності. Утворюється адгезійний зв'язок, що утримує твердий продукт в займаному обсязі. При цьому фазовий перехід супроводжується зшиванням молекул з включенням метану і вугільного пилу як наповнювачів в твердий продукт, якій блокує основний сорбційний об'єм і всі фільтраційні шляхи, наслідком чого є зменшення газовиділення при руйнуванні вугільного пласту. Ізоляція окремих блоків вугілля і заповнення пластових тріщин і порожнеч виключають перетікання газу з периферії в оброблену зону, надають вугільному пласту властивість рівноміцності і сприяють зниженню ймовірності розв'язування газодинамічного явища. Ступінь блокування метану і зниження газодинамічної небезпеки при застосуванні полімерних розчинів багато в чому залежить від проникаючої здатності останніх, а отже, від виду розчину і його концентрації. Це пред'являє певні вимоги до рідин для фізико-хімічного впливу на вугільні пласти. Зазначені межі концентрації водного розчину метиламіну (15-30 %) обумовлені утворенням реакційних центрів у вугіллі. Верхня і нижня межі визначають пороги початку і закінчення процесу зародження реакційних центрів у вигляді функціональних груп, здатних зшиватися з макромолекулами полімерів на межі розділу фаз. Межі концентрації водного розчину лігносульфонатів (20-45 %) визначаються з умов зміни їх в'язкості. Нижня межа зумовлена обмеженням реакційної здатності, а верхня значним збільшенням в'язкості, що позначається на проникаючій здатності розчину. Більш низькі межі концентрації водного розчину лігносульфонатів (10-20 %) зумовлені подальшою його взаємодією з каталізатором гелеутворення (вапняною суспензією), межі концентрації якої (10-20 %) визначаються здатністю більш глибокого її проникнення в тріщинувато-пористу структуру вугілля і якістю утворення гелю. Межі концентрації розчину полімеру сечовин-формальдегідного ряду (10-30 %) визначаються величиною в'язкості, що впливає на проникнення розчину в масив і якість утворення твердого безусадкового продукту. Пропонований спосіб здійснюється наступним чином. При проходці підготовчих виробок або видобутку вугілля в масиві визначають зони нестійких гірських порід, небезпечні за газодинамічним явищам або зони з підвищеною сейсмоакустичною активністю. На безпечному стані при підході до цих зон у вугільний пласт бурять свердловини. Відстань між свердловинами визначається щільністю і в'язкістю розчину, що нагнітається, з умови забезпечення гідравлічної зв'язку між ними. Свердловини по черзі герметизують і нагнітають в пласт водний розчин, що містить 15-30 мас. % метиламіну в кількості 10 л на тонну вугілля до появи ознак розчину в сусідній свердловині. Після цього вимикають насос, перемикають високонапірний шланг з ємності, що містить метиламін, на ємність з іншим розчином, здатним змінювати свій фазовий стан, з подальшою обробкою їм масиву. Другий етап нагнітання здійснюють з розрахунку 20 л на тонну вугілля до появи ознак розчину в сусідній свердловині. Згідно з другим варіантом способу при розкритті пласта підготовчими виробками свердловини бурять з таким розрахунком, щоб вони перетинали пласт за 4 метри від контуру майбутньої виробки. Після обробки метиламіном на другому етапі роблять нагнітання 20-45 % по масі водного розчину лігносульфонатів. В результаті такого впливу відбувається блокування 3 UA 118509 U 5 10 15 20 25 30 35 40 метану в масиві за рахунок збільшення в'язкості розчину і підвищення пластичних властивостей вугілля, що виключає можливість катастрофічно швидкого руйнування вугілля і знижує вірогідність розв'язування газодинамічного явища. Згідно з третім варіантом способу при проведенні штреку глибина буріння становить 5 м, глибина герметизації 3 м від вибою. Після обробки метиламіном на другому етапі роблять нагнітання 10-20 % по масі водного розчину лігносульфонатів з наступним нагнітанням 10-20 % по масі розчину вапняної суспензії. В результаті такого впливу відбувається блокування метану в масиві за рахунок інтенсивного гелеутворення і значне зростання рівня пластифікації вугілля, що перешкоджає переходу потенційної енергії стисненого газу в кінетичну енергію газодинамічного явища. Згідно з четвертим варіантом способу при проведенні виробок в зонах нестійких гірських порід і геологічних порушень довжина свердловин становить 6-11 м, глибина герметизації - 4-8 м. Після обробки метиламіном на другому етапі роблять нагнітання 10-30 %-ного розчину полімеру сечовин-формальдегідного ряду. В результаті такого впливу відбувається блокування метану в масиві за рахунок утворення в ньому твердого безусадкового продукту і створення рівноміцної однорідної структури, що підвищує стійкість порід і безпеку ведення гірських робіт. Перевага запропонованого способу у порівнянні з відомими полягає в тому, що використання запропонованої схеми обробки призводить до цілеспрямованої зміни властивостей газонасиченого вугільного масиву за рахунок створення в ньому систем фізикохімічної механіки на основі таких явищ як набухання-пластифікація, усадка-окрихчування. Заповнення пустот пластифікаторами з модулем пружності (еластичності), набагато меншим, ніж у твердої фази надає вугіллю властивості однорідного композиту, що сприяє зупинці розвитку і розгалуження тріщин, переведення підведеної енергії з процесу крихкого руйнування на процес пластичного деформування, а значить і зниження ймовірності виникнення небезпечних газодинамічних явищ. Джерела інформації: 1. А.с. 1222851 SU, E21F 5/00. Способ предотвращения выбросов угля и газа и горных ударов: Ин-т геотехн. мех. АН УССР /Потураев В.Н, Забигайло В.Е., Репка В.В., Рыжов Г.А. № 3625006/22-03; заявл. 04.05.1983; опубл. 07.04.1986, Бюл. № 13. 2. А.с. 1564363 SU, E21F 5/00. Способ предотвращения выбросов угля и газа и обрушений угля: Ин-т геотехн. мех. АН УССР и Гос. МакНИИ по безопас. работ в горной пром-ти /Репка В.В., Бобров А.И., Вайнштейн Л.А. и др. - 4451255/23-03; заявл. 05.07.1988; опубл. 15.05.1990, Бюл. № 18. 3. Пат. 2201508 Рос. Федерации. E21F 5/00. Способ предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых: Институт горного дела - Научноисследовательское учреждение СО РАН /Фрейдин A.M., Усков В.А., Кю Н.Г., Чернов О.И. - № 2001108221/03; заявл. 26.03.2001; опубл. 27.03.2003 Бюл. № 07/2006 4. Репка В.В. Прикладная физико-химическая механика углепородных массивов /В.В. Репка. - Киев: Наук, думка, 1991. - 140 с. 5. Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений /Н.К. Барамбойм. - М: Химия, 1978. - 383 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Спосіб управління станом гірничого масиву, який полягає в бурінні свердловин та нагнітанні в них розчинів, який відрізняється тим, що спочатку в кожну свердловину здійснюють нагнітання 15-30 % по масі водного розчину метиламіну, а потім розчинів, здатних змінювати в масиві свій фазовий стан. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як розчин, здатний змінювати в масиві свій фазовий стан, здійснюють нагнітання 20-45 % по масі водного розчину лігносульфонатів. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як розчин, здатний змінювати в масиві свій фазовий стан, здійснюють нагнітання 10-20 % по масі водного розчину лігносульфонатів з наступним нагнітанням 10-20 % по масі розчину вапняної суспензії. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як розчин, здатний змінювати в масиві свій фазовий стан, здійснюють нагнітання 10-30 %-ного розчину полімеру сечовинформальдегідного ряду. 4 UA 118509 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5

Дивитися

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: E21F 5/00, C04B 28/00, E21F 15/00

Мітки: станом, управління, гірничого, масиву, спосіб

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/7-118509-sposib-upravlinnya-stanom-girnichogo-masivu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб управління станом гірничого масиву</a>

Подібні патенти