способ разрыхления массива

Формула изобретения

1. Способ разрыхления массива, включающий бурение скважин или шпуров, ввод в них разрушающего материала и инициирование разрушающей работы последнего, отличающийся тем, что в качестве разрушающего материала используют жидкий диоксид углерода, которым пропитывают массив, подлежащий разрыхлению, а разрушающую работу жидкого диоксида углерода инициируют подогревом его до температуры фазового перехода в газообразное состояние, для чего в скважины подают горячие газы, предварительно разместив в них герметизаторы, исключающие утечку газа из скважины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пропитку массива жидким диоксидом углерода ведут с напором, не превышающим давления гидроразрыва материала, слагающего массив.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в жидкий диоксид углерода вводят расклинивающие агенты, например тонкодисперсный материал, твердость которого соответствует твердости материала, слагающего массив.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве горячих газов используют газообразные продукты сжигания углеродсодержащих материалов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для снижения прочности угля в процессах его технологической подготовки к отработке.

Известен способ разрыхления массива, включающий его обуривание скважинами или шпурами, заряжание взрывчатыми веществами и проведение буровзрывных работ (см. кн.: Магойченков М.А. и др. Мастер-взрывник., М., Недра, 1975, с.189).

Недостатками этого решения являются его ограниченность по условиям применения и низкий уровень безопасности.

Известен также способ разрыхления массива, включающий бурение скважин или шпуров, ввод в них разрушающего материала и инициирование разрушающей работы последнего (см. кн.: Магойченков М.А. и др. Мастер-взрывник., М., Недра, 1975, с.257-258).

В процессе используют патроны типа или гидрокс, или аэрдокс.

Недостаток этого решения - невысокая технологичность процесса и эффективность разрушения массива (в связи с ограниченностью размера патронов, обуславливающей локальность разрушающего эффекта, который локализуется участком, на котором размещается сам патрон), а также сложность использования способа при скважинной отработке с поверхности.

Задача, на решение которой направлено заявляемое решение, выражается в обеспечении технологичности способа разрыхления и повышении эффективности разрушения массива.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что обеспечивается возможность реализации высокопроизводительной технологии разрыхления больших объемов массивов полезного ископаемого.

Для решения поставленной задачи способ разрыхления массива, включающий бурение скважин или шпуров, ввод в них разрушающего материала и инициирование разрушающей работы последнего отличается тем, что в качестве разрушающего материала используют жидкий диоксид углерода, которым пропитывают массив подлежащий разрыхлению, а разрушающую работу жидкого диоксида углерода инициируют подогревом его до температуры фазового перехода в газообразное состояние, для чего в скважины подают горячие газы, предварительно разместив в них герметизаторы, исключающие утечку газа из скважины. При этом пропитку массива жидким диоксидом углерода ведут с напором, не превышающим давления гидроразрыва материала, слагающего массив. Кроме того, в жидкий диоксид углерода вводят расклинивающие агенты, например тонкодисперсный материал, твердость которого соответствует твердости материала, слагающего массив. Кроме того, в качестве горячих газов используют газообразные продукты сжигания углеродсодержащих материалов.

Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков заявляемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак "...в качестве разрушающего материала используют жидкий диоксид углерода, которым пропитывают массив, подлежащий разрушению..." исключает возможность водонасыщения массива полезного ископаемого, кроме того, используемое вещество легко конвертировать (восстановить) до горючего газа.

Признак "...разрушающую работу жидкого диоксида углерода инициируют подогревом его до температуры фазового перехода в газообразное состояние, для чего в скважины подают горячие газы, предварительно разместив в них герметизаторы, исключающие утечку газа из скважины..." обеспечивает повышение давления до уровня, превышающего давление гидроразрыва материала и тем самым рост интенсивности трещинообразования в обрабатываемом массиве за счет фазового перехода диоксида углерода из жидкого в газообразное состояние.

При этом совокупность отличительных признаков второго пункта формулы изобретения обеспечивает повышение экономичности процесса разрыхления, поскольку снижает требования к нагнетательному оборудованию.

Совокупность отличительных признаков третьего пункта формулы изобретения повышает эффективность процесса разрыхления, поскольку исключает "склеивание" стенок трещин после снятия давления (перед вводом горячего газа).

Отличительные признаки четвертого пункта формулы изобретения повышают общую эффективность процесса разрыхления, поскольку позволяют утилизировать газообразные продукты сжигания горючих материалов, в том числе отходящих газов - продуктов процесса газификации и газа, получаемого из дегазируемого массива. Кроме того, обеспечивается постоянное «производство» диоксида углерода.

Заявленное изобретение рассматривается на примере разрыва угольного пласта.

На фиг.1 схематически показан разрез через участок массива, подвергнутый разрыхлению на первом этапе работы (подача жидкого СО₂); на фиг.2 схематически показан разрез через участок массива, подвергнутый разрыхлению на втором этапе работы (превращение жидкого CO₂ в газ).

На чертежах показаны скважина (шпур) 1, в которой проводится разрыхление прилежащего массива угля, скважина 2, в которой проводится газификация угля, пласт угля 3, источник 4 газообразного CO₂, источник 5 жидкого CO₂ , питатель 6 жидкости для гидроразрыва, теплогенератор 7, герметизатор 8, область 9 повышенной трещиноватости и газопроницаемости. Кроме того, стрелками показано движение газообразных и жидких продуктов в процессе реализации способа.

Заявленный способ целесообразно использовать на станциях подземной газификации, что позволяет отбирать для реализации способа диоксид углерода, содержащийся в отходящих газах с подземных газогенераторов, работающих на станции.

В качестве источника 5 жидкого CO₂ используют установку сжижения CO₂ (известной конструкции), подключенную к источнику 4 газообразного CO₂ (известной конструкции), в качестве которого может использоваться известная установка для разделения газовых продуктов процесса газификации, обеспечивающая отделение CO₂, от остальных отходящих газов, забираемых из скважины газификации 2.

В качестве питателя 6 жидкости для гидроразрыва используют герметичные смесители с термостатированными охлаждаемыми емкостями, обеспечивающие производство взвеси из дисперсного материала, обладающего плавучестью в жидкости CO₂ (это может быть древесная мука или дисперсный сухой лед).

В качестве теплогенератора 7 используют газотурбинную установку, сжигающую получаемый газ (продукт газификации) с выработкой пара или электроэнергии.

Способ осуществляют следующим образом.

Бурят скважины с поверхности до залежи угля, которые оборудуют известным образом. Нагнетание взвеси, содержащей жидкий диоксид углерода и не растворимый в ней тонкодисперсный материал, например, древесную муку, производят в скважину 1 под давлением, не превышающим давления гидроразрыва материала слагающего массив (фактически - до 2,5-30 МПа) в установленном режиме. Затем скважину перекрывают герметизатором 8, в качестве которого используют пакер известной конструкции, обеспечивающий возможность подачи через него горячего газа (дымовых газов теплогенератора 7) и осуществляют подачу названного газа. Вследствие разогрева до температуры фазового перехода жидкий CO₂ переходит в газообразное состояние, что приводит к резкому росту давления в скважине и естественных трещинах массива, заполненных жидким CO₂. Это в свою очередь приводит соответственно к разрушению угольного массива.

Описанное воздействие при необходимости повторяется многократно. Тем самым, вокруг скважины 1 формируется область 9 повышенной трещиноватости и газопроницаемости, разгруженная от горного давления. При этом названная область развивается во времени и распространяется в глубь массива, т.е. происходит его самоподдерживающееся разрушение.

Массив угля после проведения работ по его разрыхлению представляет из себя структуру, содержащую густую сеть раскрытых трещин, что обеспечивает эффективную дегазацию массива или (при последующем использовании традиционных схем и технологий разработки) снижает энергоемкость процесса выемки угля.