×
19.10.2018
218.016.946f

Способ ориентированного разрыва горных пород

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к горному делу и может быть применено для формирования в породных массивах систем взаимосвязанных сплошных трещин нужных размеров и форм, обеспечивающих создание в породном массиве непротекающих емкостей, повышающих эффективность скважинно-щелевых технологий добычи полезных ископаемых, например выщелачивания меди или урана. Способ включает бурение скважин, формирование трещин разрывом горных пород флюидом, заполнение трещин гидроизоляционным материалом. Трещины формируют между скважинами, используемыми в качестве направляющих фронтов и ограничителей границ трещин. Трещины формируют таким образом, что они образуют в породном массиве непротекающие емкости. Технический результат заключается в уменьшении влияния свойств горных пород и НДС породного массива на создание внутри него непротекающих емкостей заданных размеров и форм. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для формирования в породных массивах систем взаимосвязанных сплошных трещин нужных размеров и форм, обеспечивающих создание в породном массиве непротекающих емкостей, повышающих эффективность скважинно-щелевых технологий добычи полезных ископаемых, например, выщелачивания меди или урана.

Известен способ ориентированного разрыва горных пород по авторскому свидетельству СССР №1535992, кл. Е21В 43/26, Е21С 41/18, опубл. в БИ №2, 1990 г. Он включает бурение инициирующих скважин в направлении распространения трещин, создание в скважинах инициирующих полостей, герметизацию этих полостей и формирование трещины гидроразрыва пород нагнетанием в них жидкости. Бурят дополнительные скважины в пределах распространения проектируемой трещины гидроразрыва на расстоянии от предыдущей скважины, определяемом из установленной зависимости. Дополнительные скважины герметизируют до проектируемой трещины гидроразрыва и нагнетают в них жидкость под давлением ниже давления гидроразрыва. Затем после образования трещины гидроразрыва в инициирующей скважине ее прохождение в дополнительной скважине фиксируют по изменению давления жидкости в этой скважине, после чего формируют трещину гидроразрыва в дополнительной скважине увеличением давления жидкости в ней до давления гидроразрыва.

Общими признаками аналога с предлагаемым решением являются: бурение скважин; разрыв горной породы флюидом; формирование трещин.

Способ не предусматривает создания в породном массиве непротекающих емкостей, способных удерживать в заданной области растворители и растворы, используемые, например, для выщелачивания меди или урана. Его использование в скважинно-щелевых технологиях добычи полезных ископаемых выщелачиванием приводит к большому расходу растворителей за счет их неконтролируемой фильтрации в породный массив и поэтому неэффективно.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ ориентированного гидроразрыва горных пород по патенту РФ №2441149, кл. Е21В 43/16, опубл. 27.01.2012 г., включающий бурение инициирующих скважин, создание в них инициирующих полостей, герметизацию этих полостей и формирование трещин гидроразрыва горных пород нагнетанием в них жидкости. Вначале формируют первую трещину, сплошную горизонтальную, а затем под ней формируют вторую трещину, сплошную горизонтальную, которую затем развивают до выхода ее поверхностей на нижнюю поверхность первой трещины. После этого вторую трещину заполняют гидроизоляционным материалом.

Общими признаками прототипа с заявляемым решением являются: бурение скважин; формирование трещин разрывом горных пород флюидом; заполнение трещин гидроизоляционным материалом.

Этот способ основан на известной из механики горных пород особенности, заключающейся в стремлении фронта трещины развиваться в направлении максимального значения сжимающего поля напряжений. Поэтому размеры и форма формируемой с его использованием трещины существенно зависят не только от искусственного поля напряжений, обусловленного предварительно созданной трещиной с поданным в нее флюидом под давлением, но и от естественного напряженно-деформированного состояния (НДС) породного массива, а также свойств горных пород. Создаваемые изолирующие прослойки в виде заполненных гидроизоляционным материалом трещин имеют эллиптическую поверхность, что усложняет их размещение в породном массиве таким образом, чтобы равномерно или селективно обрабатывать все участки залежи в зависимости от процентного содержания в них полезного ископаемого. Придавать же указанным прослойкам заданную форму (кроме эллиптической формы) не представляется возможным. Все это обуславливает сравнительно низкую эффективность способа.

Решаемая проблема заключается в повышении эффективности ориентированного разрыва горных пород за счет уменьшения влияния свойств горных пород и НДС породного массива на создание внутри него непротекающих емкостей заданных размеров и форм.

Проблема решается тем, что в способе ориентированного разрыва горных пород, включающем бурение скважин, формирование трещин разрывом горных пород флюидом, заполнение трещин гидроизоляционным материалом, согласно техническому решению трещины формируют между скважинами, используемыми в качестве направляющих фронтов и ограничителей границ трещин, при этом трещины формируют таким образом, что они образуют в породном массиве непротекающие емкости.

Способ основан на использовании сочетания выявленных из результатов исследований следующих особенностей разрывов горных пород различными флюидами через скважины, пройденные в породных массивах:

1. Известно, что трещина в сплошной однородной среде развивается в плоскости растягивающих напряжений. При разрыве горной породы флюидом плоскость растягивающих напряжений создается самой трещиной за счет давления на ее поверхности нагнетаемого флюида. По линии (границе) смыкания поверхностей трещины концентрируются напряжения. Значения этих напряжения определяются радиусом кривизны сопряжения поверхностей трещины. С ростом указанного радиуса значения напряжений на границе трещины снижаются. Эту особенность используют на практике для прекращения роста трещины в плоских изделиях образованием перед вершиной трещины круглого отверстия. Однако, в отличие от отверстия в плоском изделии (пластине), в предлагаемом способе скважину используют не для прекращения роста трещины, а для продолжения ее развития в заданном направлении. Например, если между двумя параллельными скважинами образовать трещину и нагнетать в нее флюид под давлением, то трещина будет развиваться между скважинами. Часть границы трещины, которая способна перемещаться или перемещается, принято называть фронтом трещины. Таким образом, в приведенном примере параллельные скважины являются направляющими фронта трещины. При этом указанные скважины являются не только направляющими фронта трещины, но и ограничивают ее развитие за пределами траекторий их прохождения. Обусловлено это тем, что поверхности скважины для трещины представляют собой свободные поверхности, далее которых трещине развиваться некуда. В результате, в отличие от прототипа, характер развития формируемой трещины определяется траекториями скважин и сравнительно слабо зависит от НДС породного массива и свойств горных пород. Следует отметить, что трещину, используя скважины в качестве направляющих ее фронта, можно развивать в пределах скважин практически неограниченно. При этом скважины могут быть и не параллельными. Главным условием возможности использования скважин в качестве направляющих фронта трещины является их расположение в одной плоскости.

2. Из одной скважины при соблюдении определенных известных условий ее герметизации можно формировать несколько трещин (например, две) с различной ориентацией. Поэтому, если уже имеется одна трещина, сформированная между первой и второй скважинами указанным выше способом, то после прохождения третьей скважины в плоскости расположения одной из первых двух скважин можно сформировать еще одну трещину аналогичным образом, например, если пробурить третью скважину таким образом, что она окажется в одной плоскости со второй скважиной. Тогда между третьей и второй скважинами можно сформировать вторую трещину (указанным способом). В таком случае первая и вторая трещины окажутся сопряженными (имеющими общую границу) по линии расположения второй скважины. Размеры и формы формируемых трещин в основном оцениваются траекториями пройденных скважин и количеством поданного в каждую из трещин флюида. Создавая трещины нужных размеров и формы и смыкая их по заданным линиям (скважинам), можно образовывать различные пространственные фигуры, поверхностями которых будут сформированные трещины.

3. Чтобы создать непротекающие для растворителей и растворов емкости, сформированные трещины, образующие пространственные фигуры, заполняют гидроизоляционным материалом, например, таким, какой используют в прототипе.

Сочетанием всех признаков технического решения достигается повышение эффективности способа, принятого в качестве прототипа, за счет снижения влияния свойств горных пород и НДС породного массива на создание внутри него непротекающих емкостей заданных размеров и форм.

Целесообразно в качестве флюида использовать неньютоновскую жидкость, например, пластичное вещество типа пластилина. В условиях высокой проницаемости горных пород, обусловленной наличием значительного числа микротрещин, флюид с низкой вязкостью, например, жидкость, может проникать в естественные трещины и развивать их. В результате вместо сплошного разрыва могут возникать системы трещин, образующих извилистые каналы, по которым флюид с низкой вязкостью будет обтекать незатронутые участки породного массива, из-за чего осуществлять полную гидроизоляцию заданной области не представляется возможным. Горную породу с большим содержанием микротрещин предложено разрывать пластичным веществом типа пластилина. Пластичное вещество проникает в формируемую трещину с большим сопротивлением, из-за чего максимально раздвигает ее поверхности и закупоривает микротрещины. Кроме этого, множество пластичных веществ относится к гидроизоляционным материалам, что позволяет совмещать операции по формированию трещин и гидроизоляции участков породного массива. Все это повышает эффективность способа.

Целесообразно в качестве гидроизоляционного материала использовать вещество, которое в трещинах отвердевает и становится эластичным. Это в случае сдвижения участков породного массива, обусловленного технологией ведения горных работ, позволяет деформироваться стенкам созданных емкостей без образования в них отверстий, через которые могут утекать растворы, что повышает эффективность способа из-за снижения их потерь.

Целесообразно использовать флюид, который проявляет свойство пластичного вещества во время разрыва горной породы, а после проникновения в трещины отвердевает и становится эластичным. Это позволяет совмещать операции по формированию трещин и подачу в них гидроизоляционного материала заданного свойства, что упрощает реализацию способа и, следовательно, повышает его эффективность.

Целесообразно разрыв горной породы осуществлять вытеснением флюида из скважин в формируемые трещины. Это обеспечивает подачу пластичного вещества в формируемые трещины без использования высоконапорных установок и снижение затрат энергии на продавливание его через сравнительно длинные трубопроводы, что повышает эффективность способа путем снижения себестоимости работ по формированию трещин.

Сущность технического решения поясняется примером конкретной реализации способа ориентированного разрыва горных пород и чертежами.

На фиг. 1 показана схема формирования трещины между двумя скважинами; на фиг. 2 - схема формирования четырех сопряженных трещин, образующих пространственную фигуру с прямоугольным поперечным сечением; на фиг. 3 - схема создания непротекающей емкости.

Способ реализуют следующим образом.

В породном массиве (фиг. 1) бурят скважины 1 и 2. Формируют трещину 3 разрывом горных пород флюидом и заполняют ее гидроизоляционным материалом 4 (далее - материал 4). Трещину 3 формируют между скважинами 1 и 2, используемыми в качестве направляющих фронтов и ограничителей границ трещины 3. Это возможно благодаря тому, что стенки скважин 1 и 2 для трещины 3 являются свободными поверхностями, далее которых трещине 3 развиваться некуда. Затем указанным выше путем формируют множество трещин таким образом, что они образуют в породном массиве непротекающую емкость, например, следующей последовательностью действий. Проходят третью скважину 5 (фиг. 2) таким образом, что она оказывается в одной плоскости со скважиной 1. Между скважинами 1 и 5 создают вторую трещину 6. После этого проходят еще одну скважину 7 таким образом, что она имеет общие со скважинами 5 и 2 плоскости. Далее создают еще две трещины 8 и 9 между скважинами соответственно 2 и 7, 5 и 7. Для окончательного образования в породном массиве непротекающей емкости формируют еще одну трещину 10 (фиг. 3), которую сопрягают с трещинами 3, 6, 8, 9 и, как правило, располагают в горизонтальной плоскости, например, следующим образом. Между трещинами 3, 6, 8, 9 проходят скважину 11, в забойной зоне которой известным способом формируют поперечную трещину 10 до ее сопряжения с трещинами 3, 6, 8 и 9 и заполняют материалом 4. Затем выше трещины 10 создают трещину 12, которую используют в качестве коллектора для облегчения начала извлечения из области выщелачивания через скважину 11 растворов меди или урана. Подачу растворителей в область выщелачивания осуществляют через скважину 13. В качестве флюида можно использовать неньютоновскую жидкость, например, пластичное вещество типа пластилина. В качестве материала 4 можно использовать вещество, которое в трещинах отвердевает и становится эластичным, например, смесь эпоксидной смолы, отвердителя и пластификатора, Можно использовать флюид, который проявляет свойство пластичного вещества во время разрыва горной породы, а после проникновения в трещины отвердевает и становится эластичным, например, смесь эпоксидной шпаклевки, отвердителя и пластификатора. Разрыв горной породы можно осуществлять вытеснением флюида из скважин 1, 2, 5, 7 в формируемые трещины 3, 6, 8, 9. Для этого скважины, например, 1 и 2 (фиг. 1) заполняют материалом 4. Затем в скважины 1 и 2 подают цилиндры 14, которые используют в качестве поршней, и наносят по ним удары, например, падающими штангами 15. Отметим, что начальные трещины с требуемой ориентацией, которые затем развивают с использованием предлагаемого технического решения, создают известными способами, например, представленными в прототипе. Стрелками на фиг. 3 показаны направления течения растворителей (скважина 13) и растворов (скважина 11).

На фиг. 1, 3 для облегчения пояснения сути идеи создания непротекающих емкостей внутри породных массивов представлены схемы простейших вариантов реализации предлагаемого способа с максимальным использованием известных средств разрыва горных пород. Вместе с этим в большинстве случаев предполагается использовать различное сочетание множества вертикальных и горизонтальных скважин со сформированными между ними трещинами, заполненными материалом 4. Для скважин с произвольной ориентацией предполагается материал 4 вытеснять в формируемые трещины известными погружными ударными машинами, например, используемыми для ударно-поворотного бурения скважин с отключенными механизмами вращения рабочих органов. Следует отметить, что зону проводимого разрыва горной породы предполагается ограничивать не только скважинами 1, 2, 5, 7, но и формируемыми трещинами 3, 6, 8, 9.

Выбор материала 4 следует осуществлять с учетом экономической целесообразности его использования. Во многих случаях формирование трещин с одновременным их заполнением осуществляют доступными и сравнительно дешевыми веществами, обладающими свойством герметика, например, битумом. Подобные вещества забивают имеющиеся на контактирующей с ними поверхности микротрещины и поры, образуя непроницаемую податливую прослойку. Отметим, что пластичность (вязкость) твердого битума можно изменять в больших пределах, например, добавлением в него отработанных трансмиссионных масел.

Предлагаемый способ повышает эффективность существующих скважинно-щелевых технологий добычи металлов, а также способствует развитию нетрадиционных принципов разработки полезных ископаемых без строительства шахт и рудников.


Способ ориентированного разрыва горных пород
Способ ориентированного разрыва горных пород
Способ ориентированного разрыва горных пород
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 79.
10.06.2013
№216.012.492a

Рабочее колесо осевого вентилятора

Изобретение относится к вентиляторостроению, а именно к осевым турбомашинам, и может быть использовано в осевых вентиляторах для проветривания шахт, рудников и метрополитенов. Рабочее колесо осевого вентилятора содержит ступицу, втулку, диски, которыми втулка соединена со ступицей, лопатки с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484310
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.08.2013
№216.012.60d6

Установка для импульсного воздействия на продуктивный пласт

Изобретение относится к области интенсификации добычи нефти сейсмическими воздействиями на месторождениях, эксплуатируемых скважинным способом. Установка включает колонну насосно-компрессорных труб с присоединенным к ней цилиндром и размещенный в цилиндре плунжер со сквозным внутренним каналом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490422
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.65d8

Электропривод возвратно-поступательного движения импульсного виброисточника

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться в качестве привода импульсных виброисточников для сейсморазведки. Техническим результатом является упрощение конструкции линейного электромагнитного двигателя, обеспечение устойчивости его рабочих циклов, исключение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491709
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.06.2014
№216.012.d66b

Способ дегазации угольного пласта

Изобретение относится к горному делу, используется для предварительной и текущей дегазации угольных пластов в шахтах III категории и сверхкатегорных по газу, а также опасных по внезапным выбросам угля и газа. Техническим результатом является интенсификация газоотдачи угольного пласта. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520669
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.07.2014
№216.012.dd0b

Способ прогноза разрушения участка массива горных пород

Изобретение относится к горному делу, используется для прогноза и контроля разрушения массивов горных пород при изменении их напряженно-деформированного состояния. Технический результат - получение дополнительной информации о состоянии участка массива и детализация процесса его разрушения во...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522365
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.dfe5

Стенд для исследования электромагнитного излучения твердого тела, например блока горной породы в породном массиве

Изобретение относится к горному делу и может использоваться для исследования электромагнитного излучения (ЭМИ) горных пород при их разрушении. Стенд содержит электромагнитный экран, систему регистрации, нагрузочное устройство, выполненное в виде трубки с внутренней резьбой и вкрученным в нее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523103
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.09.2014
№216.012.f5c9

Способ разрушения горных пород и устройство для его осуществления

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для отбойки блоков от массива, проходки дорог в гористой местности, добычи строительного камня и кристаллического сырья. Способ включает бурение шпура, заполнение его неньютоновской жидкостью, подачу в шпур рабочего органа,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528754
Дата охранного документа: 20.09.2014
10.12.2014
№216.013.0f39

Буровая коронка

Изобретение относится к горному делу и строительству, а именно к буровым инструментам, предназначенным для бурения скважин ударно-вращательным способом, и может быть использовано при бурении скважин в крепких горных породах. Буровая коронка содержит корпус с центральным и боковыми каналами для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535314
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0f3b

Устройство для забивания стрежневого элемента в грунт

Изобретение относится к горной и строительной технике, применяется для забивания вертикальных стальных труб и при бестраншейной прокладке трубопровода для забивания труб-кожухов в грунт. Устройство содержит основной ударный узел, установленный в отверстии переходного элемента, а также как...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535316
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0fa9

Устройство ударного действия

Изобретение относится к пневматическим устройствам ударного действия. Устройство содержит корпус с отверстиями, установленный в корпусе ударник с продольным каналом, камеры прямого и обратного хода, канал для подачи сжатого воздуха в камеру обратного хода, систему выхлопа и упругое кольцо....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535426
Дата охранного документа: 10.12.2014
Показаны записи 1-10 из 20.
20.07.2014
№216.012.dfe5

Стенд для исследования электромагнитного излучения твердого тела, например блока горной породы в породном массиве

Изобретение относится к горному делу и может использоваться для исследования электромагнитного излучения (ЭМИ) горных пород при их разрушении. Стенд содержит электромагнитный экран, систему регистрации, нагрузочное устройство, выполненное в виде трубки с внутренней резьбой и вкрученным в нее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523103
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.09.2014
№216.012.f5c9

Способ разрушения горных пород и устройство для его осуществления

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для отбойки блоков от массива, проходки дорог в гористой местности, добычи строительного камня и кристаллического сырья. Способ включает бурение шпура, заполнение его неньютоновской жидкостью, подачу в шпур рабочего органа,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528754
Дата охранного документа: 20.09.2014
10.04.2015
№216.013.3cb2

Способ укрепления грунта и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к строительству, в частности к упрочнению оснований под фундаменты зданий и сооружений путем уплотнения грунта, а также к формированию свай. Способ включает образование скважины, размещение в ней растягивающейся герметичной оболочки и подачу уплотняющего вещества. Скважину...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547026
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.43e7

Способ возведения колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта

Изобретение относится к строительству. Для возведения колодца для добывания воды из водоносного слоя грунта проходят скважину до проектной глубины, обустраивают грунтовый фильтр из фильтрационного материала и устанавливают в скважине насос. Скважину проходят упором в ее забой перфорированной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548881
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.08.2015
№216.013.698c

Анкер (варианты)

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для крепления горных выработок. Техническим результатом является повышение надежности установки анкера и снижение трудоемкости его подготовки к установке в скважине. Предложен анкер, содержащий деформируемую трубу, заполненную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558573
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6a9c

Скважинное устройство для образования направленных трещин

Изобретение относится к горному делу и используется для отработки технологии добычи ценного кристаллического сырья и природного камня, разборки завалов и сооружений, дробления негабаритов, проведения физического моделирования процессов разрушения горных пород. Технический результат - снижение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558845
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.03.2016
№216.014.cad8

Электрическая модель пласта

Изобретение относится к научным моделям в геологии и предназначено для выявления зависимостей напряженно-деформированного состояния пластов, например угольных, от различных их геометрических и физических характеристик, условий залегания и технологий отработки. Технический результат - создание в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002577223
Дата охранного документа: 10.03.2016
27.03.2016
№216.014.dc99

Устройство для разрыва горных пород пластичным веществом

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для отбойки блоков от массива, проходки дорог в гористой местности, добычи строительного камня и кристаллического сырья. Устройство включает рабочий орган в виде поршня, размещенный в шпуре, заполненном пластичным веществом, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579040
Дата охранного документа: 27.03.2016
27.04.2016
№216.015.392c

Способ волнового воздействия на залежь и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к горному делу и может быть использована для волнового воздействия на залежь с целью увеличения притока полезного ископаемого, например нефти, к скважине. Способ волнового воздействия на залежь включает воздействие грузом на стенки скважины через жидкость, которую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582599
Дата охранного документа: 27.04.2016
13.01.2017
№217.015.65a4

Устройство для образования сферических расширений в скважинах

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для создания в породных массивах полостей, имеющих форму шара. Устройство для образования сферических расширений в скважинах включает корпус с узлом связи с приводом вращения корпуса вокруг его продольной оси, рабочие органы с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592305
Дата охранного документа: 20.07.2016
+ добавить свой РИД