Методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи
Розроблено методику геомеханічного і технологічного забезпечення свердловинного видобування пластових родовищ, засмічених великою кількістю породних прошарків. Procedure of geomechanical and technological support of borehole mining of bedded deposits having a large number of bands is developed....
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15940 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи / М.А. Иофис, Е.Н. Есина // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 106-113. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859623980799885312 |
|---|---|
| author | Иофис, М.А. Есина, Е.Н. |
| author_facet | Иофис, М.А. Есина, Е.Н. |
| citation_txt | Методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи / М.А. Иофис, Е.Н. Есина // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 106-113. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Розроблено методику геомеханічного і технологічного забезпечення свердловинного видобування пластових родовищ, засмічених великою кількістю породних прошарків.
Procedure of geomechanical and technological support of borehole mining of bedded deposits having a large number of bands is developed.
|
| first_indexed | 2025-11-29T09:38:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
106
УДК 622.83
МЕТОДИКА ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ
Иофис М. А., Есина Е. Н.
(УРАН ИПКОН РАН, г. Москва, Россия)
Розроблено методику геомеханічного і технологічного за-
безпечення свердловинного видобування пластових родовищ, за-
смічених великою кількістю породних прошарків.
Procedure of geomechanical and technological support of bore-
hole mining of bedded deposits having a large number of bands is de-
veloped.
Современное состояние горнодобывающей промышленно-
сти, возрастающая потребность во всех видах минерального сы-
рья требует вовлечения в разработку месторождений более бед-
ных, а также со сложными гидрогеологическими условиями зале-
гания. Эксплуатация таких месторождений традиционным под-
земным способом неэкономична.
Эффективная разработка таких месторождений возможна с
применением физико-химических технологий, в частности, сква-
жинной гидравлической добычи.
Скважинная гидродобыча (СГД) – метод подземной добычи
твердых полезных ископаемых, основанный на приведении по-
лезного ископаемого на месте его залегания в подвижное состоя-
ние путем гидрогеомеханического или другого мощного воздей-
ствия и выдачи на поверхность в виде гидросмеси [1].
Основное достоинство этого метода состоит в безопасности
ведения горных работ, поскольку добыча сырья ведется без при-
сутствия людей в очистном забое. Его преимуществом является
также быстрая окупаемость капитальных затрат. При отработке
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
107
месторождения полезного ископаемого производят гидравличе-
ское разрушение напорной струей воды, добиваясь дезинтегра-
ции и перевода в забое разрушенной горной массы в гидросмесь.
Однако недостатком существующих способов является то, что
вместе с минеральным сырьем на поверхность подается большое
количество пустой породы.
Поэтому, в УРАН ИПКОН РАН разработана усовершенст-
вованная технология СГД, которая основывается на подземной
подготовке гидросмеси и заключается в следующем [2].
Полученную гидросмесь интенсивно перемешивают, а затем
отстаивают, при этом осаждение ее тяжелой части происходит
под собственным весом пустой породы на дно вымытой полости.
После осаждения тяжелой части пульпу полезного ископаемого
транспортируют к пульпоприемной скважине с дальнейшим ее
транспортированием по трубам на поверхность к потребителю.
Таким образом, подготовка гидросмеси в подземных усло-
виях исключает необходимость обогащения на поверхности,
складирование хвостов обогащения, уменьшает оседание земной
поверхности за счет оставления в выработанном пространстве
пустой породы, выпавшей в осадок и играющей роль закладки
выработанного пространства.
Особенно перспективен этот способ при разработке сильно
обводненных, высокозольных угольных пластов с многослойным
характером залегания, отработка которых традиционным подзем-
ным способом, как правило, низкорентабельна или даже совсем
нерентабельна. Так, породные прослойки, засоряющие уголь при
обычной подземной добыче угля, остаются в выработанном про-
странстве, а вода становится положительным фактором.
В технической литературе большое внимание уделяется
технологическим аспектам СГД. Но широкое внедрение этой
технологии в производство сдерживается из-за отсутствия ком-
плексного геомеханического обеспечения процессов гидравличе-
ской выемки.
При СГД практически отсутствует возможность непосред-
ственного контроля выработанного пространства. Поэтому ос-
новной вопрос геомеханического обеспечения состоит в опреде-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
108
лении формы, размеров и местоположения этого пространства
косвенным путем.
Названная цель достигается решением обратной задачи гео-
механики: определение формы и местоположения выработанного
пространства производится по наблюдаемым величинам сдвиже-
ний и деформаций земной поверхности на основе установленных
закономерностей развития геомеханических процессов.
В настоящее время используется методика определения гра-
ницы выработанного пространства по углам влияния только од-
ного вида деформации. Например, при газификации угля приме-
няется метод определения параметров выгазовывания угольных
пластов, положения в них каналов газификации и оставшихся в
выработанном пространстве целиков угля, основанный на зако-
номерностях взаимного расположения точек с максимальными
наклонами и границами выработанного пространства [3, 4]. Но
практика горного дела показывает, что углы наклонов линий, со-
единяющих точки перегиба графиков деформаций с границей
горных работ, колеблются в относительно широких пределах.
Это связано с тем, что процесс сдвижения горных пород несколь-
ко отстает от продвижения очистных выработок, поскольку по-
роды непосредственной кровли выработанного пространства не
обрушаются вслед за выемкой полезного ископаемого, а проис-
ходит некоторое их зависание. Из этого следует, что для повы-
шения точности определения положения очистного пространства
следует пользоваться одновременно несколькими характерными
точками мульды сдвижения. Например, положением точек мак-
симального наклона, кривизны и границы мульды сдвижения, по-
скольку расположение выработанного пространства находится в
закономерной зависимости от положения этих точек. При пере-
сечении направлений углов максимальных влияний образуется
треугольник погрешностей (рис. 1), нахождение средней точки
(точки С) которого и повышает точность определения положения
забоя.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
109
Рис. 1. Треугольник погрешностей направлений максималь-
ного влияния углов: i − направление влияния накло-
нов; К − направление влияния кривизны; δ0 −
граничный угол; С − средняя точка треугольника
С целью прогноза и контроля геомеханических процессов
разработана новая методика определения параметров процесса
сдвижения горных пород при СГД, которая основывается как на
традиционных методах расчета сдвижений и деформаций, так и
на принципиально новых решениях относительно соотношения
местоположения максимальных величин деформаций земной по-
верхности и расположением выработки в толще пород. Так, при
выполнении расчетов производится замена фактической выра-
ботки на условную прямоугольную, равную по площади истин-
ной выработке. В дальнейшем осуществляется переход от рас-
четного выработанного пространства к фактическому с учетом
формы выработанного пространства следующим образом:
– в случае, когда забой скважины находится у почвы пласта,
истинная выработка имеет треугольную форму в сечении, пере-
ход от условных параметров к фактическим осуществляется по
полученной зависимости:
рф DD 2= , (1)
где Dp – расчетный размер выработанного пространства;
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
110
Dф – фактический размер выработанного пространства;
– в случае, когда забой скважины находится ниже почвы
пласта, реальная выработка в плоскости пласта имеет форму,
близкую к трапециевидной, и ее параметры определяются соот-
ношениями:
νctgmDD pф ⋅−=′′ , (2)
νctgmDD pф ⋅+=′ , (3)
где D′ф – фактический размер выработанного пространства
(по кровле пласта);
D′′ф – фактический размер выработанного пространства (по
почве пласта);
m – мощность пласта;
ν – угол стока водоугольной суспензии, который образуется
при добыче полезного ископаемого указанным способом.
Образование угла ν в зависимости от глубины забоя сква-
жины ниже кровли пласта исследовалось на опытном стенде. По-
лученная экспериментальная зависимость аппроксимирована
аналитическим выражением гиперболического вида (среднеквад-
ратическая погрешность 11,0=νm %):
мh
м
m
2715.0
251 ⋅°
=ν , (4)
где hm – расстояние забоя скважины от кровли пласта.
В ходе анализа экспериментальных данных определены за-
висимости углов наклона линий, соединяющих границу вырабо-
танного пространства с характерными точками мульды сдвиже-
ния от основных влияющих факторов:
1. Установлено, что угол σι, проведенный от точки земной
поверхности с максимальным наклоном до границы выработки,
зависит от коэффициента подработанности земной поверхности
n, глубины ведения горных работ Н и размера зависшей части
кровли над выработанным пространством а и определяется из
выражения:
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
111
n
H
aarctgi °++°= 4
2
90σ , (5)
mHca ⋅= , (6)
где m –мощность пласта,
с – коэффициент, зависящий от свойств горных пород; оп-
ределяется соотношением:
2
1 fс += , (7)
где f – коэффициент крепости по М. М. Протодьяконову.
2. Анализ данных натурных наблюдений показал, что угол
σК, проведенный от точки земной поверхности с максимальным
значением кривизны до границы выработанного пространства,
занимает относительно стабильное положение и располагается
по вертикали от выработанного пространства:
°= 90Кσ . (8)
3. В результате аналитической обработки результатов на-
блюдения за сдвижением горных пород и материалов норматив-
ных документов [5] выявлена зависимость граничного угла δ0 от
прочностных свойств горных пород (рис. 2).
Эту зависимость можно аппроксимировать аналитическим
выражением (среднеквадратическая погрешность %11,0
0
=δm ):
f°+°= 5,12400δ . (9)
Из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что на-
клоны являются наиболее чувствительными к влияющим факто-
рам, причем как технологическим (n), так и природным (H, m, f),
значения граничных углов зависят от прочностных свойств гор-
ных пород, а кривизна занимает наиболее стабильное положение
в мульде сдвижения.
На основании проведенных исследований можно сделать
следующие выводы:
1. Разработан способ СГД угля и его геомеханическое обес-
печение, позволяющие вовлечь в добычу пласты угля с большим
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
112
количеством породных прослойков, разработка которых тради-
ционными способами нерентабельна.
40
50
60
70
80
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0
f
0
δ0
Рис. 2. Зависимость граничного угла δ0 от коэффициента
крепости пород f
2. Для повышения надежности определения местоположе-
ния границ выработанного целесообразно использовать несколь-
кими критериями, например, σι, σК и δ0.
3. Установлены зависимости углов, проведенных от харак-
терных точек мульды сдвижения до границ выработанного про-
странства – от точек с максимальными наклонами и кривизной.
Получена зависимость граничного угла от прочностных свойств
горных пород.
CПИСОК ССЫЛОК
1. Аренс В. Ж., Бабичев Н. И., Башкатов А. Д., Гридин О. М.,
Хрулев А. С., Хчеян Г. Х. Скважинная гидродобыча полезных
ископаемых.: Учеб. пособие. – М.: Издательство «Горная
книга», 2007. 296 с.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
113
2. Положительное решение о выдаче патента на изобретение
«Способ подземной гидравлической разработки месторожде-
ний твердых полезных ископаемых». Авторы Чантурия В. А.,
Трубецкой К. Н., Иофис М. А. и др. Регистрационный номер
2006127276.
3. Орлов Г. В., Капралов В. К. Сдвижение горных пород и зем-
ной поверхности при геотехнологических методах добычи
полезных ископаемых. – Сдвижение горных пород и земной
поверхности при подземных разработках / Под общей редак-
цией В. А. Букринского и Г. В. Орлова. М.: Недра, 1984. 217 с.
4. Иофис М. А., Турчанинов И. А. О порядке разработки свиты
угольных пластов при подземной газификации // Тр. ВНИИ-
Подземгаза. М.: Госгортехиздат, 1962. Вып. 6. С. 18-25.
5. Правила охраны сооружений и природных объектов от вред-
ного влияния подземных горных разработок на угольных ме-
сторождениях. – СПб., 1998. – 291 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-15940 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T09:38:14Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Иофис, М.А. Есина, Е.Н. 2011-02-03T15:12:36Z 2011-02-03T15:12:36Z 2009 Методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи / М.А. Иофис, Е.Н. Есина // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 106-113. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15940 622.83 Розроблено методику геомеханічного і технологічного забезпечення свердловинного видобування пластових родовищ, засмічених великою кількістю породних прошарків. Procedure of geomechanical and technological support of borehole mining of bedded deposits having a large number of bands is developed. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи Article published earlier |
| spellingShingle | Методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи Иофис, М.А. Есина, Е.Н. |
| title | Методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи |
| title_full | Методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи |
| title_fullStr | Методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи |
| title_full_unstemmed | Методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи |
| title_short | Методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи |
| title_sort | методика геомеханического обеспечения скважинной гидродобычи |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15940 |
| work_keys_str_mv | AT iofisma metodikageomehaničeskogoobespečeniâskvažinnoigidrodobyči AT esinaen metodikageomehaničeskogoobespečeniâskvažinnoigidrodobyči |