способ добычи полезных ископаемых

Формула изобретения

1. Способ добычи полезных ископаемых, включающий бурение скважин, подачу в них жидкого и газообразного агентов, разрушение полезного ископаемого созданием перепадов давления внутри добычной камеры и выдачу его через скважину, отличающийся тем, что перепад давления создают от значения, превышающего давление фазового перехода газа в жидкое состояние в массиве вблизи поверхности камеры, до давления ниже значения фазового перехода его в газообразное состояние и не превыщающего давления в источнике подачи газообразного агента, при этом уровень жидкого агента при дискретной выдаче разрушенного полезного ископаемого не понижают ниже места забора гидросмеси из камеры.

2. Способ по п.1, отиличающийся тем, что жидкий и газообразный агенты подаются при постоянном давлении.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при высокой газоносности пород или пласта полезного ископаемого перепад давления в добычной камере создают от значения, обеспечивающего фазовый переход в жидкое состояние природного газа, содержащегося в массиве вблизи поверхности камеры, до давления ниже значения, при котором происходит его фазовый переход в газообразное состояние внутри массива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для добычи угля, алмазов и других твердых полезных ископаемых.

Известен способ обработки угля углекислым газом в герметичной камере для его разупрочнения путем цикличного повышения давления газа до величины порогового значения, определяемого по датчику на эталонном образце угля, и последующего сбрасывания давления до атмосферного [1]

Недостатками данного способа являются технические сложности нагнетания в добычную камеру диоксида углерода и его большой расход при добыче угля, связанный с циклическим сбрасыванием давления газа в камере до атмосферного.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ выемки угля, включающий бурение в угольный пласт скважин, разрушение угля и выдачу его на поверхность путем нагнетания в пласт жидкости с несорбируемым углем газом, создавая перепады давления рабочего агента в скважинах от величины геостатического давления угольного пласта до величины гидростатического давления столба жидкости [2]

Недостатком данного способа является то, что здесь может не происходить фазовый переход газа в угольном массиве из жидкого в газообразное состояние, при котором происходит резкое увеличение объема газа в порах и трещинах, приводящее к разрушению угля. Величина геостатического давления может быть ниже давления фазового перехода газа при разработке неглубоких месторождений или наоборот многократно превышать давление фазового перехода, что создает значительные технические трудности нагнетания при этом давлении. Гидростатическое давление воды, особенно на глубоких месторождениях, может быть выше давления фазового перехода и разрушения угля от расширения газа происходить не будет.

Кроме этого велики технические трудности нагнетания в пласт смеси жидкости и газа под большим давлением, а использование несорбирующегося газа затрудняет проникновение смеси в микропоры угля.

Целью изобретения является повышение эффективности выемки полезных ископаемых из добычной камеры за счет фазового перехода газа в массиве у стенки камеры без выпуска газа из скважины.

Для достижения указанной цели в известном способе добычи полезных ископаемых, включающем бурение скважин, подачу в них жидкого и газообразного агентов, разрушение полезного ископаемого созданием перепадов давления внутри добычной камеры и выдачу его через скважину, перепад давления создают от значения, превышающего давление фазового перехода газа в жидкое состояние в массиве вблизи поверхности камеры, до давления ниже значения фазового перехода его в газообразное состояние, и не превышающем давления в источнике подачи газообразного агента. При этом уровень жидкого агента, при дискретной выдаче разрушенного полезного ископаемого, не понижают ниже места забора гидросмеси из камеры.

Жидкий и газообразный агенты могут подаваться при постоянном давлении.

При высокой газоносности пород или пласта полезного ископаемого перепад давления в добычной камере создают от значения, обеспечивающего фазовый переход в жидкое состояние природного газа, содержащегося в массиве вблизи поверхности камеры, до давления ниже значения, при котором воды 4 и газа 5, например, диоксида углерода, и дискретной выдачи гидросмеси 6 разрушенного полезного ископаемого, например, угля (фиг. 1).

На фиг. 1 3 даны схемы осуществления предлагаемого способа. Диоксид углерода подается в камеру 7 под давлением 0,5 1,0 МПа, а вода 12 МПа. В цикле нагнетания повышают давление в камере 7 до 10 12 МПа, при этом углекислый газ при давлении, превышающем критическое (6 7 МПа), переходит в жидкое состояние внутри камеры 7 и в массиве вокруг нее. При резком открытии выпускного отверстия 8 герметизирующего устройства 3 давление в камере 7 падает до 0,3 0,5 МПа. При этом в порах и трещинах угля диоксид углерода переходит в газообразное состояние с увеличением объема в 100 раз, что приводит к разрушению угля у стенок камеры 7 и его скалыванию в виде пластин внутрь ее.

Гидросмесь 6 удаляется из образующейся таким образом цилиндрической камеры 7. При этом выпуск гидросмеси 6 ведут без удаления углекислого газа из камеры 7, для чего уровень воды 10 в камере 7 не опускают ниже выпускного отверстия 8. По мере увеличения камеры 7 и фильтрации газа в окружающий массив 9, углекислый газ 5 будет поступать в камеру 7 при выпуске гидросмеси, пока давление в камере 7 не поднимется до давления в источнике диоксида углерода. Для создания резкого перепада давления в камере 7, расход при выпуске гидросмеси 6 должен в несколько раз превышать расход подаваемой в камеру 7 воды 4 и углекислого газа 5.

При достаточно высокой газоносности пород или угля 9 (метан, углекислый газ) процесс выемки может производиться без подачи газа 5 в камеру 7. При этом давление, создаваемое в добычной камере 7, должно превышать величину фазового перехода для природного газа.

Способ может осуществляться и через скважину 2, пробуренную с поверхности земли (фиг.2). Если высота столба воды в скважине 2 превышает давление фазового перехода газообразного агента 5, то выдачное устройство может быть выполнено в виде эрлифта 11 для понижения гидростатического давления в камере 7.

Данное изобретение позволяет значительно повысить эффективность и безопасность добычных работ на шахтах за счет снижения энергозатрат на разрушение полезного и отсутствия человека в очистном забое. Кроме этого в процессе добычи решается вопрос с дроблением полезного ископаемого, что снижает затраты на его последующее обогащение (кимберлиты, руды металлов, Апатиты, приготовление водно-угольной суспензии).