Способ определения напряжений в призабойной зоне газоносного пласта полезного ископаемого

 

Союз Советск ик

Социалистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11)1002578 (6I ) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заивлемо 09 03,81 (21) 3257932!22-03 с прмсоедмиемиен| заявки М (23) Приоритет

Опублмковаио 07.03.83. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 09.03.83 (5 l ) M. Кл.

Е 21 С 39/00

Гесударственный квинтет по делан нэебретеннй и еткрнтнй (53) УДК622.235 (088.8) А.И. Пантелеев, А.Е. Ольховиченко и Г.А. Пантелеев = (72) Авторы изобретения :, "-"/

Государственный макеевский ордена Октябры;кой Революц научноисследовательский институт по безопаснсй. тм.=рабщ» в горн промышле нности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ПРИЗАБОЙНОЙ

ЗОНЕ ГАЗОНОСНОГО ПЛАСТА ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых, в том числе угольных пластов.

Известен способ оценки изменений напряженного состояния угольного пласта

5 по величине давления жидкости в гидравлическом датчике 11 ).

Однако гидравлические датчики выходят из строя при увеличении диаметра скважины из-за разбуривания на 5-10 мм от диаметра датчика, что в сочетании с низкой достоверностью и большой продолжительностью измерений делает метод непригодным для массовых измерений.

Известен способ определения напряжений, основанный на регистрации деформаций упругого восстановления формы алемента массива при искусственной его разгрузке. 20

Для определения напряженного состояния массива бурят скважину диаметром .76 мм, твердосплавной коронкой шлифуют ее торец и на него с помощью специаль2 ного досыпателя наклеивают розетку иэ двух взаимно перпендикулярных тензодатчиков. После застывания клея розетку обуривают кольцевой коронкой. Вертикальную и горизонтальную составляющие поля напряжений определяют по формулам теории упругости., Из выбуренных кернов изготавливают образцы, на которых в лабораторных условиях определяют упругие постоянные породы перпендикулярно и параллельно напластованию. В итоге определяют напряженное состояние массива только в одной точке - в месте выбуривания керна P2).

Однако определение напряжений по деформациям возможно лишь на породах, обладающих достаточными упругими и прочностными свойствами, обеспечивающими сохранность формы керна после нарушения его связи с массивом, что исключает возможность применения данного способа для измерений как в угольных пластах, так и в слабых слоистых породах.

Кроме того, данный способ характеризуется большой трудоемкостью работ по измерению напряжений в одной точке: на бурение скважины, наклейку и сушку тензометров, обуривание и извлечение керна, а на изготовление образцов и лабораторные определения их упругих констант необходимо затратить не менее 10 челове- ко-смен.

Причем к недостаткам способа относит- 16 ся также необходимость использования громоздкого оборудования, требующего применения черезмерных физических уси лий.

Целью изобретения является снижение трудоемкости измерений и обеспечение возможности измерений на слабых, препарированных пластах.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения напряжений 26 в призабойной зоне газоносного пласта полезного ископаемого, включающему бурение скважин, в процессе бурения скважины измеряют эффективную газоносность пласта, а напряжения в пласте 25 в пределах их роста до значения 7Г Н опразделяют по формуле где К вЂ” максимальное стабилизировавЭ шееся значение аффективной газоносности пласта, м /т;

- величина аффективной газоносХ 35 ности пласта на различных рас стояниях от забоя, мЗ/т; у «объемный вес.вышележащих пород, м /т;

Н - глубина заложения выработки, 46 м;

- напряжение на поверхности за боя, определяемое при бурении первого метра скважины диаметром 42 мм, при скорости подачи 0,017 м/с и 11,67 +/ñ оборотов штанги по формуле

6 = 0,00147 P - 0,246 (Мпа), где P — усиление подачи бурового инструмента, кгс.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Совместными измерениями газоносности и напряжений в призабойной зоне плаогоа Наталия - с 2 и Смоляниновскийна шахтах Коммунист IIO Шахтер скантрацит и Кировская" П0 Донецкуг оль, установлено,что размер дегазированной части пласта зависит от уровня действующих на пласт напряжений, по скольку с их увеличением газопроницаемость угля уменьшается. В этой зоне величина газоносности пласта линейно зависит от его напряженного состояния, отчего ее рост с глубиной прекращается на таком расстоянии от забоя, где напряжения достигают гравитационных

""íà÷åíèé у Н. Причем кривая роста газоносности повторяет эпюру напряжений.

С целью повышения надежности измерений и исключения трудоемкого процесса отбора проб угля и лабораторного определения его остаточной газоносности,вместо обшей газоносности пласта рекомендуется определять только его эффективную газоносность.

На фиг. 1 приведены эпюры изменения эффективной газоносности Х и напряженного состояния Q в призабойной зоне пласта полезного ископаемого, где приняты следующие обозначения: — объемный вес вышележащих пород, кг/см ;

Н - глубина заложения выработки,м;

6g- напряжения вблизи кромки забоя, МПа;

- зона отжима и пониженных напряжений, на границе которой прекращается рост аффективной газоносности Х вследствие уве личения напряжений в пласте до

3" н му — расстояние от забоя до точки определения напряжений в пласте, м;

)(- величина эффективной газоносносХ ти пласта на расстоянии Х от забоя, м /т; < - напряжение в пласте на расстоянии Х от забоя, МПа; на фиг. 2 — известное устройство ПИГ-2 для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит забой выработки 1, анкер 2, устройство ПИГ-2 3, газовый счетчик 4, штыбосборник 5, герметизатор 6, буровую штангу 7, ручное сверло

8 и динамометр 9.

Напряженное состояние пласта на расстоянии от забоя от 0 до -Н можно определять исходя из установленного авторами подобия апюр напряжений и аффективной газоносности пласта в призабойной зоне следующим образом.

Согласно фиг. 1 величину напряжений в пласте на расстоянии X

1 0025 нз отношетогда

50

5 от забоя можно получить ний

Х Х „ Х х

Хэ Р gH-63

Х (уп-d,) 6, мпм

Отметим, что на фиг. 1 изображены апюры изменения напряжений и газоносности пласта в зоне влияния подготовительной выработки, где практически отсутствует участок конпентрации напряжений. Имеющая место впереди забоев очистных выработок зона концентрации напряжений расположена за пределами зоны отжима и пониженных напряжений Р и на предложенный способ определения напряжений влияния не оказывает.

Способ определения напряжений осуществляется следующим образом (см. фиг. 2).

В забое выработки 1 с помощью анкер. 5 ного болта 2 фиксируют, например, известное устройство 3 для измерения гааоносности пласта. К устройству 3 подключают газосчетчик 4, штыбосборник 5 и герметизатор 6, надетый на буровую штангу 7. Затем подключают ручное сверло 8 и укрепляют на нем динамометр 9. Первый метр скважины бурят со скоростью

0,017 м/с, и динамометром 8 измеряют величину усилия подачи штанги 7.

В процессе бурения каждого интервала 55 скважины измеряют объем газа, выделя с щегося при бурении и расштыбовке, дебита газа перед началом и после окончания бурения, время бурения и массу выделившего штыба. Эффективную газоносность

40 подсчитывают IIo формуле

Ч-—

2(" 2) " 2 2(мЗ/т (л/кг))

Хгде, 0,2- фоновое газовыделение до и

)х после бурения интервала скважины, л/мин;

t< - продолжительность бурения интервала скважины, мин; (.2 - продолжительность расштыбовки и измерения фонового газовыделения 2, мин;

U — объем газа, выделившегося за время 61н 2, P - масса выбуренного штыба, кг.

Поинтервальные измерения эффективной газоносности пласта продолжают до

78 6 глубины (см. фиг. 1), на которой ее рост прекращается.

Величину напряжения 6, поинтерваль ные значения эффективной гаэоносности

Хх, а также величину, стабилизировавшейся эффективной газоносности пласта

)(подставляют в формулу (1) и определяют напряжения S в призабойной зоне пласта одновременно на всем интервале их роста до гравитационных значений гН.

Предлагаемый способ отличается прос тотой выполнения и надежностью, позволяет, оперативно определять напряжения в призабойной зоне газоносных пластов независимо от их прочностных свойств, а также позволяет решать широкий круг практических и научно-исследовательских задач. Для внедрения предложенного способа не требуется дополнительных разработок, финансовых вложений и больших сроков.

Формула изобретения

Способ определения напряжений в призабойной зоне газоносного пласта полезного ископаемого, включающий бурение скважин, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости измерений и обеспечения возможности из- . мерений на слабых, препарированных пластах, в процессе бурения скважин измеряют эффективную газоносность пласта, а напряжения в пласте в пределах их роста до значения у Н определяют по формуле х= <" (I H-6 )+G (мпс ), где Х - максимальное стабилизировавшееся значение эффективной гаэоносности пласта, мЗ/т;

ХХ - величина аффективной гаэонос»ности пласта на расстояниях от забоя, м /т; — объемный вес вышележащих пород, мз/т;

- глубина заложения выработки;

- напряжение на поверхности забоя, определяемое при бурении скважины диаметром 42 мм, при скорости подачи 0,017м/с и 11,67 1/с оборотов штанги по формуле

= 0,00147 P - 0,246 (МПа), где P - усилие подачи бурового инструмента, кгс.

7 1002 Ь и 8

Источники информапии, ба с внезапными выбросами в угольных принятые во внимание при аксперткзе шахтах. М., Госгортехиздат, 1962.

2. Руководство по применению мето1. Фомин Л.Б. Новый метод исследо- да разгрузки для определения напряженвания напряженного состояеЬ выброса- g ного состояния в глубине горных массвопасного пласта и определение 6ipaMeT вов на породах слабой и средней крепости. ров опережающих скважин. - В сб.; Борь П., BHHMH, 1968.

Составитель Л. Березкина

Редактор М. Бандура Техред Л.Пекарь Корректор Л. Бокшан

Заказ 1487/6 Тираж 601 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4