Способ определения давления газа в массиве горных пород

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА 6 МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий .отбор образца в забое выработки. , ВСЕСОШЗ 1Д;Я j и -ВАТЕйТКО- ,5 яиииишя KiMMmiM помещение его в камеру, ступенчатое повышение давления газа в камере до полного.газонасыщения образца, ступенчатое нагружение образца и снятие нагрузки с образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения давления газа в массиве, в массиве определяют разность между наибольшими и установившимися относительными деформациями горной породы, в камере в процессе снятия нагрузки на образец определяют его обратные деформации, а за велучину давления газа в горной породе принимсиот такое значение давления газонасыщЪния , при котором относительные обратные деформации образца породы Ф совпадают с разностью относительных деформаций массива, при этом осевую нагрузку на всех ступенях нагружения доводят до уровня, не превышающего геостатического давления горных пород на глубине, для которой производится определение давления газа в массиве.

0QO8 ССОЕТСНИХ

ФОН

РЕСПУ6ЛИ4

QQ (11>

egg E 21 " 5 00 0 ЕЯЫд

i 3 ДАТМПув Ф ф 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЭОЕРЕТЕНИЙ И ОП4РЫТИЙ (21) 3365814/22-03 (22) 16.12.81 (46) 30.03.83. Вюл. У 12 (72) В.С. Маевский и М.И.. Вольшинский (71) Государственный макеевский ордена Октябрьской Революции научноисследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (53) 622.817(088.8) (56) 1. Временное руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов Донецкого бассейна при геологоразведочных работах. ИГД им.A.A.Ñêîчинского, M., 1980, с. 30-37 °

2. Большинский М.И., Маевский В.С.

Исследование влияния гаэонасыщения на напряженно-деформированное состояние угля. — Научные сообщения ИГД им. A.À.Ñêî÷èíñêîãî, 1977, 9 157, с. 79-83 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

ГАЗА В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включаю. щий отбор образца в забое выработки, помещение его в камеру, ступенчатое повышение давления газа в камере до полного газонасыщения образца, ступенчатое нагружение образца и снятие нагрузки с образца, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности определения давления газа в массиве, в массиве определяют разность между наибольшими и установившимися относительными деформациями горной породы, в камере в процессе снятия нагрузки на образец определяют его обратные деформации, а за величину давления газа в горнбй породе принимают такое значение давления газонасыщения, при котором относительные обратные деформации образца породы совпадают с разностью относительных деформаций массива, при этом осевую нагрузку на всех ступенях нагружения доводят до уровня, не превышающего геостатического давления горных пород на глубине, для которой произво- Я дится определение давления газа в массиве.

1008468

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке выбросоопасных угольных пластов.

Известен способ определения давления газа в угольном пласте, включаю-5 щий бурение шпура, иэ которого с помощью кернонаборника на определенной глубине отбирается проба угля, кернонаборник герметически закрывается и доставляется в лабораторию, опреде- 10 ление общего количества газа, содержащегося в пробе, сорбционной метаяоемкости угля и количества свободного газа, построение изотермы и общей гаэоносности угля при различных дав- 35 лениях газа, определение по иэотерме давления газа в пласте (1) .

НедостаткоМ способа является частичная дегаэация угля при бурении шпура, извлечении и герметиза- 20 ции кернонаборника, что приводит к значительному занижению существующего в пласте значения давления газа.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому результату 25 к предлагаемому является способ определения влияния газонасыщения на напряженно-деформированное состояние угля, включающий отбор образца в забое выработки, помещение его в каме- ЗО ру, ступенчатое повышение давления газа в камере до полного газонасыщения образца, ступенчатое нагружение образца и снятие нагрузки на образец, определение электросопротивления угля на каждой ступени нагружения без газо- насыщения и в процессе газонасыщения образца., определение внутренних напряжений, возникающих в угле в процессе его газонасыщения (2j .

Недостатком способа является от- 40 сутствие воэможности учета изменения деформации газонасыщенных пород от действия гравитационных напряжений непосредственно в массиве, при этом полученные зависимости носят 45 качественный характер, т,е. не учитывают реальных газодинамических свойств конкретного пласта, что зна.чительно снижает точность определения напряжений, возникающих в угле ° 5й

Цель изобретения — повышение точности определения давления газа в массиве, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему отбор образца в забое выработки, помещение его в камеру, ступенчатое повышение давления газа в камере до полного газонасыщения образца, ступенчатое нагружение образца и снятие нагрузки с образца, в массиве определяют разность между наибольшими и установившимися относительными деформациями горной породы, в камере в процессе снятия нагрузки на образец определяют его обратные деформации, 65 а за величину давления газа в горной породе принимают такое значение давления газонасыщения, при котором относительные обратные деформации образца породы совпадают с разностью относительных деформаций массива, при этом осевая нагрузка на всех ступенях нагружения не превышает геостатического давления горных пород на глубине, для которой производится определение давления газа в массиве.

Способ осуществляется следующим

1 образом.

Первоначально в шахтных условиях производят оценку напряженно-деформационного состояния участка массива методом разгрузки, например в варианте торцовых измерений, а именно, опре. деляют наибольшие и конечные установившиеся относительные деформации Массива и определяют их разность (д E > ) . Затем отбирают образец горной йороды стандартных размеров.

Дальнейшее выполнение способа осу ществляют в лабораторных условиях.

Образец горной породы помещают в камеру высокого давления и ступенями равными 0,5 МПа помещают в ней давление газа до полного гаэонасыщения.

Датем нагружают образец по схеме нагружения 61 б =бэ (схема нагружения

Кармана), где б; — осевое давление, и.6 — боковые давления на Обра2 эец. После нагружения давления в камере сбрасывают и фиксируют обратные деформации образца в процессе его разгрузки. Определяют разность между наибольшей и конечной установившейся относительными деформациямид,-...дЕ и и сравнивают полученное значение с полученной разностью деформаций в шахте d ЯШ . Газонасыщение и нагружение образца, сброс давления газа и определение разности между наибольшими и конечными установившимися деформациями повторяют до тех пор, пока величина h E » совпадает по величине с дЕ щ .

Измерение давления гаэ.а в выбросоопасном массиве по предлагаемому способу экспериментально проверялось в натурных условиях на шахте им.

A.A. Скочинского ПО "Донецкуголь" при проведении выработок по выбросоопасным пластам в околоствольном дворе в вентиляционной сбойке пласта

h4sh7. Ь качестве противовыбросного мероприятия применялась разгрузочная щель по контуру выработки, которая образовалась установкой УЩ-2Мз. Данная установка позволяет за одну заходку исполнительного органа образовывать плоскую щель глубиной

2,2 м, шириной 0,18 м и толшиной

0,02 м, В заранее выбранной части выработки устанавливалась эамерная станция, представляющая собой четыре репер а.

1008468 ш tnax Е цет, Составитель Г. Васючкова

Техред A.A÷ . Корректор M. Шароши

Редактор С. Пекарь

Заказ 2300/46 Тираж 442 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

Репера изготовлялись из круглого метачличесхого профиля диаметром

0,030. м и заделывались в массиве в заранее пробуренных керновых скважинах песчано-цементным раствором.

После этого эамерная станция обуривалась разгрузочной щелью с радиусом порядка 0,5 м. В процессе бурения после каждой заходки исполнительного органа установки снимались показания с индикаторов, по которым рассчитывались деформации массива в процессе разгрузки, при этом деформации массива в процессе разгрузки, возрастали, затем уменьшались и стабилизировались через некоторый промежуток времени. По разности значений между наибольшими и стабилизировавшимися деформациями вычислялось приращение деформаций b,E + обусловленное наличием газа в массиве

Из проб песчаника, полученных при бурении керновых скважин,изготовлялись образцы с плоскопараллельными торцами. Для достижения результатов на эти образцы наклеивались тенэодатчики, после чего образец помещался в установку высокого давления, работающую по схеме Кармана (5 >6<= 63 ), в которой осевая нагрузка создавалась прессом, а боковая — газом, которым также создавалось и газонасыщение образца.

Давление газа в камере поднималось на величину равную 0,5 МПа, выдерживалось во времени до полного газонасыщения образца, а затем прикладыва» лась осевая нагрузка, совпадающая по величине с гравитационным давлением горных пород на глубине залегания пласта. После чего нагрузка сбрасывалась в течение времени, не превышающего 1 с, путем выключения насоса пресса и открытия вентилей, регулирующих подачу масла в насос.

По показаниям шлейфового осциллограtO фа, регистрирующего деформации образца в процессе нагрузки, устанавливалась величина обратных деформаций (ьЕ ), которая сравнивалась с приращением деформаций массива при раэ15 грузке измерительной станции заложенной в массиве щелью. При а f c a E "" давление в камере опять повышали на

0,5 МПа, и эксперимент повторяли по схеме, описанной выше. Эксперименты прекращали при ссвпадении значений определеяемых параметровлЯ =аЕ", по которым принимали давление газа в массиве совпадающим с давлением газа в камере.

Применение предлагаемого способа обеспечивает более высокую точность полученных результатов, так как отпадает необходимость в применении различных герметизирующих устройств, -ЗО при измерении не используется давление газа в образце, значение которого неустойчиво иэ-за дегаэации образца при его отборе, хранении проб.

Более точное определение величины

35 горного давления в пласте позволяет повысить безопасность работ на газоносных пластах.