Способ определения газопроницаемости горных пород в массиве

 

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГОРНЫХ ГОРОД В МАССИВЕ, заклю1ающийся в нагружении испытуемого массива радиальными нагрузками и регистраш1 и параметров фильтрационного потока, подаваемого в нагнетательную фильтрационную камеру, размещенную в зоне влияния радиальных нагрузок , отличающийся тем, что, с цепью повышеттая точности определения , вначале осуществляют нагружение испытуемого массива путем последовательного оконтуривания его нагрузочными скважинами и создания в них давления, а затем выбуривают нагнетательную фильтрационную С1сважину, причем калсдую последующую нагрузочную сквансину бурят после создашш давления в предыдущей. 2. Способ По п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в зонв влияния ра- § диальной нагрузки дополнительно выбури- (Л вают приемную фильтрационную сжважину на расстоянии t от нагнетательной фильтрационной скважины, схюбщают обе сква- I жинь с поверхностью массива трубками и с герметизируют на глубину В , при В Я. . со о о ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„80„„1030702 A

3(5g 6 01 Q 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4Р

СО

4Р М

СР

Ь3

АМдк тиод да

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

l (21 ) 3391160/18-25 (22) 11 01.82 (46) 23.07.83. Бюл. Мн 27 (72) А.И. Нимец, С.Л.Романовский, и В. Н.Монахов (71) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (53) 663.63.067 (088.8) (56) 1. Научные сообщения института горного дела им. A.À.Ñêî÷èíñêîãî. М„

1978, вып. 171, с. 47.

2. Там же, вып. 169, с. 82.

3. Авторское свидетельство СССР

М 362231, кл. С, 01 и 15/08, 1969 (прототип) . (54) (57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

IIPOHHIJAENOCTH 1ОРНЫХ ПОРОД В

МАССИВЕ, заключающийся в нагружении испытуемого массива радиальными нагрузками и регистрации параметров фильтрационного потока, подаваемого в нагнетательную фильтрационную камеру, размещенную в зоне влияния радиальных нагрузок, о т л и ч а ю ш и и с я тем что, с целью повышения точности определения, вначале осуществляют нагружение испытуемого массива путем последовательного оконтуривания его нагруэочными скважинами и создания в них давления, а затем выбуривают нагнетательную фи}тьграционную скважину, причем каждую последующую нагруоочную скважину бурят после создания давления в предыдущей.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что в зоне влияния ра Я диальной нагрузки дополнительно выбуринают приеме»т» фипьтраииоинтю еинюиину Q) на расстоянии v от нагнетательной фильт- рационной скважины, сообщают обе скважины с поверхностью массива трубками и герметизируют на глубину 0, при I? r, 02 2 мервнием расхода жидкости и деформации массива (3 j.

Недостатком известного способа является ненадежность и недостоверность результатов определения, что обусловлено тем, что оконтуривание целика по кольцу нарушает структуру массива. При исследовании определенных видов пород, наПример угольных пластов со слабым углем, целик вообще изготовить нельзя вследствие разрушения породы, Целью изобретения является повышение точности определения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения проницаемости горных пород в массиве, заключающемуся в нагружении испытуемого массива радиальными нагрузками и регистрации параметров фильтрационного потока, подаваемого в нагнвтательную фильтрационную камеру, размещенную в зоне влияния радиальных нагрузок, вначале осуществляют нагружение испытуемого массива путем последовательного оконтуривания его нагрузочными скважинами и созцания в них давления, а затем выбуривают нагнвтатепьную фильтрационную скважину, причем кажцую последующую нагрузочную скважину бурят после созцания давления в предыдущей.

В зоне влияния рациальной нагрузки дополнительно выбуривают приемную фильтрационную скважину на расстоянии г от нагнвтательной фильтрационной скважины, сообщают обе скважины с гюверхностью массива трубками и герметиэируют на глубину 3 причем 0 ) г..

На фиг. 1 изображена общая схема, поясняющая сущность предлагаемого способа для случая угольного пласта; на фиг. 2 — частный случай предлагаемого способа определения проницаемости, где пусковая скважина расположена в центре трех нагрузочных скважин, а приемная находится вне эоны регулируемой нагрузки; на фиг. 3 - то жв, между скважинами 3 и 4, когда фильтрационный объем массива слева и справа ограничен зона- ми постоянного повышенного давления от нагружаюших скважин. Нагрузка ступенчато регулируется только центральными нагруэочными скважинами; на фиг. 4пример полной разгрузки пласта, когда нет необходимости учитывать начальное напряжение от вышележащих пород.

Иэ одэемной выработки в угольном пласте бурят скважины 1 большого циа.метра (фиг. 1). Количество скважин может быть от одной до трех и более в за1 1 0307

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может найти применение в горной промышленности при определении проницаемости горного массива, в том числе и опасного в отношу нии внезапных выбросов угля и газа„

Известен способ определения газопроHEUBBMocTH горных пород в массиве, который состоит в бурении двух параллельных скважин, нагнетания в одну из них (пусковую) газа под давлением и регистрации его расхода (дебита) в другой скважине (приемной) . Измеряя давление, расход газа и его вязкость в скважинах определяют коэффициент газопроницаемос- 15 ти горного массива f1), Однако этот способ не позволяет уотановить степень влияния внешней нагрузки на газопроницаемость массива.

Между reM напряжение сильно влияет на

Проницаемость.

Известен также способ опре де лв ния

r açoïpîíèU8åìoñòè, заключающийся в бурении двух параллельных скважин, запуска газа в массив и регистрации параметров потока, причем участок массива, включающий фильтрационный объем, нагружается давильной установкой 2 }.

Недостатком такого способа является то, что про пшаемость можно опреде30 лить только в краевой части массива на глубине 0,6-0,8 м, так как углубление ниши и монтаж давильной установки даже иа глубине 1 м от обнажения увеличива- ет трудоемкость проведения одного опыта в 4-5 раз.

Кроме этого, в процессе нагружения раскрываются кливажные трещины, которые сообщают с обнажением создаваемый фильтрационный поток в пласте. В рвзуль тате гаэ дренируется в выработку, ми40 нуя угольный массив.

Наиболее близким к изобретению по тех(п ческой сущности является способ определения гаэопроницаемости горных пород в массиве, заключающийся в нагружении испытуемого массива радиальными нагрузками и регистрации параметров фильтрационного потока, подаваемого в нагнвтатепьную фильтрационную скважину, размещенную в зоне влияния радиальных нагрузок. Для создания радиальных нагрузок выбуривают траншею по замкнутому контуру вокруг цвпика, бурят центральное отверстие - нагнвтательг„ю фильт рационную скважину - в целикв и нагие- 55 тают в него воду с оцновремвнным обжатием его осевыми и радиальными нагрузками различной интенсивности с иэ02 4 (допускается разброс +20 ) свидетельствует об устойчивости скважины и пригодности участка с точки зрения величины концентрации напряжений в пласте.

Отступив на расстояние 1 0 м и более от контропьной скважины, бурят три скважины 1 (фиг. 1) диаметром 15 см длиной 5 м. Пробурив скважину, желательно ее продуть сжатым воздухом цпя удаления мелких фракций угля. Устанавливают в скважину нагружвюшее устройство и, нагнетая жидкость под давлением, нагружают массив до уровня напряжений (» Н . Этим приемом предотвращается нарушение сппошности массива вокруг пробуренной скважины от вибрации инструмента при бурении слецуюшей скважины.

Поспе бурения нагрузочных скважин

1 диаметром 150 мм и создания в них давпения бурят фильтрационные скважины

2 и 3 дпиной 4,3 м и диаметром 4,2 см на расстоянии . г 0,5 м друг от друга и от центральной скважины на расстояниях по 2R 150 мм. Длину фипьтрационной камеры принимаем Р„30 см, ппину герметизации фильтрационных скважин в зоне действия нагрузок - Р

=0,6 м.

Произвоцят запуск сжатого воздуха при 20 С и давпении 5 кгс/cM в скважину 2, а в скважине 3 измеряют расход газа 8, 29 см и давление 2 кгс/см, 3 2 с

Вычисляют коэффициент проницаемости горного массива 0,85 мР.

Сбрасывают давление в .игрузочных скважинах и Определяют проницаемость при нулевой нагрузке, затем нагружающими устройствами устанавпиваем рапи2 альные напряжения вокруг скважин

* 25, 50, 75, 100 ит.д. кгс/см и все операции повторяются (нагнетается газ и Измеряется расход и давление и т.д.). Можно также опрецепять проницаемость при ступенчатой разгрузке массива и при давлениях газа вплоть qo . 100 ат. В результате попучаем решение задачи о впиянии внешней нагрузки и цавпения газа на газопроницаемость массива на глубине от выработки. Можно также решать задачу о влиянии нагрузки на дегазацию природного газа из пласта.

Точность определения напряжений и газопроницаемости зависит от точности измерительных приборов. Например, при давлении 500 кгс/см и измерении его манометром класса 1,5 точность опредвпения нацряжений дпя шахтных опытов достаточно высокая +7,5 кгс/см . Ио3 10307 висимости От проч КОсти массива и слож ности решаемой задачи. После бурения первой скважины в нее дооылается нагружаюшее устройство 2 и осуществляется радиапьное нагружение массива до величины вертикальной составляющей напряжений в нетронутом массиве Оо -уН, где я- — средняя объемная масса породной толщи, т/м; Н вЂ” глубина от земной

3. поверхности, м. Затем бурят и нагружают 10 слецуюшую скважину в таком же порядке и т.д. Далее бурят скважины 3 и 4 (шпуры) малого диаметра дпя запуска и приема газа, сообщают их фипьтрационные камеры с выработкой и герметизируют.

При усповии надежной герметизации минимальная ее длина 3 (длина герметизации) в зоне действия радиальных напряжений должна быть не менее расстояния Г межцу скважинами 3 и 4.

Производят запуск газа поц давпением в фильтрационную камеру 3 и регистрируют его дебит, давление, вязкость и температуру в Обеих камерах. Вычисляют коэффициент проницаемости при давлении в массиве 4О =уН . Сбрасывают цавпвние в силовых ципиндрах 5 нагружающих устройств 2, что приводит к разгрузке маосива. Опрецеляют проницаемость ппаста при нулевой нагрузке. В дапьнвйшем про30 изводят ступенчатое повышение радиана ной нагрузки нагружаюшими устройствами и определяют зависимость проницаемости от этой нагрузки. Силовые гицроцилиндры

5 нагружаюших устройств питаются от единой гидросистемы (не показана), по этому нагрузка на стенки каждой скважины и в целом на массив передается равномерной.

Пример. Для выпопнвния указан ного способа необходимо предварительно 4О на плане горных работ выбрать место определения проницаемости, гце горный массив не поцвержен черезмерному горн му давлению. Участок выбирается вне зоны впияния взрывных и очистных работ, 45 вцапи от цепиков .Небольших размеров, вне эоны влияния опорного давления от соседних выработок япи оставпенных цепи ков на смежных пластах (есин специально не ставится задача по опредепению впияния указанных технопогических факторов на проницаемость массива), Бурится контрольная скважина циаметром 4,2 см на заданную гпубину, гдв. необходимо определить проницаемость, 55 например 5 м. Измеряется копичество буровой мепочи с каждого погонного метра скважины. Постоянство выхода мелочи

5 ;5 030702 Ь. пользуя расходомеры типа ПГ-2 и института МакНИИ, можно изучать пронипаемость в широком диапазоне встреча|ошихся условя pp - pp 4мд..

Применение предлагаемого способа позволит точнее определять пронидаемость угольных пластов в реальных шахтных условиях в глубине массива с унетом действукнцих напряжений, что необходимо для установления пути и скорости миграции газа в пласте в связи с раскрытием механизма внезапного выброса угля и газа, а также параметров дегазаиии угольных пластов. В результате может быть повышена аффективность дегазаиионных скважин, улучшено качество работ по нагнетанию воды в пласт, как метода борьбы с внезапными выбросами, и горными ударами, сокращены объемы бурения.

1030702

OOO.QOOOOO:

Составитель О..Алексеева

Редактор Л. Гратилло Техред С.Мигунова Корректор С. Шекмар

Заказ 5202/44 Тираж 873 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4