Способ определения напряжений в призабойной зоне газоносного пласта полезного ископаемого Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному депу и может быть использовано при разработ. ке месторождений полезных ископаемых, в том числе угольных пластов. Известен способ оценки изменений напряженного состояния угольного пласта по величине давления жидкости в гидравлическом датчике tilОднако 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 элемента массива при искусственной его разгрузке. Для определения напряженного состояния массива бурят скважину диаметром . 76 мм, твердосплавной коронкой шлифуют ее торец и на него с помощью специаль ного досыпателя наклеивают розетку из 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 t Однако определение напряжений по деформациям возможно лишь на породах, обладающих достаточными упругими и прочностными свойствами, обеспечивак ШУ1МИ сохранность 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.

3lOO eVe4

кроме того, данный способ характер - действующих на пласт напряжений, позуется большой труйоемкостью работ поскольку с их увеличением газопроницаеизмерению 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 1О человеко-смен. Причем к недостаткам способа относится также необходимость использования громоздг ого оборудования, требующего применения чрезмерных физических усиЦелью изобретения является снижение трудоемкости измерений и обеспечение возможности измерений на слабых, препарированных пластах. Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения напряжений в призабойной зоне газоносного пласта полезного ископаемого, включающему бурение скважин, в процессе бурения скважины измеряют эффективную газоносность пласта, а напряжения в пласте в пределах их роста до значения -jp Н оп ределяют по формуле () (), - - максимальное стабилизировав шееся знагчение эффективной газоносности пласта, м-/т; Vy - величина эффективной газоносности пласта на различных рас стояниях от забоя, тр - объемный вес вышележащих пород, Н - глубина заложения выработки, м; Ga - напряжение на поверхности загбоя, определяемое при бурении первого метра скважины диаметром 42 мм, при скорости подачи О,017 м/с и 11,67 Л/с оборотов штанги по формуле 3 0,00147 0,246 (МПа), где Р - усиление подачи бурового инстру мента, кгс. Сущность изобретения заключается в следующем. Совместными измерениями газоносности и напряжений в призабойной зоне плас тов Наталия - (2 и Смоляниновский 1i-j на шахтах Ксжыунист ПО Шахтер скантрацит и Кировская ПО Донецкуголь, установлено,что размер дегазированной части пласта зависит от уровня мость 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 значений тН. Причем кривая роста газоносности пЪвторяет эпюру Спряжений. С целью повышения надежности измерений и исключения трудоемкого процесса отбора проб угля и лабораторного определения его остаточной газоносности,вместо о шей газоносности пласта рекомендуется определять только его эффективную газокосность, На фиг. 1 приведены эпюры изменения эффективной газоносности К и напряженного состояния б в призабойной зоне пласта полезного ископаемого, где приняты следуюите обозначения: У- - объемный вес вышележащих пород, кг/см ; Н - глубина заложения выработки, м; т- напряжения вблизи кромки забоя, - зона отжима и пониженных напряжений, на границе которой прекращается рост эффективной газоносности X вследствие увеличения напряжений в пласте до J-H, м; X - расстояние от забоя до точки определения напряжений в пласте, м; Ху- величина эффективной газоносности пласта на расстоянии X от забоя, (Эр( - напряжение в пласте на расстоянии X от забоя, МПа; на фиг. 2 - известное устройство ПИГ-2 для осуществления предлагаемого способа. Устройство содержит забой KJ работки 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 О до -Y-H можно определять исходя из установленного а&торами подобия эпюр напряжений и эффективной газоносности пласта в призабойной зоне следующим образом, Согласно фиг, 1 величшгу напряжений в пласте на расстоянии X отношеот забоя можно получить из . ° ТГ I тогаа 6..-JL ()з (Я Отметим, что на фиг. 1 изображены эпюры изменения напряжений и газоносности пласта в зоне влияния подготов тельной выработки, где практически отсутствует участок кониентрашт напряжений. Имеющая место впереди забоев очистных выработок зона концентрации напряжений расположена за пределами зо .отжима и пониженных напряжений 2 и на предложенный способ определения напряже НИИ влияния не оказывает. Способ определения напряжений осуществляется следующим образом (см. фиг. 2). В забое выработки 1 с помощью анкер ного болта 2 фиксируют, например, известное устройство 3 для измерения газо носности пласта. К устройству 3 подключают газосчетчик 4, штыбосборник 5 и герметизатор в, надетый на буровую штангу 7. Затем подключают ручное cBej ло 8 и укрепляют на нем динамометр 9. Первый метр скважины бурят со скорость 0,017 м/с, и динамометром 8 измеряют величину усилия подачи штанги 7. В процессе бурения каждого интервала скважины измеряют объем газа, выделяю щегося при бурении и расштыбовке, дебит газа перед началом и после окончания бурения, время бурения и массу выделившего штыба. Эффективную газоносность подсчитывают по формуле Х -l:ife 52)V524(M3/. (л/кг Р(2) где (, с,,- фоновое газовыделение до и после бурения интервала сква жины, л/мин; -LI - продолжительность бурения интервала скважины, мин; 12 - продолжительность расштыбов ки и измерения фонового газовыделения qr мин; V - объем газа, выделившегося за время t и 2; Р - масса выбуренного штыба, к Поинтервальные измерения эффективной газоносности пласта продолжают до 100 786 глубины Б (см. фиг. 1), на которой ее рост прекращается. Величину напряжения , поинтервал ные значения эффективной газоносности Хх . а также величину, стабилизировавшейся эффективной газоносности пласта Xj подставляют в формулу (1) и определяют напряжения э„ в призабойной зоне пласта одновременно на всем интервале их роста до гравитационных значений трН. 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 раэработок, финансовых вложений и больших сроков. Формула изобретения Способ определения напряжений в призабойной зоне газоносного пласта полезного ископаемого, включаюхций бурение скважин, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости измерений и обеспечения возможности измерений на слабых, препарированных плао д, в процессе бурения скважин измеряют эффективную газоносность пласта, а напряжения в пласте в пределах их роста д значения тг Н опредегают по формуле х;-()з(«Ь д - максимальное стабилизировавшееся значение эффективной газоносности пласта, j/ - величина эффективной газоносности пласта на расстояниях от забоя, м /т; от - объемный вес вышележащих по0. -1. род, м-/т; Н - 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 d 0,00147 р2- 0,246 (МПа), - усилие подачи бурового инструмента, кгс.

Источники информации, принятые во внимание при эксяюртше

1. Фстлин Л. Б. Новый метод исхгледования напряженного состоян б1 выбросоtxiacHoro пласта и определение itapaMeT ров опережающих скважин. - В сб.; Борьба с внезапными выбросами в угольных шахтах. М., Госгортехвздат, 1962.

2. Руководство по применению метода разгрузки для определения напряженного состоянии в глубине горных массивов на породах слабой и средней крепости. Л., ВНИМИ, 1968.

/, Уг

f/g

ф1/г.г