Способ определения давления газа в массиве горных пород Советский патент 1983 года по МПК E21F5/00 

00

О) ОС Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке выбросоопасных угольных пластов. Известен способ определения давления газа в угольном пласте, включ щий бурение шпура, из которого с по мощью кернонаборника на определенно глубине отбирается проба угля, керн наборник герметически закрывается и доставляется в лабораторию, определение общего количества газа, содер жащегося в пробе, сорбционной метан емкости угля и количества свободног газа, построение изотермы ц общей газоносности угля при различных дав лениях газа, определение по изотерм да 1ления газа в пласте fl . Недостатком способа является частичная дегазация угля при бурении шпура, извлечении и герметизации кернонаборника, что приводит к значительному занижению существующе в пласте значения давления газа. Наиболее близким по технической сущности и получаемому результату к предлагаемому является способ опр деления влияния газонасыщения на напряженно-деформированное состояние угля, включающий отбор образца в забое выработки,помещение его в каме ру, ступенчатое повышение давления газа в камере до полного газонасыщения образца, ступенчатое нагружени образца и снятие нагрузки на образец определение электросопротивления угл на каждой ступени нагружения без газ насыщения и в процессе газонасыщения образца, определение внутренних напряжений, возникающих в угле в процессе его газонасыщения 2 . Недостатком способа является отсутствие возможности учета изменения деформации газонасыщенных пород от действия гравитационных напряжений непосредственно в массиве, при этомполученные зависимости носят качественный характер, т.е. не учитывают реальных газодинамических, свойств конкретного пласта, что значительно снижает точность определени напряжений, возникающих в угле. Цель изобретения - повышение точности определения давления газа в массиве, . Поставленная цель достигается тем что- согласно способу, включайщему отбор образца в забое выработки, помещение его в камеру, ступенчатое повышение давления таза в камере до полного газонасыщения образца, ступенчатое нагружение образца и снятие нагрузки с образца, в массиве определяют разность между наибольшиьт и установившимися относительными деформациями горной породы, в камере в процессе снятия нагрузки на образе определяют его обратные деформации, а за величину давления газа в горной породе принимают такое значение давления газонасыщения, при котором относительные обратные деформации образца породы совпгшают с разностью относительных деформаф1й массива, при этом осевая нагрузка на всех ступенях нагружения не превьш1ает геостатического давления горных пород на глубине, для которой производится определение давления газа в массиве. ; Способ осуществляется следующим образом. Первоначально в шахтных условиях производят оценку напряженно-деформационного состояния участка массива методом разгрузки, например в варианте торцовых измерений, а именно, определяют наибольшие и конечные установившиеся относительные деформации Массива и определяют их разность (лЕц1 ). Затем отбирают образец горной породы стандартных размеров. Дальнейшее выполнение способа осуществляют в лабораторных условиях. Образец горной породы помещают в камеру высокого давления и ступенями равными 0,5 МПа помещают в ней давление газа до полного газонасыщения. Затем нагружают образец по схеме нагружения j (j2 dj (схема нагружения Кармана), где (j - осевое давление, (jrt и G-j - боковые давления на Образец. После нагружения давления в камере сбрасывают и фиксируют обратные деформации образца в процессе его разгрузки. Определяют разность между наибольшей и конечной установившейся относительными деформациямий ,- .. .л и сравнивают полученное значение с полученной разностью деформаций в шахте Л S Ц . Газонасыщение и нагружение образца, сброс давления газа и определение разности между наибольшими и конечными установившимися деформациями повторяют до тех пор, пока величина д Е совпадает по величине с йЕш . Измерение давления гааа в выбросоопасном массиве по предлагаемому способу экспериментально проверялось в натурных условиях на шахте им. АоА. Скочинского ПО Донецкуголь при проведении выработок по выбросоопасным пластам в околоствольном дворе в вентиляционной сбойке пласта . Ь качестве противовыбросного ероприятия применялась разгрузочная ель по контуру выработки, которая бразовалась установкой У1Д-2Мз, Данная установка позволяет за одну заходку исполнительного органа образовывать плоскую щель глубиной 2,2 м, шириной 0,18 м и толщиной ,02 м. В заранее выбранной части выработки устанавливалась замерная станция, представляющая собой четыре репера.

Репера изготовлялись из круглого метачлического профиля диаметром 0,036.м и заделывались в массиве в заранее пробуренных керновых скважинах песчано-цементным раствором.

После этого замерная станция обуриЕялась 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 ЛЕц, , обус- ловленнае наличием газа в массиве

,

Из проб песчаника,полученных при бурении керновых скважин,изготовлялись образцы с плоскопаргшлельными торцами. Для достижения результатов на эти образцы наклеивались тензодатчики, после чего образец помещался в установку высокого давления, работающую по схеме Кармана ( з ) которой осевая нагрузка создавалась прессом, а боковая - газом, которым также создавалось и газонасыщёние образца. Давление газа в камере поднималось на величину равную 0,5 МПа, вьщерживалось во времени до полного газонасыщения образца, а затем прикладывалась осевая нагрузка, совпгщакнцая по величине с гравитационным давлением горных пород на глубине залегания пласта. После чего нагрузка

сбрасывсшась в течение времени, не превышающего 1 с, путем выключения насоса пресса и открытия вентилей, регулирующих подачу масла в насос. По показаниям шлейфового осциллограO фа, регистрирующего деформации образца в процессе нагрузки, устанавливалась величина обратных деформаций (А), которая сравнивалась с приращением деформаций массива при разгрузке измерительной станции заложенной в массиве щелью. При л - дЕ давление в камере опять повышали на 0,5 МПа, и эксперимент повторяли по схеме, описанной выше. Эксперименты прекращали при еевпадении значений определеяемых параметровдЕ , 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, 0 при измерении не используется давление газа в образце, значение которого неустойчиво из-за дегазации образца при его отборе, хранении проб.

Более точное определение величины 5 горного давления в пласте позволяет повысить безопасность работ на газоносных пластах.

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.