Способ контроля плоскости гидроразрыва горных пород Советский патент 1984 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к технике контроля парё1метров разрыва горных пород и предназначено для опреде ления плоскости раскрытия трещины, создаваемой гидроразрывом через сква жину. Известен способ контроля площади зоны разрыва горных пород, где в . скважине по обе стороны зародышевой трещины устанавливают электроды, замеряют между ними сопротивление, по изменению которого судят -об изменени зоны разрыва горной породы 1 . Этот способ можно применять при условии, если злектропроводность гор ных пород значительно больше электро проводности среды внутри трещины. Он не позволяет контролировать простран ственное положение плоскости гидроразрыва горных пород. Наиболее близким к предлагаемому является способ, согласно которому поданную в зону разрыва жидкость воз буждают источником переменного напряжения и одновременно измеряют межд жидкостью в трещине и разными точкаМИ- массива на его открытой поверхности величину тока смещения, по которой, судят о форме и размерах зоны гидроразрыва горных пород 12. Этот способ предназначен для конт роля указанных параметров трещины, расположенной параллельно открытой поверхности массива. Контроль за плоскостью гидроразрыва можно осуществлять лишь сосвенным путем, и позтому он имеет низкую точность. Реализация способа требует применения Iспециального оборудования. Необходи мо затрачивать большую энергию на возбуждение жидкости в трещине, что в условиях шахт и рудников,опасных по газу, пыли или внезапным выбросам, требует обеспечения особых мер техники безопасности. Целью изобретения является повЕлшение точности определения пространственного положения плоскости гидрораз рыва горных пород. Поставленная цель достигается тем что согласно способу контроля зоны гидроразрыва горных пород, включающе му подачу в зону разрыва электропроводящей жидкости, в которую вводят электрод, между электропроводящей жидкостью и буровым станком, которым бурЯт контрольные скважины, измеряют сопротивление, по изменению которого определяют моменты прохождения контрольными скважинами трещины гидрора з рыва, расстояния от трещины до откры той поверхности массива в разных точ и определяют плоскость гидроразрыва горных пород. На чертеже показана схема проведения контроля плоскости гидроразры SM ГОРНЫХ пород.. Приняты следующие обозначения: массив 1 горных пород, скважина 2, зародышевая щель 3, пакер 4, т.руба 5, трещина 6,-электрод 7, провод 8, измеритель 9 сопротивления проводник 10, буровой станок 11, буровая коронка 12, герметизатор 13. При выполнении гидроразрыва в массиве 1 бурят скважину 2, в которой создают зародышевую щель 3 и устанавливают пакер 4. в зародышевую щель через трубу 5 подают жидкость под давлением, при котором происходит гидроразрыв с образованием трещины 6. Для контроля за плоскостью гидроразрыва в заролышевую щель вводят Ълектрод 7,который через провод 8 подключают к измерителю сопротивления 9, второй электрод которого подсоединяется через проводник 10 к буровому станку 11. В разных точках массива бурят контрольные скважины и одновременно измеряют сопротивление между электропроводящей жидкостью и буровым станком 11. По резкому уменьшению сопротивления определяют моменты прохождения буровой коронкой 12 трещины б, расстояния от трещины до открытой поверхности массива и определяют плоскость гидроразрыва. При бурении каждой из последующих контрольных скважин , предыдущую герметизируют, например, пакером, чтобы через нее не вытекала из трещины подаваемая жидкость . Если в скважине 2 остается труба 5, то ее можно использовать вместо электрода 7. Предлагаемый способ основан на резком изменении сопротивления между электропроводящей жидкостью и буровым станком при прохождении буровой коронки трещины гидроразрыва, на определении координат как минимум трех точек поверхности трещины, на возможности по известным координатам , трех точек определять пространственное положение плоскости. Известно, что уравнение плоскости, .проходящей через данные точки Р« СХ, , У, ,г,) , Р2 (Хг, Уг.гХ PI ( Xj, У , ,1, не лежащие на одной прямой, имеет вид: Х ,l XzYzjJ-O Если одну из плоскостей, например f, совместить с открытой поверхностью горных пород, то два значения координат каждой из точек уравнения, в данном случае (У , УЛ } , (. , У fXa,, УЗ I определяются непосредственными измерениями на открытой поверхности массива. Для определения третьего значения точек С2,, ii , г необходимо из точек с координатами (у, jy/i ,

ОЬ («г, Vt, О), , У,, О) вос.становить перпендикуляры к открытой поверхности массива и определить расстояния до плоскости трещины.

Практически, определение укаэан.ных расстояний осуществляется бурением из точек CSJ, , У, , О) , (. Уу О I / i О , перпендикулярных к открытой поверхности массива скважин, до пересечения с трещиной г.идрораэрыва. В совокупности действий, направленных на определение моментов пересечения этих скважин с контролируемой трещиной, и состоит отличительная особенность разработанного способа от известных. При контакте буровой коронки 12 с электропроводящей жидкостью образуется замкнутая электрическая цепь: измеритель 9 сопротивления, провод 8, электрод 7, электропроводящая жидкость в трещине 6, буровая коронка 12, буровой станок 11, проводник 10, измеритель 9 сопротивления, Условие .применимости предлагаемого способа заключается в том,.чтобы сопротивление указанной замкнутой цепи было меньше кажущегося сопротивления горных пород на исследуемом участке массива т.е., чтобы в момент образования этой замкнутой цепи измеритель сопротивления четко фиксировал уменьшение сопротивления .

Основное достоинство способа заключается в том, что он прост в реализации, точен, определяет моменты прохождения дополнительных скважин только той трещины, за которой осуществляется контроль. В отличие от известных предлагаемый способ не реагирует на прохождение контрольными скважинами естественных трещин, в которые не попадает электропроводящая жидкость.

Точность способа обеспечивается прямым измерением определяемых величин . Для его реализации в условиях шахт и рудников, опасных по газу, пыли или внезапным выбросс1М достаточно наличия комбинированного прибора

ц 4382. Особых мер техники безопасности не требуется. Кроме этого, способ может применяться без отключения высоконапорной системы подачи жидкости в рабочую скважину.

Способ ресшизован на породах из песчаника и гранита на карьере. Гид роразрыв осуществлен на расстоянии 10 м относительно открытой поверхности массива горных пород. В трещину

0 закачивался водный раствор поваренной соли с добавлением красителя (с целью визуального определения поверхности трещины после ее обнажения). Сопротивление измерялось между тру5бой , по которой подавалась жидкость, и станком, которым бурили контрольные скважины. В качестве измерителя сопротивления использовался комбинированный прибор Ц 4382. Сопротивление

0 при прохождении буровой коронки контролируемой трещины уменьшалось на два порядка. Точность определения расстояния берегов трещины до открытой поверхности массива в заданных

5 точках обуславливалось в основном деформационными особенностями колонны буровых штанг. Абсолютная погреш- . ность не превышала 0,2 м.

Информация о пространственном положении плоскости трещины гидрораз0рыва используется для оценки характера напряженного состояния массива, решения таких практических задач, как выбор рациональных схем дегазации угольных пластов и управления

5 кровлей. От правильного ведения работ по гидроразрыву зависит безопасность добычи полезных ископаемых подземным способом.

Эффект от применения предлагаемо0го способа прежде всего носит социальный характер, связанный с сох анением жизни и оборудования от динамических проявлений горного массива. Он разработан с целью внедрения в

5 горную промышленность гидрЪдинаи ической стратификации монолитных прочных пород, например способа управления труднообруша;ощейся кровлей.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЛОСКОСТИ ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХ ПОРОД, включающий подачу в зону разрыва электропроводящей жидкости, в котор ую вводят электрод, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения плоскости гидрораэрыва, между электропроводящей жидкостью и буровым станком, которым бурят контрольные скважины, измеряют сопротивление, по изменению которого определяют моменты прохождения к нтpoльными скважинами трещины гидроразрыва, расстояния от трещины до открытой поверхности массива в разных точках и определяют плоскость гидроразрыва горных пород.