Способ определения высоты зоны флюидопроводящих трещин в массиве осадочных горных пород Советский патент 1985 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу и подземному строительству и может быть использовано для оценки условий подземной выемки полезных ископаемых, а также производства других подземных горных работ в массивах осадочных горных пород под источниками обводнения, скоплениями газов и других флюидов, Известен способ определения высо ты зоны водопроводящих трещин над выработанным пространством, основан ньй на измерении горизонтальных сдв жений горных пород и скорости оседа ния слоев. В зависимости от соотношения измеренных параметров делается вывод о высоте зоны водопроводящих трещин рЗ . Этот способ сложен в осуществлении, так как требует большого объема буровых работ для измерения горизонтальных сдвижений горных пород Наиболее близким к предлагаемо му является способ определения высо ты зоны флюидопроводящик трещин в массиве осадочных горных пород, вкл чающий измерение деформации слоев подработанной толщи горных пород над горной выработкой и сравнение полученных величин с критическими. При этом измеряется кривизна слоев пород, превьшение которой критического значения, как предполагается, приводит к образованию флюидопроводящих трещин И. Однако известный способ не всегд дает достоверный результат, так как искривление слоев не всегда приводи к образованию фпюидопроводящих трещин, например, в случае их выклинивания, и наоборот, в случае деформа ции растяжения слои не искривляются а в то же время происходит образова ние флюидопроводящих трещин. Цель изобретения - повышение дос товерности получаемых результатов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения .высоты зоны флюидопроводящих трещин в 1ассиве осадочных пород, включающему измерение деформации слоев подработанной толш горных пород над горной вьфаботкой и сравнение полученных величин с критичес кими, измеряют величину оседания слоев горных пород, а высоту зоны флюидопроводящих трещин определяют как расстояние от кровли вьфаботки 02... до ближайшего слоя пород, величина оседания которого не превышает критическую. На чертеже представлен пример определения высоты зоны флюидопроводящих трещин. Найденные значения величин оседания слоев горных пород сравнивают с критическими значениями, соответственно литоло1ической принадлежности слоя, эта операция производится последовательно со всеми слоями горных пород вверх от выработанного простр нства. Таким образом находится тот слой, величина оседания которого не превьшает критическзто, который и принимается за граничный слой зоны флюидопроводящих трещин. Расстояние от зтого слоя до выработаиного пространства равно высоте зоны флюидопроводящих трещин. Сущность способа определения высоты зоны флюидопроводящих трещин основана на установленных связях между деформациями слоистого массива горных пород и его трещинной проницаемостью. Границей зоны служит ближайщий к вьфаботанному пространству слой горных пород, проницаемость которого в направлении нормали к напластованию равна естественной. В качестве граничных выступают те слои, оседание которых носит связный без образования трещин характер. Исследования показали, что явление связного оседания наблюдается в том случае, если величина оседания слоя на момент завершения активной стадии сдвижения не превысит критического значения: для слоев аргиллитов, алевролитов, глинистых песчаноглинистых сланцев 1,20 м, слоев песчаников и конгломератов 0,30 м, слоев известняков 0,90 м. При более значительном оседании происходит качественное изменение в характере деформаций, необратимое изменение относительного расположения блоков, на которые разделяются при сдвижении слои,и в массире на контактах блоков консервируются открытые трещины. Критическая величина оседания не зависит от прочностных свойств пород в весьма широком диапазоне. В массивах почти исключительно песчаников прослои аргиллитов, алевролитов, глинистых и песчаноглинистых сланцев мощнос31

тью менее 3 м нарушаются при сдвижении песчаниками и, следовательно, критическая величина их оседания равна критической величине оседания слоев песчаников.

Повышенную проницаемость приобретают те слои, величина оседания которых превышает критическую. В состав зоны водопроводящих и флюидопроводящих трещин входят поэтому те области массива, где величина оседания всех слоев горных пород превышает критическую, и которые

н :римыкают к выработанному пространству. Своего максимума высота .зоны достигает к моменту завершения активной стадии сдвижения массива горных пород. В качестве расчетных значений критических величин оседания могут быть приняты с учетом погрешностей измерений и фиксации завершения активной стадии сдвижения: для слоев аргиллитов, алевролитов, глинистых и песчаноглинистых сланцев, мощностью менее 3 м в массивах песчаников, слоев песчаников и конгломератов 0,35 м, слоев аргиллитов, алевролитов, глинистых и песчаноглинистых сланцев 1,30 м, слоев известняков 0,95 м.

Способ определения высоты зоны флюидопроводящих трещин реализуется следующим образом.

Устанавливается геологический разрез толщи горных пород над выработанным пространством в том ее пункте, где требуется определить высоту зоны. Затем до начала сдвиения массива на участке разработки организуется наблюдательная сеть реперов, производятся наблюдения за их перемещением и устанавливается величина их оседания под влиянием горных работ. Репера закладываются в слоях горных пород вблизи предполагаемой границы зоны флюидопроводящих трещин. В качестве пунктов заложения рекомендуется принимать слои пород, характеризующиеся максимальной величиной критического оседания. Если ставится цель выяснения возможности распространения флюидопррводящих трещин а всю мощность исследуемого интерала разреза толщи пород, репер устанавливается в кровле этого интервала, например, на земной поверхности. Наблюдения за перемещением реперов

629704

производятся периодически, что позволяет установить текущее значение высоты распространения флюидопроводящих трещин на любой заданный момент замера, либо раза в заключительный этап активной стадии сдвижения массива, что дает возможность определить максимальное значение высоты зоны флюидопроводящих

10 трещин. Затем выполняются операции, иллюстрируемые на чертеже.

Строится литологическая колонка подработанной породной толщи (в приведенном примере применения предлагаемого способа в конкретных условиях на литологической колонке обозначены: алевролиты 1, аргилли) ты 2, песчаники 3, выработанное пространство 4, репера 5 и рядом с

20 ней, например, справа - две полуоси прямоугольной системы координат. Начало координат соответствует подошве нижнего слоя подработанной толщи, т.е. кровле вьфаботанного пространства. Ось ординат ориентируется параллельно оси литологической колонки. Затем строится кривая фактического оседания слоев горных пород Г в разрезе толщи, после чего напротив кажJQ дого слоя строится в системе координат прямоугольник критических деформаций D, примыкающий одной стороной к оси ординат - оси расстояний от выработанного пространства и вытянутой вдоль оси абсцисс - оси оседаний породных .слоев в разрезе толщи. Соответствующие стороны прямоугольника равны мощности слоя на оси расстояний и критической величине оседания на оси оседаний. Положению границы зоны флюидопроводящих трещин Е-Е отвечает ближайщая к выработанному пространству точка пересечения кривой Г и стороны прямоугольника критических деформаций D. Ордината этой точки равна искомому параметру - высоте зоны флюидопроводящих трещин Н.

За счет использования более надежного показателя условий формиро- , вания флюидопроводящих трещин, не завис.ящего существенно от методики определения и физико-механических свойств пород, достигается значительное повьщтение точности определения .высоты, зон флюидопроводящих трещин. Этого же эффекта удается добиться путем учета структурных особеннос51162970

тей подработанной толщи горных пород за счет последовательной проверки возможности включения в состав

зоны всех поочередно породных слоев вверх , от выработанного про- , странства.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ ЗОНЫ ФЛЮИДОПРОВОДЯЩИХ ТРЕЩИН В МАССИВЕ ОСАДОЧНЫХ ТЮРЖК ПОРОД, включакяций измерение деформаций слоев подработанной толщи горных пород над горной вьфаботкой и сравнение полученных величин с критическими, отличающийся тем, что, с целью повьшения достоверности получаемых результатов, измеряют величину оседания слоев горных пород, а высоту зоны флюидопроводящих трещин определяют как расстояние от кровли вьфаботки до ближайщего слоя пород, величина оседания кото- г рого не превьщ1ает критическую.

5 5

Оседание слаёб горныл nopodj м