Способ определения фильтрационного сопротивления массива угольного пласта Советский патент 1987 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к способам , борьбы с газодинамическими явлениями и газом в горной промышленности и может быть использовано при прогнозировании газопроявлений и расчете выделения газа в горные выработки строящихся и действующих шахт путем определения фильтрационного сопротивления массива угольного пласта.

Целью изобретения является новы- шение точности определения числовой величины фильтрационного сопротивле- ния массива нетронутого угольного пласта, деформируемого движущейся, неподвижной поверхностью обнажения пласта и выработанным пространством.

На чертеже показан массив угля выемочного столба с расположенными в ,нем зонами и скважинами, общий вид.

В нетронутый массив угольного пласта 1 выемочного столба 2, впереди забоя 3 верхней подготовительной выработки 4, в пределах между верхней границей 5 и верхней, неподвиж- ной поверхностью 6 подготовительной выработки внешней зоны 7, между нижней неподвижной поверхностью 8 подготовительной выработки и нижней границей 9 внутренней зоны 10, на расстоянии 11, превышающем влияние на массив подготовительной выработки, вкрест .напластования на всю мощность, т.е. чтобы газовые камеры находились в угольном пласте массива, бурят верхние контурные скважины 12 во внешнюю зону, нижние контурные скваясины 13 во внутреннюю зону на различных расстояниях от верхней 14 и нижней 15 поверхностей подготовительной выработки, исключающих вза- имовлияние скважин, бурят столбовую скважину 16, впереди линии забоя очистной выработки 17 с примыкающим к ней выработанным пространством 18 в середине выемочного столба между нижней границей внутренней зоны верхГ Р 1-1 г - -1

Т ri-t

(t,, )

м

м- 1,п+ 1

rv|(p -р. . у-- - (р -р .) ---1

И+1

п - номер точек замера

(п 1,2,3,,..); п-1, п+1 - интервал осреднения

по времени между но- 5 мерами точек замера п-1 и п+1;

S - площадь фильтрации газовой смеси, м J

ней подготовительной выработки и верхней границей 19 внутренней зоны 20 нижней подготовительной выработки 21 на расстоянии 22, превышающем влияние на массив очистной выработки затем отбирают пробы угля из скважин для определения его физико-химического состава, замеряют, температуру массива, герметизируют в скважинах трубки для замера газового давления и отбора проб газовой смеси от начала периода нарастания до стабилиза- ция давления в газовых камерах скважин, когда они находятся в нетронутом массиве, замеряют в газовых камерах давление газовой смеси, ее температуру и температуру массива, отбирают пробы газовой смеси,отмечают время замера, определяют физико-химический состав угля, газовой смеси и рассчитывают по формуле фильтрационное сопротивление нетро- .нутого массива.

Затем подвигают подготовительный забой к контурным скважинам и от начала периода снижения до стабилизации давления в газовых камерах, на разных участках длины между скважинами и подготовительным забоем до прохода его каждой скважины, замеряют в газовых камерах и на движущейся поверхности подготовительного забоя давление газовой смеси, температуру массива и газовой смеси, отбирают пробы газовой смеси, замеряют расстояния от скважин до движущейся поверхности забоя подготовительной выработки, отмечают время замера, определяют физико-химически состав угля, газовой смеси и рассчитывают по формуле фильтрационное сопроти вление массива деформируемого движущейся поверхностью забоя подготовительной выработ - ки.

(t,, ) )

1|rn

.

И+1

- ПЛОТНОСТЬ газовой смеси, кг/м, определяемая по формуле

t

i-1

i,(n-li n-n)

Р

,(n-l, с.4.11

де С.

i,(n-1,n-nj

p.

1 tn-1, f 1 ) 1л-1. 1

-число газов в смеси J

-доля i-ro газа в смеси j

-плотность i-ro газа в смеси, кг/м ;

-температура газовой смеси, К,

R,. - газовая постоян

,-

м

ная, Дж/(мольиК), п + п-г промежуток времени замера, с, - молекулярная масса газовой смеси, кг/моль, определяется по формуле

П-1 I n-f 1

fl h-l,h + i,(n-f,r + l) i.ln-),f,+ l)

ггтр M- молекулярная мае; Д«М4,(п-,,п.1)„a i-ro газа25

смеси, кг/моль;

In

(.-1 )Pn,nt1 n, V-h (Ci4)P.-.,./r,.,, (t,-t,.,) M

In ( )

n, (th tn) M

p -p

n-i,n - интервал осреднения по времени между

номерами точек . замера п-1 и п, п+1 - интервал осредп-1

Г1 + 1

М,П4 1

t1,h-l-1

tl- f.hi

1-1-1 |h

,Т

h,h+1 fi-1,h

нения по времени между номерами точек заме- . ра п и п+1i давление газовой смеси в соответ- ствукицих точках замера Па , давление газовой смеси в соответствующихинтервалах. Па; плотность газовой смеси в соответствующихинтервалах, кг/м i

температура газовой смеси в

50

55

0

f5

20

25

h-

1 - длина пути фильтрации газовой смеси, м,

V - ббъем газовой камеры, м ,

Р - конечное дав ление газовой смеси в камере, принятое за расчетное,Па ,

- давление газовой 1+1

смеси в камере

соответственно в п-1 и п+1 точках замера. Па, m - показатель режима движения газовой смеси m т.,,,, (при m 0,5 - режим турбулентный, при 0,3 1 - промежуточный , при m 1 - ламинарный) определяется по формуле

n, V-h .,, (t,-t,.,) M

n, (th tn) ,n n,M+l

p -p

к n.n+l

5

0

0

4.1-t,. - Ч-1

М м

П,П-И tl-1,n

Г(-1, h + 1

соответствующих интервалах,К промежутки времени между соответствующимиточками замера, с;

молекулярная масса газовой смеси в с;оответ- ствующих интервалах, кг/моль, удельное фильтрационное сопротивлениемассива угольного пласта при нелинейной фильтрации газовой смеси. Па с .

/м-

55

С момента прохода подготовительного забод мимо каждой контурной скважины дополнительно замеряют расстояния от газовых камер до верхней.

512

нижней неподвижных поверхностей обнажения пласта и подготовительного забоя, отмечают время замера и рассчитывают по формуле фильтрационное сопротивление массива деформируемо- го неподвижными поверхностями обнажения подготовительной выработки.

После оконтуривания выемочного столба подготовительными выработками подвигают очистной забой к стол- бовой и контурным скважинам, и от начала периода снижения давления до пересечения очистным забоем столбовой и нижних контурных скважин верхней подготовительной выработки на разных участках длины между очистным забоем, контурными и столбовой ,скважинами замеряют в газовых камерах скважин и на движущейся поверхности очистного забоя давление газов (температуру массива и газовой смеси, отбирают ее пробы, замеряют расстояния от контурных и столбовой скважин до движущейся поверхности обнажения забоя очистной выработки, отмечают время замера, определяют физико-химический состав угля, газовой смеси и рассчитывают по формуле фильтрационное сопротивление массива деформируемого движущейся поверхностью забоя очистной выработки,

С момента прохода очистного забоя мимо каждой верхней контурной скважины внешней зоны дополнительно замеряют расстояния от газовых камер до верхней неподвижной поверхности обнажения пласта подготовительной выработки и очистного забоя, отмечают время замера и рассчитывают по формуле фильтрационное сопротивление массива деформируемого примыкающим к нему выработанным пространством.

Удельное фильтрационное сопротивление массива при ламинарной фильтрации газовой смеси {при m 1) в угольном пласте рассчитывают по формуле

«lil.

Vvi .(t 4-i-tr -1 ) Rr

M

n-1,

tv In (

PH Pn41

де

Y

n-1,

VA+1

удельное фильтра1щон- ное сопротивление массива угольного пласта при ламинарной фильтрации газовой смеси. Па с/м.

Общее фильтрационное сопротивление массива угольного пласта на участке длиной X определяется по формуле

f

R(X,t) Jlf(X,t)o( X,

удельное фильтрационное сопротивление массива угольного пласта. Па .

Формула изобретени

0

5

0

5

0

Способ определения фильтрационного сопротивления массива угольного пласта, включаюпщй бурение контурных скважин вкрест напластования нетронутого массива впереди подготовительного и очистного забоя, в пределах зон их влияния на массив, по обе стороны от подготовительной выработки, бурение столбовых сква- 1жин в выемочный столб вне зон влияния на него очистного забоя и подготовительных выработок, с расстояниями между скважинами, исключающими их взаимовлияние, отбор проб угля из скважин для определения его физико- химического состава, замер температуры массива, герметизацию в скважинах трубок, замер газового давления в скважинах и на поверхностях обнажения массива, начиная от периода нарастания давления до стабилизации его в газовых камерах, когда скважины находятся в нетронутом массиве и

от начала периода падения давления . газов в камерах, когда скважины находятся в деформируемом массиве, и отсчет времени замера, отличающийся тем, что с целью повьше45 ния точности определения числовой величины фильтрационного сопротивле- ;ния массива угольного пласта, отбирают пробы газовой смеси в газовых камерах и на поверхностях обнажения массива, замеряют расстояние от скважин до движущихся и неподвижных по- :верхностей обнажения пласта, определяют физико-химический состав газовых смесей и при этом удельное

ее фильтрационное сопротивление нетронутого массива, деформируемого движущимся подготовительным забоем, неподвижными поверхностями обнаженк подготовительной выработки, очист50

ным забоем и выработанным пространством при нелинейной фильтрации гаг Г Мп-1,и + 1 (tnt-t -t h-i ) Rr(l-in) 1 / Mn-,,n. (РК-РП-. (P, -РП,, ) - -| J

H-I, h+ 1

b-1, П -n

- t

h-1

15

де h - номера точек замера (п 1,2,3,...), 10 п-1 и п+1 - интервал осреднения по времени

fcмежду номерами точек замера п-1 и п+1;

S - площадь фильтрации газовой смеси, м;

-плотность газовой смеси,

-температура газовой смеси, К

-промежуток времени замера. С,

Rr - газовая постоян20

25

n-i 1 n+ 1

ная, Дж/(моль-.К) : - молекулярная масса газовой смеси, кг/моль,

1 - длина дуги фильтрации газовой смеси, м,V - объем газовой камеры, .

Р| - конечное давление газовой смеси в

зовой смеси, определяют из следующего математического выражения

5

0

0

5

h-t

п+1

камере, принятое за расчетное. Па, и Р . - давление газовой

смеси в камере соответственно в п-1 и п+1 точках замера. Па;

m - показатель режима движения газовой смеси .,,„ (при m 0,5 - режим турбулентный, при 0,5 га 11 - промежуточный,при - ламинарный), - удельное фильтрационное сопротивление массива угольного пласта. Па ,

а общее фильтрационное сопротивление 0 массива угольного пласта на участке

длиной X определяют из следующего

математического выражения:

h-1,

R(X,t) I 1i(X,t)dX

..0

Редактор Г. Гербер

Составитель И. Федяева

Техред И.Попович Корректор Н. Король

7622/35

Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного-комитета СССГ

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Изобретение относится к способам борьбы с газодинамическими явлениями и газом в горной промышленности. Цель изобретения - повышение точности определения числовой величины фильтрационного сопротивления массива нетронутого угольного пласта, деформируемого движущейся неподвижной поверхностью обнажения пласта и выработанным пространством. Вкрест. напластования нетронутого массива впереди подготовительного и очистного забоя в пределах зон их влияния на массив по обе стороны от подготовительной выработки бурят контурные скважины (С). В выемочный столб вне зон влияния на него очистного забоя и подготовительных выработок бурят столбовые С. Причем С бурят с расстояниями между ними, исключающими их взаимовлияние. Затем отбирают пробы угля из С для определения его физико-химического состава, замеряют температуру массива. Для замера газо-ч вого давления в С герметизируют трубки, замеряют газовое давление в С и на поверхностях обнажения массива, начиная от периода нарастания давления до стабилизации его в газовых камерах, когда С находятся в нетронутом массиве и от периода падения давления газов в камерах, когда С находятся в деформируемом массиве, и отсчитывают время замера. Отбирают пробы газовой смеси в газовых камерах и на поверхностях обнажения массива, замеряют расстояние от С до движущихся и неподвижных поверхностей обнажения пласта, определяют физико-химический состав газовых смесей. И затем по ф-лам рассчитывают удельное и общее фильтрационное сопротивление нетронутого массива при нелинейной фильтрации газовой смеси. 1 ил. (Л to 00 СП Од