Способ определения давления газа в массиве горных пород

НИХООНаэщаепа ЦРЕ 2 фС 0 НЕЫд ФАТЕРьпбф цД БЩццщ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСН УДАРСТВЕННЫР КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИР И ОП 4 РЫТИЙ(72) В,С. Маевский и М.И. Вольшинский (71) Государственный макеевский ордена Октябрьской Революции научноисследовательский институт по безопасности работ в горной проьишленности(56) 1. Временное руководство по прогнозу выбросоопасности угольных пластов Донецкого бассейна при геологоразведочных работах, ИГД им.А.А.Ско чинского, М., 1980, с. 30-372. Большинский М.И., Маевский В,С, Исследование влияния гаэонасыщения на напряженно-деформированное состояние угля. - Научные сообщения ИГД им. А.А.Скочинского, 1977, В 157, с. 79-83 (прототип).(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включаю щий .отбор образца в забое выработки,помещение его в камеру, ступенчатое повышение давления газа в камере до полного газонасыщения образца, ступенчатое нагружение образца и снятие нагрузки с образца, о т л и ч а ю - щ и й с я 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 величину давления газа в горнбй породе принимают такое значение давления газо- насыщения, при котором относительныеобратные деформации образца породы 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 произво- Я дится определение давления газа в массиве, 108468Изобретение относится к горномуделу и может быть использовано приразработке выбросоопасных угольныхпластов.Известен способ определения давления газа в угольном пласте, включаю 5щий бурение шпура, иэ которого с помощью кернонаборника на определеннойглубине отбирается проба угля, кернонаборник герметически закрывается идоставляется в лабораторию, определение общего количества газа, содержащегося в пробе, сорбционной метаяоемкости угля и количества свободногогаза, построение изотермы и общейгаэоносности угля при различных давлениях газа, определение по иэотермедавления газа в пласте 1 .Недостатком способа являетсячастичная дегаэация угля при бурении шпура, извлечении и герметизации кернонаборника, что приводит кзначительному занижению существующегов пласте значения давления газа,Наиболее близким по техническойсущности и получаемому результату 5к предлагаемому является способ определения влияния газонасыщения нанапряженыо-деформированное состояниеугля, включающий отбор образца взабое выработки, помещение его в каме- З 0ру, ступенчатое повышение давлениягаза в камере до полного газонасыщения образца, ступенчатое нагружениеобразца и снятие нагрузки на образец,определение электросопротивления угляна каждой ступени нагружения без газо-насыщения и в процессе газонасыщенияобразца., определение внутренних напряжений, возникающих в угле в процессе его газонасыщения 2 .Недостатком способа является отсутствие воэможности учета изменения деформации газонасыщенных породот действия гравитационных напряжений непосредственно в массиве, приэтом полученные зависимости носят 45качественный характер, т,е. не учитывают реальных газодинамическихсвойств конкретного пласта, что зна.чительно снижает точность определениянапряжений, возникающих в угле50Цель изобретения - повышение точности определения давления газа вмассиве,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу, включайяцемуотбор образца в забое выработки,помещение его в камеру, ступенчатоеповышение давления газа в камере дополного газонасыщения образца, ступенчатое нагружение образца и снятиенагрузки с образца, в массиве определяют разность между наибольшимии установившимися относительными деформациями горной породы, в камерев процессе снятия нагрузки на образецопределяют его обратные деформации, 65 а за величину давления газа в горной породе принимают такое значение давления газонасыщения, при котором относительные обратные деформации образца породы совпадают с разностью относительных деформа(ий массива, при этом осевая нагрузка на всех ступенях нагружения не превышает 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, опре деляют наибольшие и конечные установившиеся относительные деформации Массива и определяют их разность( ды ), Затем отбирают образец горной йороды 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 гаэонасыщения, ;.)атем нагружают образец по схеме нагружения бб =бэ(схема нагружения Кармана), где б;) - осевое давление,и.б - боковые давления на ббра 2эец, После нагружения давления в камере сбрасывают и фиксируют обратные деформации образца в процессе его разгрузки. Определяют разность между наибольшей и конечной установившейся относительными деформациямидЕ,д(:.и и сравнивают полученное значение с полученной разностью деформаций в шахте д ЯШ , Газонасыщение и нагружение образца, сброс давления газа и определение разности между наибольшими и конечными установившимися деформациями повторяют до тех пор, пока величина Ь С совпадает по величине сдбщ.Измерение давления гаэ.а в выбросоопасном массиве по предлагаемому способу экспериментально проверялось в натурных условиях на шахте им, А,А, Скочинского ПО "Донецкуголь" при проведении выработок по выбросоопасным пластам в околоствольном дворе в вентиляционной сбойке пласта Ь 4 зЬ 7, В качестве противовыбросного мероприятия применялась разгрузочная щель по контуру выработки, которая образовалась установкой УЩМз. Данная установка позволяет за одну заходку исполнительного органа образовывать плоскую щель глубиной 2,2 м, шириной 0,18 м и толщиной 0,02 м. В заранее выбранной части выработки устанавливалась эамерная станция, представляющая собой четыре репера.э 1008468 ш щах Е цет,Составитель Г. ВасючковаТехред А.Ач . Корректор М, Шароши Редактор С, Пекарь Заказ 2300/46 Тираж 442 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент",.г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Репера изготовлялись из круглого металлического профиля диаметром 0,036. м и заделывались в массиве в заранее пробуренных керновых скважинах песчано-цементным раствором.После этого эамерная станция обуривалась 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 йЕ 1 , обусловленное наличием газа в массиве Из проб песчаника, полученных при бурении керновых скважин,изготовлялись образцы с плоскопараллельными торцами. Для достижения результатов на эти образцы наклеивались тенэодатчики, после чего образец помещался в установку высокого давления, работающую по схеме Кармана (б 16= 63 ), в которой осевая нагрузка создавалась прессом, а боковая - газом, которым также создавалось и газонасыщение образца. Давление газа в камере поднималось на величину равную 0,5 МПа, выдерживалось во времени до полного газонасыщения образца, а затем прикладывалась осевая нагрузка, совпадающаяпо величине с гравитационным давлением горных пород на глубине залегания пласта. После чего нагрузкасбрасывалась в течение времени, непревышающего 1 с, путем выключениянасоса пресса и открытия вентилей,регулирующих подачу масла в насос.По показаниям шлейфового осциллогра фа, регистрирующего деформации образца в процессе нагрузки, устанавливалась величина обратных деформаций(ьЕ), которая сравнивалась с приращением деформаций массива при раэ грузке измерительной станции заложенной в массиве щелью. При ас а Я "давление в камере опять повышали на0,5 МПа, и эксперимент повторялипо схеме, описанной выше, Эксперименты прекращали при ссвпадении значений определеяемых параметровьЯ =аЕ",по которым принимали давление газав массиве совпадающим с давлениемгаза в камере. Применение предлагаемого способаобеспечивает более высокую точностьполученных результатов, так как отпадает необходимость в примененииразличных герметизирующих устройств, ЗО при измерении не используется давление газа в образце, значение которогонеустойчиво иэ-за дегаэации образцапри его отборе, хранении проб.Более точное определение величины 35 горного давления в пласте позволяет"повысить безопасность работ на газоносных пластах.