Способ определения газопроницаемости горных пород в массиве

СОЮЗ СОВЕТСКИХСООИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1 5/О 3(5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(71) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исспедоватепьскийинститут горной геомеханики и маркшейдерского депа(56) 1, Научные со я институтагорного дела им, А. инского. М1978, вып. 171, с, 47,2. Там же, с. 82.3, Авторск ьство СССРМ 362231, к 5/08, 1969(прототип) . ками и регистрации параметров фильтрационного потока, подаваемого в нагнег тельную фильтрационную камеру, размещенную в зоне впияния радиапьных нагрузок,отпичаюшийся тем что, с цепью повышения точности опредепения, вначапе осуществляют нагружение испытуемого массива путем последоватепьного оконтуривания его нагруэочными скважинами и создания в них давления, а затем выбуривают нагнетательную фипьграционную скважину, причем каждую последующую нагруоочную скважину бурят после создаши давпенпя в предыдущей.2. Способ йо п, 1, о т п и ч а ющ и й с я тем, что в зоне впияния ра- Я диапьной нагрузки допопнитепьно выбуринают арнент фипьтраниоинтю еинажину Ш на расстоянииот нагнетательной фипьт- Све рационной скважины, сообщают обе скваи жины с поверхностью массива трубками и д уз- герметизируют на глубину 0, при 8 ъ аее обще ни А. Скоч вып, 169, ое свидетепп.6018 1. ПРОНИЦАЕМОСТИ 1 ОРНЫХ ПОРОД В МАССИВЕ, заключающийся в нагружени испытуемого массива радиальными наг Ми йонй ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 801030702 А02 2 мерением расхода жидкости и деформации массива (3Недостатком известного способа явпяется ненадежность и недостоверностьрезультатов определения, что обусловлено тем, что оконтуривание целика покопьцу нарушает структуру массива. Приисследовании определенных видов пород,налример угольных пластов со слабымуглем, целик вообще изготовить нельзявспедствие разрушения породы,Белью изобретения явпяется повышение точности определения.Поставленная цель достигается тем,что согпасно способу определения проницаемости горных пород в массиве, заключающемуся в нагружении испытуемогомассива радиапьными нагрузками и регистрации параметров фильтрационного потока, подаваемого в нагнетатепьную фильтрационную камеру, размещенную в зоневлияния радиальных нагрузок, вначапеосуществпяют нагружение испытуемогомассива путем последовательного оконтуривания его нагрузочными скважинами исозцания в них давления, а затем выбуривают нагнетатепьную фильтрационнуюскважину, причем кажцую последующуюнагрузочную скважину бурят после созцания давления в предыдущей,В зоне влияния рациальной нагрузкидополнительно выбуривают приемнуюфильтрационную скважину на расстоянииг от нагнетательной фильтрационнойскважины, сообщают обе скважины с гюверхностью массива трубками и герметиэируют на гпубину , причем 0 ) г.На фиг. 1 изображена общая схема,поясняющая сущность предлагаемого способа дпя случая угольного пласта; нафиг, 2 - частный случай предлагаемогоспособа определения проницаемости, гдепусковая скважина расположена в центретрех нагрузочных скважин, а приемнаянаходится вне эоны регулируемой нагрузки; на фиг. 3 - то жв, между скважинами 3 и 4, когда фильтрационный объеммассива слева и справа ограничен зона-ми постоянного повышенного давленияот нагружающих скважин. Нагрузка ступенчато регулируется только центральными нагруэочными скважинами; на фиг. Фпример полной разгрузки пласта, когданет необходимости учитывать начальноенапряжение от вышележащих пород.Иэ подземной выработки в угопьномпласте бурят скважины 1 большого диаметра (фиг. 1). Количество скважин может быть от одной до трех и более в за 1 1 0307Изобретение относится к контропьноизмерительной технике и может найтиприменение в горной промышленности приопределении проницаемости горного массива, в том числе и опасного в отношунии внезапных выбросов угля и газаИзвестен способ определения газопроницаемости горных пород в массиве, который состоит в бурении двух параллельных скважин, нагнетания в одну из них(пусковую) газа под давлением и регистрации его расхода (дебита) в другойскважине (приемной). Измеряя давпение,расход газа и его вязкость в скважинахопределяют коэффициент газопроницаемости горного массива 11,Однако этот способ не позволяет уотановить степень влияния внешней нагрузки на газопроницаемость массива.Между тем напряжение сильно влияет наПроницаемость.Известен также способ определениягазопроницаемости, закпючаюшийся в буреяи двух параллельных скважин, запускагаза в массив и регистрации параметровпотока, причем участок массива, включающий фильтрационный объем, нагружается давильной установкой 2 .Недостатком такого способа является то, что пропцаемость можно опреде 30лить только в краевой части массива наглубине 0,6-0,8 м, так как углублениениши и монтаж давильной установки дажеиа глубине 1 м от обнажения увеличива-ет трудоемкость проведения одного опытав 4-5 раз.Э 5Кроме этого, в процессе нагруженияраскрываются кливажные трещины, которые сообщают с обнажением создаваемыйфильтрационный поток в пласте. В результате гаэ дренируется в выработку, ми 40нуя угольный массив.Наиболее близким к изобретению потехпческой сущности является способопределения гаэопроницаемости горныхпород в массиве, заключающийся в нагружении испытуемого массива радиапьныминагрузками и регистрации параметровфильтрационного потока, подаваемого внагнетатепьную фильтрационную скважину,размещенную в зоне влияния радиап,ных 50нагрузок. Для создания радиальных нагрузок выбуривают траншею по замкнутому контуру вокруг цвпика, бурят центральное отверстие - нагнвтательгю фильтрационную скважину - в цепикв и нагиетают в него воду с оцновремвнным обжатием его осевыми и радиальными нагрузками различной интенсивности с иэ(допускается разброс +200 ) свидетельствует об устойчивости скважины н пригодности участка с точки зрения вепичины концентрации напряжений в ппасте. Отступив на расстояние 1 0 м и бопее от контропьной скважины, бурят три скважины 1 (фиг. 1) диаметром 15 см длиной 5 м. Пробурив скважину, желательно ее продуть сжатым воздухом дня удаления мепких фракций угня, Устанавпивают в скважину нагружвющее устройство и, нагнетая жидкость под давлением, нагружают массив до уровня напряжений Д = уН . Этим приемом предотвращается нарушение сппошности массива вокруг пробуренной скважины от вибрации инструмента при бурении следующей скважины,Поспе бурения нагрузочных скважин 1 диаметром 150 мм и создания в них давпения бурят фильтрационные скважины 2 и 3 дпиной 4,3 м и диаметром 4,2 см на расстоянии . г0,5 м друг от друга и от центральной скважины на расстояниях по 2 Р 150 мм. Длину фипьтрационной камеры принимаем Р 30 см, длину герметизации фильтрационных скважин в зоне действия нагрузок - Р = =0,6 м.Произвоцят запуск сжатого воздуха при 20 С и давпении 5 кгс/см в скважину 2, а в скважине 3 измеряют расход газа 8,28 см и аавпение 2 кгс/см ,3 2сВычисляют коэффициент проницаемости горного массива 0,85 мР.Сбрасывают давление в лагрузочных скважинах и Определяют проницаемость при нулевой нагрузке, затем нагружающими устройствами устанавпиваем ради 2 альные напряжения вокруг скважин д 2 "25, 50, 75, 100 ит,д. кгс/см и все операции повторяются (нагнетается газ и Измеряется расход и давление и т.д.). Можно также определять проницаемость при ступенчатой разгрузке массива и при давлениях газа вплоть до . 100 ат. В результате попучаем решение задачи о впиянии внешней нагрузки и аавпения газа на газопроницаемость массива на гпубине от выработки. Можно также решать задачу о влиянии нагрузки на дегазацию природного газа из ппаста,Точность определения напряжений и газопроницаемости зависит от точности измерительных приборов, Например, при давпении 500 кгс/см и измерении его манометром класса 1,5 точность опредепения нацряжений дпя шахтных опытов достаточно высокая +7,5 кгс/см . Ио 3 10307висимости От прочности массива и сложности решаемой задачи, После буренияпервой скважины в нее дооылается нагружающее устройство 2 и осуществпяется радиапьное нагружение массива довепичины вертикальной составляющей напряжений в нетронутом массиве оо -уН,где я средняя объемная масса породной толщи, т/м; Н - глубина от земной3,поверхности, м. Затем бурят и нагружают 1 Оследующую скважину в таком же порядкеи т,д. Далее бурят скважины 3 и 4 (шпуры) мапого диаметра дпя запуска и приема газа, сообщают их фипьтрационныекамеры с выработкой и герметизируют.При усповии надежной герметизации минимапьная ее длина 3 (длина герметизации)в зоне действия радиальных напряженийдолжна быть не менее расстояния Г межцу скважинами 3 и 4.Производят запуск газа поц давпениемв фильтрационную камеру 3 и регистрируют его дебит, давление, вязкость и температуру в Обеих камерах. Вычисляют коэффициент проницаемости при давлении вмассиве эо =уН . Сбрасывают давпениев силовых ципиндрах 5 нагружающих ус 1ройств 2, что приводит к разгрузке маосива. Определяют проницаемость ппастапри нулевой нагрузке. В дапьнейшем про 30изводят ступенчатое повышение радиальной нагрузки нагружающими устройствамии опредепяют зависимость проницаемостиот этой нагрузки. Силовые гидроцилиндры5 нагружающих устройств питаются отединой гидросистемы (не показана), поэтому нагрузка на стенки каждой скважины и в целом на массив передаетсяравномерной.П р и м е р. Для выпопнения указанного способа необходимо предварительно 4 Она ппане горных работ выбрать местоопредепения проницаемости, где горныймассив не подвержен чрезмерному горнэму давлению. Участок выбирается вне зонц впияния взрывных и очистных работ, 45вдапи от целков .небольших размеров,вне зоны влияния опорного давления отсоседних выработок или оставпенных цепиков на смежных пластах (есин специально не ставится задача по опредепению 50впияния указанных технопогических факторов на проницаемость массива),Бурится контрольная скважина диаметром 4,2 см на заданную гпубину, где.необходимо определить проницаемость, 55например 5 м. Измеряется копичествобуровой мепочи с каждого погонного метра скважины. Постоянство выхода мелочипользуя расходомеры типа ПГи института МакНИИ, можно изучать проницаемость в широком диапазоне встречаошихся условий ХО - 10 мЗПрименение предлагаемого способа позволит точнее определять проницаемость угольных пластов в реальных шахтных условиях в глубине массива с унетом действующих напряжений, что необходимо для установления пути и скоростн миграции газа в пласте в связи сраскрытием механизма внезапного выброса угля и газа, а также параметров дегазации угольных пластов. В результатеможет быть повышена аффективность дегазационных скважин, улучшено качестворабот по нагнетанию воды в пласт, какметода борьбы с внезапными выбросами,1030702ГГО ОО. О О О О О:О:.Составитель О, .АлексееваРедактор Л, Гратилло Техред С.Мигунова Корректор С. ШекмарЗаказ 5202/44 Тираж 873 ПодписноеИНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская набд. 4/5Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4