PL172883B1 - Sposób wyznaczania skłonności do tąpań pokładu węgla w warunkach naturalnego zalegania - Google Patents

Abstract

Sposób wyznaczania skłonności do tąpań pokładu węgla w warunkach naturalnego zalegania, poprzez hydrauliczne wywołanie ciśnieniową sondą i pomiar odkształcenia węgla wokół otworu wywierconego w badanym pokładzie, znamienny tym, że wykonuje się pojedynczy otwór wiertniczy o głębokości sięgającej poza najsilniej spękaną strefę przyociosową i po hydraulicznym wywołaniu odkształceniawęglamierzy część sprężystą i plastyczną odkształceń wokół tego otworu wydatkiemcieczy użytej w ciśnieniowej sondzie dla określenia znanego energetycznego wskaźnika skłonności do tąpań.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania skłonności do tąpań pokładu węgla w warunkach naturalnego zalegania, poprzez hydrauliczne wywołanie ciśnieniową sondą i pomiar odkształceń węgla wokół otworu wywierconego w badanym pokładzie.

Znany jest, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 103072, sposób wyznaczania skłonności do tąpań bezpośrednio w pokładzie węgla, poprzez wykonanie w nim dwóch otworów wiertniczych, ciśnieniowego i równoległego, sąsiedniego otworu pomiarowego. Następnie wywiera się od wewnątrz nacisk na cylindryczną ściankę ciśnieniowego otworu ciśnieniową sondą, zwiększając w pierwszej fazie równomiernie siłę tego nacisku i w drugiej fazie obniżając ją do zera, z jednoczesnym pomiarem defoimacji pomiarowego otworu sondą deformacyjną. Miarą skłonności pokładu węgla do tąpań jest stosunek energii sprężystej do energii rozproszonej, z pętli histerezy sprężystej w układzie współrzędnych nacisk - odkształcenie. Sposób ten wymaga uzyskiwania dużych dokładności w trakcie przygotowania pomiaru i podczas pomiaru, co czyni go mało przydatnym w warunkach dołowych.

Znany jest również sposób określania skłonności do tąpań pokładu węgla w warunkach naturalnego zalegania, poprzez pomiar odbojności na odsłoniętym ociosie węglowym. Węgiel na ociosie jest odprężony i zwykle silnie spękany, co fałszuje otrzymane wyniki.

Powyższe wady i niedogodności dołowych sposobów geomechanicznych starano się usunąć sposobem geofizycznym, bazującym na pomiarze prędkości propagacji podłużnych i poprzecznych fal sprężystych w pokładzie węgla. Z pomierzonych prędkości fal sejsmicznych oblicza się dynamiczny moduł sprężystości postaciowej i dynamiczny współczynnik Poissona, które stanowią podstawę do wyznaczania geofizycznego wskaźnika tąpliwości GwT. Sposób ten wymaga wykwalifikowanego personelu do prowadzenia pomiarów oraz stosowania drogiej aparatury pomiarowej, co czyni go kosztownym i wysoce specjalistycznym, a ponadto bazuje na wskaźnikach dynamicznych, podczas gdy w geomechanice powszechnie używane są parametry statyczne.

W związku z tym dotychczas w kopalniach stosuje się najczęściej laboratoryjny sposób określania naturalnej skłonności węgla do tąpań, przez liczbową wartość energetycznego wskaźnika Wet. Sposób ten polega na ściskaniu w prasie standardowych próbek węgla, pomiarze odkształceń tych próbek oraz obliczaniu energii sprężystej 0sp akumulowanej w próbce w trakcie pomiaru i energii 0st zużytej na trwałe odkształcenia. Stosunek tych dwóch energii daje wartość liczbową energetycznego wskaźnika skłonności węgla do tąpań:

Wet = 0 sp/ 0st

172 883

Jeżeli wskaźnik ten jest większy od 5 to pokład węgla uznaje się za silnie skłonny do tąpań, gdy osiąga on wartość pomiędzy 2 i 5 pokład jest słabo skłonny do tąpań, natomiast przy wskaźniku mniejszym od 2 uznaje się pokład za nieskłonny do tąpań. Sposób ten bazujący na laboratoryjnych badaniach próbek węgla ma jednak również szereg wad.

Praktycznie każdy pokład węgla charakteryzuje się bowiem dużą niejednorodnością. Występują w nim na przemian warstwy słabe, ulegające łatwo dezintegracji i warstwy mocne, wytrzymałe na obciążenia zewnętrzne. Pobranie i zbadanie próby reprezentatywnej dla pokładu jest więc bardzo problematyczne. Już w trakcie pobierania prób, a następnie podczas ich obróbki, części pokładu mniej wytrzymałe i spękane rozsypują się, co w rezultacie doprowadza do badania najbardziej wytrzymałych i zwartych fragmentów pokładu. Ponadto dochodzą inne czynniki jak zmiana zawilgocenia, odgazowanie, utlenianie węgla i tym podobne, powodujące zmianę własności próbki.

W sposobie wyznaczania skłonności do tąpań pokładu węgla w warunkach naturalnego zalegania, poprzez hydrauliczne wywołanie ciśnieniową sondą i pomiar odkształcenia węgla wokół otworu wiertniczego w badanym pokładzie, według wynalazku, wykonuje się pojedynczy otwór wiertniczy o głębokości sięgającej poza najsilniej spękaną strefę przyociosową i po hydraulicznym wywołaniu odkształcenia węgla mierzy część sprężystą i plastyczną odkształceń wokół tego otworu wydatkiem cieczy użytej w ciśnieniowej sondzie dla określania znanego energetycznego wskaźnika skłonności do tąpań. Przed wprowadzeniem ciśnieniowej sondy do otworu wiertniczego mierzy się jej odkształcenia własne w trudnoodkształcalnej, grubościennej rurze o średnicy wewnętrznej równej średnicy tego otworu.

Sposób według wynalazku umożliwia określanie powszechnie stosowanego energetycznego współczynnika skłonności do tąpań Wet bezpośrednio w warunkach naturalnego zalegania pokładu węgla. Zastosowanie tego sposobu pozwala więc na uniknięcie dotychczasowych błędów przy transmisji parametrów pomiarowych w laboratorium do warunków naturalnego zalegania. Jeżeli przy tym zachowa się identyczną jak w laboratorium metodę określania energetycznego wskaźnika skłonności do tąpań Wet, jako stosunku energii zużytej na trwałe odkształcenia, to kryterium skłonności do tąpań określone na podstawie tego wskaźnika pozostaje to same. Wynik określony sposobem według wynalazku jest wiarygodny, bo uzyskany w rzeczywistych warunkach zalegania pokładu.

Przedmiot wynalazku jest dokładniej przedstawiony w przykładzie wykonania poniżej.

W badanym pokładzie węgla wykonuje się pojedynczy otwór wiertniczy o głębokości sięgającej poza najsilniej spękaną strefę przyociosową. Na tej głębokości w otworze wiertniczym umieszcza się ciśnieniową sondę o elastycznej lub ruchomej pobocznicy i średnicy zbliżonej do średnicy tego otworu. Ciśnieniową sondę łączy się z pompką, korzystnie ręczną z wycechowanym zbiornikiem i manometrem oraz wtłacza do niej ciecz, odpowietrza układ i redukuje ciśnienie do wartości, przy której sonda ściśle przylega do otworu wiertniczego nie powodując jego odkształceń. W tej sytuacji odczytuje się stan początkowy So cieczy w zbiorniku, po czym wywołuje się hydraulicznie odkształcenie węgla w pokładzie wokół otworu wiertniczego, poprzez zwiększanie ciśnienia w sondzie do około 80% wytrzymałości R_c, tak jak przy określaniu energetycznego wskaźnika skłonności węgla do tąpań Wet w warunkach laboratoryjnych i odczytuje stan pośredni Sp cieczy w zbiorniku. Następnie redukuje się ciśnienie do początkowego i odczytuje stan końcowy Sk cieczy w zbiorniku. Różnica stanów Sk - Sp jest częścią sprężystą odkształceń 0sp, a różnica stanów So - Sk jest częścią plastyczną odkształceń 0st.

W obliczeniach uwzględnia się odkształcenia własne ciśnieniowej sondy. Wielkość tych odkształceń określa się metodą pomiarów testowych sondy w trudnoodkształcalnej, grubościennej rurze metalowej o średnicy wewnętrznej równej średnicy otworu wiertniczego wykonanego w badanym pokładzie. Wtłaczając ciecz do sondy pod różnym ciśnieniem uzyskuje się tablicę poprawek, które uwzględnia się na odkształcenia samej sondy. Odejmując od odczytanej wartości stanu pośredniego Sp cieczy w zbiorniku objętość cieczy na odkształcenia własne sondy przy danym ciśnieniu, uzyskuje się odkształcenia badanego pokładu węgla. Energetyczny wskaźnik skłonności węgla do tąpań Wet oblicza się przy pomiarach dołowych tak samo jak w pomiarach laboratoryjnych, to znaczy:

Wet = 0sp/ 0 st

172 883 gdzie 0sp i 0st są podanymi wyżej różnicami stanów cieczy w zbiorniku.

W przypadku makroskopowo stwierdzonej niejednorodności pokładu, pomiary według przedstawionej procedury wykonuje się w jego poszczególnych warstwach.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wyznaczania skłonności do tąpań pokładu węgla w warunkach naturalnego zalegania, poprzez hydrauliczne wywołanie ciśnieniową sondą i pomiar odkształcenia węgla wokół otworu wywierconego w badanym pokładzie, znamienny tym, że wykonuje się pojedynczy otwór wiertniczy o głębokości sięgającej poza najsilniej spękaną strefę przyociosową i po hydraulicznym wywołaniu odkształcenia węgla mierzy część sprężystą i plastyczną odkształceń wokół tego otworu wydatkiem cieczy użytej w ciśnieniowej sondzie dla określenia znanego energetycznego wskaźnika skłonności do tąpań.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed wprowadzeniem ciśnieniowej sondy do otworu wiertniczego mierzy się jej odkształcenie własne w trudnoodkształcalnej, grubościennej rurze o średnicy wewnętrznej równej średnicy tego otworu.