SU1030702A1

SU1030702A1 - Method of determination of rock mass penetrability

Info

Publication number: SU1030702A1
Application number: SU823391160A
Authority: SU
Inventors: Ананий Ильич Нимец; Станислав Леонидович Романовский; Вячеслав Николаевич Монахов
Priority date: 1982-01-11
Filing date: 1982-01-11
Publication date: 1983-07-23

Abstract

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГОРНЫХ ГОРОД В МАССИВЕ, заклю1ающийс в нагружении испытуемого массива радиальными нагрузками и регистраш1 и параметров фильтрационного потока, подаваемого в нагнетательную фильтрационную камеру, размещенную в зоне вли ни радиальных нагрузок , отличающийс тем, что, с цепью повышетта точности определени , вначале осуществл ют нагружение испытуемого массива путем последовательного оконтуривани его нагрузочными скважинами и создани в них давлени , а затем выбуривают нагнетательную фильтрационную С1сважину, причем калсдую последующую нагрузочную сквансину бур т после создашш давлени в предыдущей. 2. Способ По п. 1, о т л и ч а ю щ и и с тем, что в зонв вли ни ра- § диальной нагрузки дополнительно выбури- (Л вают приемную фильтрационную сжважину на рассто нии t от нагнетательной фильтрационной скважины, схюбщают обе сква- I жинь с поверхностью массива трубками и с герметизируют на глубину В , при В Я. . со о о ю 1. METHOD FOR DETERMINING THE PERMEABILITY OF MOUNTAIN TOWNS IN MASSIF, which consists in loading the test array with radial loads and register and parameters of the filtration flow supplied to the injection filtration chamber, located in the zone of influence of radial loads, characterized in that, load the test array by sequentially delineating it with loading wells and creating pressure in them, and then the injection filter is drilled a well C1, well, and the subsequent load squeeze is boiled after the pressure created in the previous one. 2. Method According to p. 1, that is, with the fact that in the zone of influence of the radial load an additional drill is drilled (L of the receiving filtration borehole at a distance t from the injection filtration well, both wells with the surface of the massif are sealed with tubes and with a depth of B, with V Ya.

Description

Изобретение относитс к контропьноизмернтепьной технике и может найти Применение в горной промышленности при опреДепетга прошшаемости горного маосива , в том числе и опасного в отношедаи внезапных выбросов угп и газа,, Известен способ опредепени газопро ницаемости горных пород в массиве, ko торый состоит в бурении двух параппепьных скважин, нагнетани в одну из них (пусковую) газа под давлением и регистрации егчэ расхода (дебита) в другой скважине (приемной). Измер давление, расход газа и его в зкость в скважинах определ ют коэффициент газопроницаемоети горного массива 1 , Однако этот способ не позвол ет установить степень вли ни внешней нагрузки на газопроницаемость массива. Между тем напр жение сильно вли ет на проницаемость. Известен такисе способ определени газопроницаемости, заключающийс в бурещ1И двух параллельных скважин, запуск газа в массив и регистрации параметров потока, причем участок массива, включающий фильтрационный объем, нагружаетс давильной установкой 2 , Недостатком такого способа вл етс то, что прошшаемость можно опреде- лить только в краевой части массива на глубине 0,6-0,8 м, так как углубление ниши и монтаж давильной установки даже на глубине 1 м от обнажени увеличивает трудоемкость проведени одного опыта в 4-5 раз. Кроме этого, в процессе нагружени раскрываютс ктшажные трещины, которые сообщают с обнажением создаваемый фильтрационный поток в пласте. В резуль тате газ дренируетс в выработку, мину угольный массив. Наиболее близким к изобретению по техтмеской сущности вл етс способ определени газопроницаемости горшых пород в массиве, заключающийс в агру жении испытуемого массива радиальными нагрузками и регистрации параметров фильтрационного потока, подаваемого в нагнетательную фильтрационную скважину paзмeщe шyю в зоне вли 1та радиальных нагрузок. Дл создани радиальных нагрузок выбуривают траншею по замкнутому контуру вокруг целика, бур т центральное отверстие - нагнетателыг ю филь рационную скважину - в целике и нв.гне тают в него воду с одновременным обжатием его осевыми и радиальными нагрузками различной интенсивности с измерением расхода жидкости и деформации массива 3 . Недостатком известного способа вл етс ненадежность и недостоверность результатов определени , что обусловлено , что оконтуривание целика по кольцу нарушает структуру массива. При исследований определенных видов пород, 1таПример угольных пластов со слабым углем, целик вообще изготовить нельз вследствие разрушени породы. Целью изобретени вл етс повышение точности определени . Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу определени проницаемости горных пород в массиве, заключающемус в нагружении испытуемого массива радиальными нагрузками и регистрации параметров фильтрационного потока , гюдаваемого в нагнетательную фильтрационную камеру, размещенную в зоне вли ни радиальных нагрузок, вначале осуществл ют нагружение испытуемого массива путем последовательного оконту- ривани его нагрузочными скважинами и создани в них давлени , а затем выбуривают нагнетательную фильтрационную скважину, причем каждую последующую нагрузочную скважину бур т после создани давлени в предыдущей. В зоне в и ш радиальной нагрузки дополнительно выбуривают приемную фильтрационную скважину на рассто нии г от нагнетательной фильтрационной скважины, сообщают обе скважины с nt верхностью массива трубками и герметизируют на глубину 6 , причем 2 г. На фиг. 1 изображена обща схема, по сннюща сущность предлагаемого способа дл случа угольного пласта; на фиг. 2 - частный случай предлагаемого способа определени проницаемости, где пускова скважина расположена в центре трех нагрузочных скважин, а приемна находитс Biis зоны регулируемой нагрузки; на фиг. 3 - то же, между скважинами 3 и 4, когда фильтрационный объем массива слева и справа ограничен зонами посто нного повышенного давлени от нагружающих скважин. Нагрузка cтз пенчато регулируетс только центральными нагрузочными скважинами; на фиг. 4 пример полной разгрузки пласта, когда нет необходимости учитывать начальное напр жение от вышележащих пород. Из подземной выработки в угольном пласте бур т скважины 1 большого диаметра (фиг. 1). Количество скважин может бьгть от одной до трех и более в зависимости от прочности массива и спожности решаемой задачи. Поспе бурени первой скважины в нее дооылаетс нагружающее устройство 2 и осуществп етс радиапьное нагружение массива до ветечины вертикальной составл ющей напр жений в нетронутом массиве , где 0- средн объемна масса породной тотди, Н - глубина от земной поверхности, м. Затем бур т и нагружают следующую скважину в таком же пор дке и т.д. Далее бур т скважины 3 и 4 (шпу ры) малогчэ диаметра дл запуска и приема газа, сообщают их фильтрационные камеры с выработкой и герметизируют. При условии надежной герметизации минимальна ее длина (длина герметизации в зоне действи радиальных напр жений должна быть не менее рассто ни г меж ду скважинами 3 и 4. Производ т запуск газа под давлением в фильтрационную камеру 3 и регистрируют его дебит, давление, в зкость и тем пературу в обеих камерах. Вычисл ют коэффициент проницаемости при давлении в массиве зд . Сбрасывают давление в силовых цилиндрах 5 нагружающих устройств 2, что приводит к разгрузке массива . Определ ют проницаемость пласта при нулевой нагрузке. В дальнейшем производ т ступенчатое повышение радиальгной нагрузки нагружающими устройствами и определ ют зависимость проницаемости от этой нагрузки. Силовые гидроцилиндры 5 нагружающих устройств питаютс от единой гидросистемы (не показана), поэтому нагрузка на стенки каждой скважины и в целом на массив передаетс равномерной. Пример. Дл выполнени указанного способа необходимо предварительно на плане горных работ выбрать место определени проницаемости, где горный массив не подвержен чрезмерному горному давлению. Участок выбираетс вне зовц вгашни взрывных и очистных работ, вдали от цепиков .небольших размеров, вне зоны вли ни опорного давлени от соседних выработок или оставленных цепи ков на смежных пластах (ески спешшл но не ставитс задача по определению вли ни указанных технологических факторов на проницаемость массива). Буритс контрольна скважина диаметром 4,2 см на заданную глубину, где необходимо определить прошшаемость, ншфимер 5 м. Измер етс количество буровой мелочи с каждого погонного метра скважины. Посто нство выхода мелочи 10 2 ( допускаетс разброс +20%) свидетельствует об устойчивости скважиньг и пригодности участка с точки зрени вепичины концентрации напр жений в пласте. Отступив на рассто ние 1О м и более от контрольной скважины, бур т три сква- жины 1 (фиг. 1) диаметром 15 см длиной 5 м. Пробурив скважину, желательно ее продуть сжатым воздухом дл удалени мелких фракций угп . Устанавливают в скважину нагружающее устройство и, нагнета жидкость под давлением, нагружают массив до уровн напр жений о Т приемом предотвращаетс нарушение сплошности массива вокруг пробуренной скважины от вибрации инструмента при бурении следующей скважины. После бурени нагрузочных скважин 1диаметром 150 мм и создани в них давлени бур т фильтрационные скважины 2и 3 длиной 4,3 м и диаметром 4,2см на рассто нии . г 0,5 м друг от друга и от центральной скважины на рассто ни х по 21 15О мм. Длину фильтранионной камерьт принимаем Рд 30 см, цпину гермегизапии фильтрационных скважин в зоне действи нагрузок - 0,6 м. Производ т запуск сжатого воздуха при 20°С и давлении 5 кгс/см в скважину 2, а в скважине 3 измер ют расход газа Ql и давление 2 кгс/см 29 см с Вычисл ют коэффициент проницаемости горного массива 0,85 . Сбрасывают давление в .шгрузочных скважинах и определ ют проницаемость при нулевой нагрузке, затем нагружающими устройствами устанавливаем радиальные напр жени вокруг скважин (2 в 25, 50, 75, 1ОО и т.д. кгс/см и все операции повтор ютс (нагнетаетс . газ- и измер етс расход и давление и т.д.). Можно также определ ть проницаемость при ступенчатой разгрузке массива и при давлени х газа вплоть до 100 ат. В результате получаем решение задачи о вли нии внешней нагрузки и давпени газа на газопроницаемость массива на глубине от выработки. Можно также решать задачу о вли нии нагрузки на дегазацию природного газа из пласта. Точность определени напр жений и газопроницаемости зависит от точности измерительных приборов. Например, при давлении 5ОО кгс/см и измерении его маиометром класса 1,5 точность определени напр жений дл шахтных опытов достаточно высока +7,5 кгс/см . ИопоЯьзу расходомеры типа ПГ-2 и института МакНИИ, можно изучать проницае-мофть в широком диапазоне встречающихс ;ус11овий ..The invention relates to counter-measuring technology and can be used in the mining industry to determine the level of penetration of a mountainous mine, including dangerous in relation to sudden emissions of coal and gas. The known method of determining the gas transmission of rocks in the massif, which consists in drilling two parapepnyh wells , injecting gas into one of them (start-up) under pressure and registering the flow rate (flow rate) in the other well (receiving). Measuring the pressure, gas flow rate and its viscosity in the wells determine the gas permeability coefficient of rock mass 1, However, this method does not allow to determine the degree of influence of the external load on the gas permeability of the massif. Meanwhile, stress strongly affects permeability. The method of determining the gas permeability, which consists in drilling two parallel wells, starts the gas into the array and records the flow parameters, and the section of the array that includes the filtration volume is loaded with a pressure setting 2. The disadvantage of this method is that the stitching can only be determined the edge part of the massif at a depth of 0.6-0.8 m, since the deepening of the niche and the installation of the pressure unit even at a depth of 1 m from the exposure increases the laboriousness of conducting one experiment 4-5 times. In addition, in the process of loading, fracture cracks are opened, which communicate with the exposure the created filtration flow in the reservoir. As a result, the gas is drained into the mine, coal mine. The closest to the invention in terms of technical essence is a method for determining the gas permeability of potted rocks in an array, consisting in aggregating the test array with radial loads and recording the parameters of the filtration flow supplied to the injection filtration well of the radial loads. To create radial loads, a trench is drilled along a closed contour around the rear sight, a central hole is drilled — a pressurized pumping well — in the rear sight, and water is thrown into it with simultaneous compression by axial and radial loads of varying intensity with measurement of fluid flow and mass deformation 3 The disadvantage of this method is the unreliability and unreliability of the results of the determination, which is caused by the fact that the delineation of the rear sight along the ring violates the structure of the array. When researching certain types of rocks, 1Texample of coal seams with weak coal, the pillar can not be produced at all due to the destruction of the rock. The aim of the invention is to improve the accuracy of determination. The goal is achieved in that according to the method of determining the permeability of rocks in the array, consisting in loading the test array with radial loads and recording the parameters of the filtration flow guded into the injection filtration chamber located in the zone affected by radial loads, first load the test array by sequential delineating it with loading wells and creating pressure in them, and then drilling out injection filtration wells , Wherein each subsequent load borehole drilled after pressurizing in the preceding. In the zone of in and out of the radial load, the receiving filtration well is additionally drilled at a distance r from the injection filtration well, both wells with the nt of the array of tubes are reported and sealed to a depth of 6, and 2 grams. In FIG. 1 shows a general scheme, explaining the essence of the proposed method for the case of a coal seam; in fig. 2 is a special case of the proposed permeability determination method, where the starting well is located in the center of three load wells, and the receiving well is a Biis controlled load zone; in fig. 3 - the same, between wells 3 and 4, when the filtration volume of the array to the left and right is limited to zones of constant overpressure from the loading wells. Stress load is regulated only by central loading wells; in fig. 4 is an example of complete reservoir unloading, when there is no need to take into account the initial stress from the overlying rocks. From the underground workings in the coal seam there are drilled wells 1 of large diameter (Fig. 1). The number of wells may vary from one to three or more, depending on the strength of the array and the consistency of the problem being solved. After the first well is drilled, a loading device 2 is added to it and radial loading of the array is carried out to the vertical component of the stresses in the intact array, where 0 is the average volumetric mass of the Totti breed, H is the depth from the earth's surface, m. Then drill and load the next well in the same order, etc. Next, wells 3 and 4 are drilled (boreholes) of a small diameter to start up and receive gas, their filtration chambers are informed with production and sealed. Under the condition of reliable sealing, its length is minimal (the length of sealing in the zone of action of radial stresses must not be less than the distance r between wells 3 and 4. The gas is launched under pressure into the filtration chamber 3 and its flow rate, pressure, viscosity and temperature in both chambers. Calculate the permeability coefficient at the pressure in the massif of the building. Pressure in the power cylinders 5 of the loading devices 2 is relieved, which results in unloading the massif. m produce a stepwise increase in radial load by loading devices and determine the dependence of permeability on this load. Power cylinders 5 of loading devices are powered by a single hydraulic system (not shown), so the load on the walls of each well and the array as a whole is transferred uniform. Example. This method must first be selected on the mine plan to determine the location of permeability where the rock mass is not subject to excessive rock pressure. The site is chosen outside the site of explosive and cleaning works, away from chains of small sizes, outside the zone of influence of the reference pressure from adjacent workings or left chains on adjacent formations (this task doesn’t determine the effect of the specified technological factors on the permeability of ). A drill hole is a test well with a diameter of 4.2 cm at a predetermined depth, where it is necessary to determine the piercing capacity, 5 m. Example. The number of drilling fines from each meter of borehole is measured. The constancy of the yield of fines 10 2 (a variation of + 20% is allowed) indicates the stability of the well and the suitability of the site from the point of view of the concentration of stresses in the reservoir. Departing a distance of 1O m and more from the control well, drill three wells 1 (Fig. 1) with a diameter of 15 cm and a length of 5 m. Having drilled a hole, it is advisable to blow it with compressed air to remove fines. A loading device is installed in the well and, injecting fluid under pressure, loads the array to the level of stresses of T by reception, the disruption of the array around the drilled well is prevented from vibrating the tool while drilling the next well. After drilling the loading wells with a diameter of 150 mm and creating pressure in them, filtration wells 2 and 3 with a length of 4.3 m and a diameter of 4.2 cm at a distance are drilled. g 0.5 m from each other and from the central well at a distance of 21-15 mm. The length of the filter chamber is taken to be Rd 30 cm, the chickens of the hermegistractions of filtration wells in the area of loads - 0.6 m. Compressed air is started at 20 ° C and pressure of 5 kgf / cm into well 2, and well 3 measures gas flow Ql and pressure of 2 kgf / cm 29 cm. Calculate the coefficient of permeability of the rock mass 0.85. They release pressure in loading wells and determine permeability at zero load, then load radial stresses around the wells with loading devices (2 in 25, 50, 75, 1 ОE, etc. kgf / cm and all operations are repeated (gas is injected - and the flow and pressure are measured, etc.). It is also possible to determine the permeability during the stepwise unloading of the massif and at gas pressures up to 100 at. As a result, we solve the problem of the effect of external load and gas pressure on the gas permeability of the massif on depth of production. It is also necessary to solve the problem of the effect of the load on the degassing of natural gas from the reservoir.The accuracy of stress determination and gas permeability depends on the accuracy of measuring instruments.For example, at a pressure of 5OO kgf / cm and measuring it with a majometer class 1.5, the accuracy of stress determination for mine experiments high +7.5 kgf / cm. For PG-2 type flow meters and the Institute of MacNII, it is possible to study the penetration of the motto in a wide range of common;

Применение предпагаемого способа позволит точнее опредеп ть проницаемость угольных пластов в реальных шахтнык услови х в глубине массива с уне-том Действующих напр жений, что необходимо дл установлени пути и скорости миграции газа в пласте в св зи с раскрытием механизма внезапного выброса угл и газа, а также параметров дегазации угольных пластов. В результате может быть повышена эффективность дегазационных скважин, улучшено качество работ по нагнетанию воды в пласт, как метода борьбы с внезапными выбросами -И горными ударами, сокращены объемы бурени .The application of the proposed method will allow more precise determination of the permeability of coal seams in real mine conditions in the depth of the massif with a net of stresses, which is necessary to establish the path and rate of gas migration in the reservoir in connection with the disclosure of the mechanism of sudden ejection of coal and gas, and also parameters of coal seam degassing. As a result, the efficiency of degassing wells can be improved, the quality of work on the injection of water into the reservoir, as a method of dealing with sudden outliers, and mountain blows, can be improved, drilling volumes reduced.

..

K VX/ X л чVVЛ v/Wvy чv/ ч y CчvVOK VX / X l hVVL v / Wvy hv / h y CchvVO

фиг.22

......

(j4 i NXXA VVJ 4NyXxS % NNy/X VX/Cwv V Фи.(j4 i NXXA VVJ 4NyXxS% NNy / X VX / Cwv V Fi.

2. V 2. V

Claims

1. METHOD FOR DETERMINING ROCK PERMEABILITY IN ARRAY, which consists in loading the test array with radial loads and registering the parameters of the filtration flow supplied to the injection filtration chamber located in the zone of influence of radial loads, characterized in that, with a chain for increasing the accuracy of determination, they first carry out loading the test array by sequentially contouring it with load wells and creating pressure in them, and then drill the injection filtration nd well, and each subsequent loading well is drilled after creating pressure in the previous one.

2. Method 1, characterized in that in the zone of influence of the radial load an additional filtering well is additionally drilled at a distance from the injection filtration well, both wells with a surface of an array of pipes are reported and sealed to a depth B, at B> g. .

fig /

1 1030702 -2