UA10492U - Спосіб контролю стану призабійної частини масиву - Google Patents

Abstract

Спосіб контролю стану призабійної частини масиву включає буріння наглядової свердловини, установку датчика вібрації масиву і реєстрацію акустичного супроводження буріння випереджаючих свердловин по вугіллю і поінтервальне визначення параметрів, що характеризують стан масиву.

Description

Опис винаходу

Корисна модель відноситься до гірничої промисловості і може бути використаний для забезпечення безпеки 2 ведення очисних і підготовчих робіт при розробці викидонебезпечних вугільних пластів.

Відомий спосіб визначення зони розвантаження вугільного пласта (а.с. 5 Мо1303730 А1, опубл. 15.04.87, бюл. Мо14), що включає буріння свердловини, реєстрацію сейсмоприймачем пружних коливань в масиві гірських порід, вимірювання середніх значень амплітуд пружних коливань при безперервному бурінні свердловини по довжині лав і по їх зміні встановлюють відстань від устя свердловини свердловини до межі зони розвантаження, 70 при цьому за величину зони розвантаження по довжині свердловини приймають відстань від устя свердловини в глибину масиву, на якому зростання або постійність середнього значення амплітуд пружних коливань змінюється його пониженням, а глибину виїмки вугілля приймають рівної якнайменшому значенню величини зони розвантаження по довжині свердловини. "Середнє значення амплітуд" - це величина, залежна від безлічі параметрів; стабільності акустичного 72 контакту між буровою коронкою і масивом, властивостей середовища на шляху розповсюдження сигналу, від методики обробки сигналу (який є нестаціонарним як в широкому, так і у вузькому значенні цього терміну), від способу взаємного розташування датчика вібрації бурової коронки і приводу бурового верстата. Зважаючи на принципову неусувність проблем при тій організації вимірювань, яка описана в аналогу, неможливо визначити ту складову в заявлених "середніх значеннях амплітуд", яка відповідає залежності від зони розвантаження.

Найближчим аналогом корисної моделі, що заявляється, є спосіб визначення зони розвантаження краєвої частини вугільного пласта (а. с. ЗО Мо1642041, МІЖ Е21Е5/00, опубл. 15.04.91), по якому встановлюють сейсмоприймач на відстані 0,5-2 проектної глибини буріння свердловини від устя свердловини, оптимізують реєстрацію і аналіз сейсмоакустичного сигналу, визначають амплітудно-частотні характеристики (АЧХ) сигналу, визначають одночасно середні значення амплітуд низької та високої частот і їх відношення, а за величину зони 22 розвантаження приймають відстань до середини ділянки, на якій одночасно середнє значення амплітуди високої -о частоти зменшується, а відношення середніх значень амплітуд низької частоти до високої збільшується.

Даний винахід не може бути реалізовано із наступних причин: - розташування датчика вібрації на оголенні масиву на відстані 0,5-2 проектної глибини буріння свердловини від устя свердловини призводить до того, що шум працюючого приводу бурового верстата надійно с 30 заглушає звук бурової коронки, яка за даним способом є засобом діагностики етану масиву на різних глибинах; Ге») - збудження порід крівлі або фунту серією ударів по непідготовленій поверхні не дозволяє стандартизувати процедуру збудження, тому, що в так званій "ближній зоні" збудника хвильова картина не стабільна, а мала З тривалість удару по крівлі (грунту) не дозволяє реалізувати спектральний аналіз з достатньою достовірністю і Га») спектральним розв'язанням ; 3о - аналіз звукового супроводу буріння свердловин показує, що у міру збільшення точності аналізу, -- стабільність частотного складу сигналів зникає, а форма огинаючого спектру значно ускладнюється, що ставить під сумнів саму можливість інтерпретації спектрів за даним способом.

Істотні ознаки найближчого аналога, співпадаючі з ознаками об'єкту, що заявляється: « 1. Установка датчиків вібрації масиву. З 50 2. Буріння випереджаючих свердловин по вугіллю. с 3. Поінтервальне визначення параметрів, що характеризують стан масиву

Із» Задачею корисної моделі, що заявляється, є удосконалення способу контролю стану призабійної частини масиву, в якому за рахунок введення нових операцій забезпечується підвищення точності визначення зони розвантаження і зони впливу кожної окремої свердловини, а також безпеки ведення гірських робіт. Це 45 забезпечується за рахунок того, що бурова коронка має малий діаметр порівняно з товщиною пласта. Згідно - відомим рішенням задач теорії пружності, первинна зона впливу випереджаючої свердловини порівнянна по ав | масштабу з діаметром свердловини, тобто зона збурення масиву мала і реакція масиву в будь-якій формі цілком пов'язана з найближчим оточенням свердловини. шк - Оскільки акустична емісія (АЕ) є реакцією масиву на механічне збурення, остільки всі імпульси АЕ, (Те) 20 реєстровані при бурінні випереджаючих свердловин, можуть бути віднесені до реакції масиву поблизу зони збурення. Експеримент це підтверджує: при зупинці бурового верстата, генерація імпульсів АЕ припиняється із через декілька (1-5) хвилин. - Параметри імпульсів АЕ залежать від ступеня активності середовища (физико-механічних властивостей вугільного пласта та діючих напружень) і є більш адекватною характеристикою викидонебезпечного пласта, ніж параметри прототипу. с Поставлена задача досягається тим, що в способі контролю етану призабійної частини масиву, що включає установку датчика вібрації масиву і реєстрацію акустичного супроводження буріння випереджаючих свердловин по вугіллю і поінтервальне визначення параметрів, що характеризують стан масиву, згідно корисної моделі заздалегідь у напрямі проведення вироблення по вміщуючих породах на відстані 5-15 м від вугільного пласта 60 бурять наглядову свердловину завдовжки 0,4-0,6 довжини випереджаючих свердловин, розміщують в ній датчик вібрації і спостерігають АЕ з вугільного пласта, що викликається бурінням кожної випереджаючої свердловини, при цьому АЕ реєструють при бурінні кожного чергового інтервалу випереджаючої свердловини в двох енергетичних класах, відмінних по енергії в 4-6 разів і по співвідношенню кількості імпульсів АЕ в різних класах, визначеному для кожного інтервалу довжини випереджаючої свердловини судять про глибину зони бо розвантаження, причому найбільшу можливу довжину західки у наступному циклі гірничих робіт визначають по зниженню співвідношення кількості імпульсів АЕ до значень, зареєстрованих на початку свердловини при проведенні свердловини в раніше розвантаженій зоні і після закінчення буріння чергової випереджаючої свердловини чекають загасання процесу генерації імпульсів АЕ, викликаного порушенням рівноваги в масиві від

Впливу цієї свердловини, потім контролюють щупом стулення стінок випереджаючої свердловини і при встановленні стулення стінок випереджаючої свердловини розраховують діаметр зони впливу свердловини по формулі: в- Дж

Я

Е с. й й де М 7 0,95-0,97 - коефіцієнт вторинного ущільнення вугілля а - діаметр випереджаючої свердловини

О - діаметр зони впливу свердловини м - відносна кількість бурового дрібняку (штибу) в порівнянні з розрахунковою, а за відсутностю обліку штибу м вважають рівною одиниці. т Розташування датчика вібрації в наглядовій свердловині завдовжки 0.4-0.6 від довжини випереджаючої свердловини, пробуреної на відстані 5-15 метрів від вугільного пласта забезпечує: а) сприятливе співвідношення між енергією сигналів імпульсів АЕ і акустичних перешкод, що супроводжують різні технологічні операції (в першу чергу, придушення шуму приводу бурового верстата) і б) відносну стабільність довжини шляху розповсюдження сигналів АЕ. Таким чином, створюються сприятливі умови для вивчення АЕ, що генерується в найближчому оточенні випереджаючої свердловини.

Реєстрація АЕ в енергетичних класах, відмінних по енергії в 4-6 разів забезпечує перешкодостійкіеть вимірювань (виключаються умови для помилкового визначення енергетичного класу конкретної події АЕ).

Контроль щупом наявності стулення стінок свердловини дозволяє достовірно визначити факт завершення деформацій в околиці випереджаючої свердловини, при цій умові досягається максимально можливий розвантажуючий ефект випереджаючої свердловини. -

Вимірювання кількості штибу під час буріння дозволяє уточнити зону впливу свердловини, оскільки відображає факт видавлювання вугілля в свердловину (стулення стінок) в процесі буріння.

З механіки руйнування відомо, що енергія імпульсів АЕ підкоряється розподілу Пуассона, тобто чіткої межі між імпульсами АЕ з "великою і "малою" енергіями" не існує. Це створює значні труднощі при організації см 3о вимірювань. Розбиття всього інтервалу можливих енергій імпульсів АЕ на два класи, відмінні міжсобоюв4-6 Кп) разів, дозволяє стандартизувати процедуру вимірювань. Як показує експеримент, "викидання" з розгляду деякої кількості імпульсів АЕ з енергією проміжних значень між класами є прийнятною "ціною" в порівнянні з З важливістю стандартних вимірювань енергії імпульсів. (ав)

Реалізація способу. В 17 західному конвейерному штреку пласта, що проводиться по викидонебезпечному пласту тз,, як профілактичний захід, направлений на боротьбу з небезпекою газодинамічних явищ (ГДЯ), бурили -- випереджаючі свердловини. Ефективність цих свердловин контролювали за допомогою реєстрації параметрів

АЕ. Діаметр свердловин 76 мм, коефіцієнт вторинного ущільнення був встановлений в лабораторних умовах і склав значення біля 7 - 0,97. « дю Було встановлено, що акустичні перешкоди від забійного і допоміжного устаткування заглушають сигнали АЕ з при всіх відомих способах установки датчиків вібрації масиву. При установці датчиків в наглядовій свердловині с забезпечується якнайкраще співвідношення між енергією сигналів АЕ і акустичних перешкод. :з» Іншою проблемою спостережень є нерівність шляху розповсюдження сигналів (від джерела імпульсу АЕ до датчика вібрації) і залежність параметрів імпульсів АЕ, що виміряються, від цього шляху.

Розташування свердловини у вміщуючих породах на відстані 5-15 метрів від контрольованого пласта і - 75 довжина свердловини, рівна 0.4 - 0.6 передбачуваної довжини випереджаючої свердловини забезпечують якнайменший розкид шляхів розповсюдження при розумних витратах на організацію спостережень. (Як випливає (ав) з елементарних геометричних побудов, відстань між датчиком вібрації і передбачуваним джерелом імпульсу АЕ 1» змінюється не більше ніж в 2-3 рази. А при установці датчика у устя свердловини або на глибині, рівній передбачуваній довжині свердловини, відстань між датчиком вібрації і передбачуваним джерелом імпульсу АЕ (Се) 50 змінюється не менше, ніж в 10-40 разів). "з Буріння свердловин здійснювали поінтервально, метровими відрізками і на кожному інтервалі фіксували величину м відносного об'єму бурового дрібняку в порівнянні з розрахунковим об'ємом,

Після закінчення буріння чергової свердловини чекали якийсь час, після якого генерація імпульсів АЕ припинялася, це свідчило про те, що процес пластичних деформацій в околиці свердловини завершений і 59 досягнуто максимально можливого розвантажуючого ефекту, а діаметр зони розвантаження може бути с визначений по формулі: пе Я

М

60 Для підвищення надійності висновків про істотність процесу пластичних деформацій щупом встановлювали наявність стулейня стінок свердловини і розраховували діаметр впливу свердловини. При розрахунку діаметра впливу свердловин Мо1 і Мо3 було встановлено, що за практично доцільний час чекання впливу свердловин їхні стінки не були зруйновані і, таким чином, зона впливу цих свердловин менше ніж необхідно. Тому між свердловинами Мо1 і Мо3 була пробурена додаткова свердловина, після чого необхідна величина розвантаження бо була досягнута.

Приклад. Результати спостережень і розрахунків при бурінні свердловини Мо5 зведені в таблицю.

Залежність відносної кількості (див. стовпець ІМ таблиці) імпульсів АЕ від глибини свердловини будували у вигляді графіка, зображеного на малюнку. На цьому графіку виділили три зони. І - зона пластичних деформацій, що залишилась від попередніх дій по боротьбі з викидонебезпечністю; ІЇ - зона підвищеного гірського тиску, в якій відбуваються максимальні пластичні деформації і досягається найбільша розвантажувальна дія свердловин; ПІ - зона, в якій дія випереджаючих свердловин незначна.

В ході практичних вимірювань встановили, що показник інтенсивності пластичних деформацій в оточені свердловини, обчислюваний як співвідношення кількості імпульсів АЕ у вказаних класах енергії, має характер, 70 вказаний на малюнку. Такий розподіл дозволяє надійно виділити зону пластичних деформацій І, успадковану краеєвою частиною масиву в результаті попередніх дій на пласт, зону підвищеного гірського тиску ІЇ, в якій діючі механічні напруги і физико-механічні властивості пласта обумовлюють найбільші пластичні деформації і максимально можливий розвантажуючий ефект випереджаючих свердловин, і зону І, в якій дія випереджаючих свердловин незначна (в цій зоні відносна кількість імпульсів АЕ зменшилась до значень, сумірних із зоною І). /5 Таким чином визначається безпечна величина західки в наступному циклі проходки - вона дорівнюється сумі протяжностей зон | і ІІ. свердловини бурового дрібняку (Ісвердловини, мм енергетичних класах, відн.од 7 пил ПТ ПО ТЯ ПО п

МЕ ПЕ Я ПОЛЕ Я ПО п нишншининшиЕ жи вм яю рю й 2 пишне и нн 65601080 в яю вв сч зо п нн ин по

Ф нин нн и по ч в 178108 Ф зв - нин ши о з ч 4 З с 5 16601116 : ши ши ше нин пи - о б» ши жит нин шш ПО по 2

Фо ши нн шЕ нин ши п по ни ши нн п з їз пн НИК У ПО ПОЛ по в 18011006 пи нн и НИ По по с вав 11111101 во

Claims (1)

1. Формула винаходу Спосіб контролю стану призабійної частини масиву, що включає установку датчика вібрації масиву і реєстрацію акустичного супроводження буріння випереджаючих свердловин по вугіллю і поінтервальне визначення параметрів, що характеризують стан масиву, який відрізняється тим, що заздалегідь у напрямі 65 проведення вироблення по вмісних породах на відстані 5-15 м від вугільного пласта бурять наглядову свердловину завдовжки 0,4-0,6 довжини випереджаючих свердловин, розміщують в ній датчик вібрації і спостерігають з вугільного пласта акустичну емісію (АЕ), що викликається бурінням кожної випереджаючої свердловини, при цьому АЕ реєструють при бурінні кожного чергового інтервалу випереджаючої свердловини в двох енергетичних класах, відмінних за енергією в 4-6 разів і за співвідношенням кількості імпульсів АЕ в Візних класах, визначеним для кожного інтервалу довжини випереджаючої свердловини судять про глибину зони розвантаження, причому найбільшу можливу довжину західки у наступному циклі гірничих робіт визначають по зниженню співвідношення кількості імпульсів АЕ до значень, зареєстрованих на початку свердловини при проведенні свердловини в раніше розвантаженій зоні і після закінчення буріння чергової випереджаючої свердловини чекають загасання процесу генерації імпульсів АЕ, викликаного порушенням рівноваги в масиві від 7/0 Впливу цієї свердловини, потім контролюють щупом стулення стінок випереджаючої свердловини і при встановленні стулення стінок випереджаючої свердловини розраховують діаметр зони впливу свердловини за формулою: й «у де М 7 0,95-0,97 - коефіцієнт вторинного ущільнення вугілля, а - діаметр випереджаючої свердловини, О - діаметр зони впливу свердловини, м - відносна кількість бурового дрібняку (штибу) в порівнянні з розрахунковою, а за відсутності обліку Штибу м вважають рівною одиниці. що 2 с (о) « «в) ьо

   - . и? - («в) щ» се) Ко) 60 б5