Спосіб контролю стану призабійної частини масиву

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 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 різних 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 впливу цієї свердловини, потім контролюють щупом стулення стінок випереджаючої свердловини і при встановленні стулення стінок випереджаючої свердловини розраховують діаметр зони впливу свердловини за формулою: Корисна модель відноситься до гірничої промисловості і може бути використаний для забезпечення безпеки ведення очисних і підготовчих робіт при розробці викидонебезпечних вугільних пластів. Відомий спосіб визначення зони розвантаження вугільного пласта [а.с. SU №1303730 А1, опубл. 15.04.87, бюл. №14], що включає буріння свердловини, реєстрацію сейсмоприймачем пружних коливань в масиві гірських порід, вимірювання се редніх 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, 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 де у 0,95-0,97 - коефіцієнт вторинного ущільнення вугілля, d - діаметр випереджаючої свердловини, D - діаметр зони впливу свердловини, v - відносна кількість бурового дрібняку (штибу) в порівнянні з розрахунковою, а за відсутності обліку штибу v вважають рівною одиниці. CM О) 10492 якнайменшому значенню величини зони розвантаження по довжині свердловини. «Середнє значення амплітуд» - це величина, залежна від безлічі параметрів; стабільності акустичного 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. SU №1642041, МІЖ E21F5/00, 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 розвантаження приймають відстань до середини ділянки, на якій одночасно середнє значення амплітуди високої 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 заглушає звук бурової коронки, яка за даним способом є засобом діагностики етану масиву на різних глибинах; - 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 тривалість удару по крівлі (ґрунту) не дозволяє реалізувати спектральний аналіз з достатньою достовірністю і спектральним розв'язанням ; - 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. 2. Буріння випереджаючих свердловин по вугіллю. 3. Поінтервальне визначення параметрів, що характеризують стан масиву 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 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 масштабу з діаметром свердловини, тобто зона збурення масиву мала і реакція масиву в будь-якій формі цілком пов'язана з найближчим оточенням свердловини. - Оскільки акустична емісія (АЕ) є реакцією масиву на механічне збурення, остільки всі імпульси АЕ, 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 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. 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 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 46 разів і по співвідношенню кількості імпульсів АЕ в різних класах, визначеному для кожного інтервалу довжини випереджаючої свердловини судять про глибину зони розвантаження, причому найбільшу можливу довжину захщки 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: л/1-Т де Y 0,95-0,97 - коефіцієнт вторинного ущільнення вугілля d - діаметр випереджаючої свердловини D - діаметр зони впливу свердловини 5 10492 v - відносна кількість бурового дрібняку (штибу) в порівнянні з розрахунковою, а за відсутностю обліку штибу v вважають рівною одиниці. Розташування датчика вібрації в наглядовій свердловині завдовжки 0.4-0.6 від довжини випереджаючої свердловини, пробуреної на відстані 515 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 конкретно'!1 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' вимірювань. Розбиття всього інтервалу можливих енергій імпульсів АЕ на два класи, відмінні між собою в 4 - б 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 важливістю стандартних вимірювань енергії імпульсів. 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. Було встановлено, що акустичні перешкоди від забійного І допоміжного устаткування заглушають сигнали АЕ при всіх відомих способах установки датчиків вібрації масиву. При установці датчиків в наглядовій свердловині забезпечується якнайкраще співвідношення між енергією сигналів АЕ і акустичних перешкод. 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 довжина свердловини, рівна 0.4 - 0.6 передбачуваної довжини випереджаючої свердловини забезпечують якнайменший розкид шляхів розповсюдження при розумних витратах на організацію спостережень. (Як випливає з елементарних геометричних побудов, відстань між датчиком вібрації і передбачуваним джерелом імпульсу АЕ 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 змінюється не менше, ніж в 10-40 разів). Буріння свердловин здійснювали поінтервально, метровими відрізками і на кожному інтервалі фіксували величину v 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 досягнуто максимально можливого розвантажуючого ефекту, а діаметр зони розвантаження може бути визначений по формулі: 1-ї 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 №1 і №3 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 №1 і №3 була пробурена додаткова свердловина, після чого необхідна величина розвантаження була досягнута. Приклад. Результати спостережень і розрахунків при бурінні свердловини №5 зведені в таблицю. Залежність відносної кількості (див. стовпець IV 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; II - 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, вказаний на малюнку. Такий розподіл дозволяє надійно виділити зону пластичних деформацій І, успадковану краевою частиною масиву в результаті попередніх дій на пласт, зону підвищеного гірського тиску II, в якій діючі механічні напруги і физико-механічні впасти 10492 вості пласта обумовлюють найбільші пластичні деформації і максимально можливий розвантажуючий ефект випереджаючих свердловин, і зону III, в якій дія випереджаючих свердловин незначна (в цій зоні відносна кількість імпульсів АЕ зменши 8 лась до значень, сумірних із зоною І). Таким чином визначається безпечна величина західки в наступному циклі проходки - вона дорівнюється сумі протяжностей зон І і І). Таблиця Номер інтервалу свердловини І 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 ЗО 31 32 33 34 35 Відносна кількість бурового дрібняку Діаметр зони впливу свердловини, мм II 1 1 1,1 1,1 1,5 1 1,6 2,0 2,0 2,2 2,3 2,5 2,6 3,0 2,5 2,5 2,2 2,1 2,1 1,6 2,1 2,2 2,3 2,1 1,9 1,8 1,5 1,5 1.2 1.2 1,4 1,3 1,5 1,2 1,3 III 439 439 460 460 538 439 555 619 619 651 666 694 708 760 694 694 651 636 636 555 636 651 666 636 605 589 538 538 481 481 519 500 538 481 500 Відношення кількості Імпульсів АЕ в різних енергетичних класах, відн.од IV 0 0 0 0 2 12 8 12 11 10 10 12 9 7 7 8 2 3 1 3 0 2 1 3 1 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 10492 1 І 10 2 З 4 5 6 7 в 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1В 19 20 21 22 23 24 25 26 27 2S 29 ЗО 31 32 33 34 36 І И Ш тибина, метрів Комп'ютерна верстка М. Клкжін Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вуп. Урицького, 45, м Київ, МСП, О36В0, Укра'іна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601