Способ проходки горной выработки

 

Использование: проходка выработок в трещиноватых породах. Сущность изобретения: из скважины отбирают неориентированный керн. По геологической документации определяют азимуты и углы падения срединной плоскости пласта и шарнирной плоскости складок. Данные параметры пласта и элементы залегания трещин наносят на стереографическую сетку. Выделяют линию пересечения срединной плоскости пласта и шарнирной плоскости складок Относительно этой пинии определяют пространственную ориентацию трещин Определение трещиноватости проводят по глубине скважин и выделяют преобладающие системы трещиа С помощью гидроразрыва пород определяют направление главного растягивающего напряжения По нормали к данному напряжению устанавливают ориентацию трещин отрыва Выемку породы осуществляют в соответствии с направлением трещин отрыва 2 злф-лы, 4 ид

(19) ÊRÖ (11) 2 (51) 5 Е21СЗ9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4918178/03 (22) 12Л?3.91 (48) 30.12.93 Бюл. Ию 47-48 (71) Научно-производственное объединение по осушению месторождений полезных ископаемых и специальным горным работам НПО "ВИОГЕМ" (72) Котов ВА; Бутюгин В.B. Топорков АВ. (73) Всероссийский научно-исследовательский институт "ВИОГЕМ" (54) СПОСОБ ПРОХОДКИ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ (57) Использование: проходка выработок в трещиноватых породах Сущность изобретения: из скважины отбирают неориентированный керн. По геологической документации определяют азимуты и углы падения срединной плоскости пласта и шарнирной плоскости тжладок Данные параметры пласта и элементы залегания трещин наносят на стереографическую сетку. Выделяют линию пересечения срединной плоскости пласта и шарнирной плоскости складок Относительно этой пинии определяют пространственную ориентацию трещин

Определение трещиноватости проводят по глубине скважин и выделяют преобладающие системы трещин. С помощью гидроразрыва пород определяют направление главного растягивающего напряжения.

По нормали к данному напряжению устанавливают ориентацию трещин отрыва. Выемку породы осуществляют в соответствии с направлением трещин отрыва 2 зл.ф-лы, 4 ил.

2005180

Изобретение относится к подземному строительству и может быть использовано при проходке выработок и карьеров в треп.иноватых породах.

Известен способ проходки горной выработки, включающий изучение трещиноватости пород в массиве с помощью ироскопического прибора, определение прочности пород по керну буровых скважин, 10 выемку породы

Недостатком известного способа является То, что он предусматривает изучение рещин массива только по данным поверхности контура выработки, не рассматривает закономерности распространения трещин вглубь массива.

Известен также способ проходки горной выработки в трещиноватых породах, включающий обуривание выработок не.:колькими рядами скважин и нагнетание через них тампонажного материала, а для снижения водопритоков ряды скважин рас- полагают по контуру выработки, через скважины одного ряда нагнетают тампонажный раствор, содержащий крупные частицы твердых фаз, затем через скважины другого. ряда нагнетают тампонажный раствор, содержащий мелкие частицы твердых фаз.

Недостатком известного способа являоб ориентации трещиноватости пород, вследствие чего повышается стоимость проходки, Наиболее близким по технической сущ35 ности, принятым за прототип, является способ проходки горной выработки, включающий предварительное бурение скважин с отбором ориентированного керна, определение прочности горных пород и пространственной ориентации трещинова40 тости с использованием стереографических сеток, выемку породы, Недостатком известного способа является то, что отбор ориентированного керна (особенно с больших глубин порядка 2000 — .45

4000 м} сопряжен с расходованием больших трудозатрат, Цель изобретения — снижение трудозатрат проходки за счет определения пространственной ориентации трещин на неориентированных кернах.

Поставленная цель достигается тем, что при способе проходки горной выработки, включающем предварительное бурение скважин, отбор керна, определение проч- 55 ности горных пород и пространственной ориентации трещин по керну с использованием стереографических сеток, определяют азимуты и углы падения срединной плоскости пласта и шарнирной плоскости складки, ется то, что в нем не используются данные 30 наносит укаэанные элементы íà стереографическую сетку и выделяют линию их пересечения, при этом пространственную ориентацию трещин определяют относительно этой линии.

Пространственную ориентацию трещин определяют по глубине скважин и дополнительно выделяют преобладающие системы трещин.

Выделяют на керне трещины отрыва, дополнительно с помощью гидроразрыва определяют направление главного растягивающего напряжения, а ориентацию трещин отрыва определяют по нормали к главному растягивающему напряжению.

На фиг,1 показана фаза бурения скважин и отбора керна; на фиг,2 — элемент керна; на фиг.3 — фаза ориентирования неориентированно отобранного керна с помощью стереографической сетки; на фиг.4— фаза определения изменений параметров трещин по глубине.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В массиве трещиноватых пород 1 (см.фиг,1} бурят скважины 2 с отбором неориентированного керна 3 (см.фиг.2), с которого снимают такие характеристики, как высота столбиков керна, глубину их отбора, количество трещин. угол их наклона, угол наклона слоистости, количество разрушенной породы, На основании полученных данных находят линейные размеры блоков, модуль трещиноватости, степень нарушенности породы. Трещиноватость изучают на основании геологической документации и по керну скважин. Исходя из полученных данных об ориентации слоистости 4 (см.фиг.1) и ориентации шарнирной плоскости 5 складок слоев пород, определяют ориентации трещин керна с использованием стереографической сетки. которая представляет собой стереографическую проекцию системы меридиан и параллелей, нанесенную на поверхность шара и спроецированную на плоскость, проходящую через центр шара.

Порядок построения на стереографической сетке следующий.

По геологическому разрезу (см,фиг.1) определяют углы срединной плоскости пласта и строят на стереографической сетке проекцию плоскости Рп по известному азимуту падения и углу падения (см.фиг.3).

Строят также взятую из геологического разреза проекцию шарнирной плоскости складки 0 по известному азимуту падения и углу падения. Определяют линию пересечения плоскостей Р, и CI- ОК C,tðîÿò проекцию вспомогательнг и плоскости R, 2005180

50 расположенную перпендикулярно по отношению к ОК. В плоскости R откладываю угол а, образованный стягивающими хордами полусфер породы (складки и трещины (угол а между плоскостью трещины и плоскостью породы (складки) находят по керну), Угол а откладывают по дуге ВВ1 меридиана, совмещенного с соответствующим меридианом стереографической сетки. Точки 81 и К совмещают с линией меридиана и строят плоскость Т, которая является проекцией искомой плоскости трещины. Определяют элементы этой трещины Т вЂ” азимут падения, угол падения (см.фиг.3), для чего совмещают вертикальный диаметр стереографической сетки с нулем сетки.

Полученные указанным способом элементы залегания трещин по керну буровых скважин обобщают и анализируют с целью дальнейшего исследования параметров трещин по глубине скважин. Для этого строят диаграммы трещиноватости пород по всем скважинам 2 (см.фиг.4).

Поскольку в анализе участвуют три параметра (глубина скважин, азимут падения, угол падения), изменения которых необходимо отобразить в двухмерном пространстве, поступают следующим образом.

На разрезе скважины по оси ординат вниз откладывают глубину скважины (в м), по оси абсцисс — азимут падения трещин (в град). Для учета третьего параметра (угла падения) все трещины разделяют по углам падения, например, на три группы: углы падения 0 — 30 — пологонаклонные, углы падения 30 — 60 — наклонные, углы падения 60-90 — крутопадающие. .Для каждой группы вводят условный знак. Используя разные условные знаки (см,фиг.4), на поле разреза скважины наносят точки, соответствующие параметрам трещиноватости по кернам с различной глубины. Полученную совокупность точек на плане и в разрезе обрабатывают с целью проведения изолиний плотности трещин и выделения преобладающей системы трещин в плане и по глубине (см.фиг,4).

Затем по кернам буровых скважин уста навливают тип трещин — отрыва или скола.

Поскольку трещины отрыва располагаются по нормали к главному растягивающему напряжению, определяют направление главного растягивающего напряжения с

Формула изобретения

1, СПОСОБ ПРОХОДКИ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ, включающий предварительное бурение скважин, отбор керна, определение прочности горных пород и пространстпомощью гидроразрыва пород, например с помощью устройства для определения.ориентации плоскости гидроразрыва в скважине (см.авт.св. ¹ 1439221). От ориентации плоскости гидроразрыва переходят к ориентации трещин отрыва, корректируя таким образом полученную описанным способом (с помощью стереографических сеток и диаграмм) ориентацию трещин отрыва.

Испытывая образцы пород на прочность с учетом ориентации напластований, находим прочность пород с учетом анизотропии и пространственную ориентацию айизотропии.

На основании полученных данных о прочности пород, трещиноватости, ориентации трещин и ориентации вектора напряженного состояния определяют безопасную длину заходки при выемке породы и осуществляют выемку породы из выработки 7 (см.фиг.1).

Таким образом, предложенный способ позволяет анализировать трещиноватость и группировать системы трещин, выявлять предпочтительные направления поверхностей ослабления массива пород, переходить от анализа отдельных трещин к обобщению, к общим закономерностям после анализа трещин, например, нескольких сотен образцов пород, отобранных в виде неориентированных керн, Анализ закономерностей трещиноватости и предпочтительных направлений поверхностей ослабления позволяет выявлять зоны пересечения трещиноватости, зоны тектонической раздробленности в виде * лотка", потенциально опасные по сдвижению, в которых возможны вы валы и обрушения. Это позволяет снизить затраты на проходческие работы.

Кроме того, полученная предложенным способом информация о системах трещиноватости позволяет выбрать рациональную технологию добычи нефти из трещиноватых коллекторов. (56) Вопросы геомеханики и специальных горных работ. Белгород, ВИОГЕМ, 1984, с.58 — 64.

Авторское свидетельство СССР

¹ 775577771133, кл. Е 21 D 1/16, 1978.

P.Ãóäìàí. Механика скальных пород, M.: Стройиздат, 1987, с.29-30, 85-87. венной ориентации трещин по керну с использованием стереографических сеток, по которым устанавливают направление и роходки, выемку породы, отлича ющи йс я тем, что, с целью снижения трудозатрат проходки за счет определения пространст2005180 венной ориентации трещин на неориентированных кернах, определяют азимуты и углы падения срединной плоскости пласта и иарнирной плоскости складки, наносят указанные элементы на стерео рафическую сетку и выделяют линию их пересечения, при этом пространственную

Ориентацию трещин определяют относительно этОЙ линии.

2, Способ по п,t, отличающийся тем. что пространственную ориентацию трещин определяют по глубине скважин и дополнительно выделяют преобладающие системы трещин.

3. Способ по пп.l и 2, отличающийся тем, что выделяют на керне трещины отрыва дополнительно с помощью гидроразрыва пород, определяют направление главного растягивающего напряжения, а

10 ориентацию трещин отрыва определяют по нормали к главному растягивающему напряжению, 2005180

2005180

Составитель А,Топорков

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н.Король

Редактор A. Бер

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента .

113035, Москва,ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3425

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Усло8нь!е обозначения — — — cvcme трицин суелпии аадения 0-30 сосяемы трещин сциллами ладеиия 30-бО сиппякы трвцин с углами ладения 60-90 — S — итолиниа nnomaacmv гпрещин, Рюг4