SU1357571A1 - Method of simulating outburst of gas/water/coal mixture in coal excavation - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горной промьшшенности и предназначено дл  изучени  процесса перевода, угл  в подвижное состо ние. Цель изобретени  - повышение точности моделировани . Отбирают образец угл  из угольного пласта. Размещают образец в камере высокого давлени . Затем заполн ют свободное пространство в камере бетоном, равнопрочным боковым горным породам, чтобы образовалась вокруг .образца бетонна  оболочка высотой, равной высоте угольного образца. Через бетонную оболочку бур т шпур в образце, иммитирующий скважину. Затем загружают образец осевой нагрузкой в пределах 10-40% от разрушающей, определенной экспериментальным путем. Подают газ в шпур до давлени , равного давлению .газа в угольном пласте. В последующем догружают образец нагрузкой , равной естественному горному давлению. Нагнетают в шпур воду до достижени  давлени  нагнетани , равного 90% горного давлени , и резко производ т сброс давлени . По объему разрушенной части -образца суд т о состо нии исследуемого угольного ;штаста. Цикл исследований повтор ют до полного извлечени  угольного образца . Пересчет данных моделировани  на натурные услови  позвол ет установить св зь параметров гидроимпульсного воздействи  с кол-вом и характеристиками выбрасываемой газоводо- угольной смеси. 1 ил. I СЛ | ел vjThe invention relates to the mining industry and is intended to study the process of converting coal to a movable state. The purpose of the invention is to improve the accuracy of modeling. A sample of the coal is taken from the coal seam. Place the sample in a high pressure chamber. Then, the free space in the chamber is filled with concrete, equal-strength side rocks, so that a concrete shell is formed around the specimen with a height equal to the height of the coal specimen. A hole is drilled through the concrete shell in the sample that simulates a well. Then load the sample with an axial load in the range of 10-40% of the destructive, determined experimentally. Gas is supplied to the borehole to a pressure equal to the gas pressure in the coal seam. Subsequently, the sample is loaded with a load equal to the natural rock pressure. Water is injected into the hole until the injection pressure is equal to 90% of the rock pressure, and pressure is drastically reduced. By the volume of the destroyed part of the sample, the state of the coal under study is judged; The research cycle is repeated until the carbon sample is completely removed. The recalculation of the simulation data for natural conditions allows the relationship between the parameters of the hydroimpulse effect and the quantity and characteristics of the emitted gaseous-coal mixture to be established. 1 il. I SL | ate vj

Description

Изобретение относитс  к горной промьпштенности и предназначено дл  ивучени  процесса перевода угл  в подвижное состо ние путем гидроимпульсного воздействи .The invention relates to the mining industry and is intended for studying the process of converting coal to a mobile state by means of hydro-impulse action.

Целью изобретени   вл етс  повы- . шение точности моделировани .The aim of the invention is to improve. improvement of modeling accuracy.

На чертеже представлено устройство дл  реализации предлагаемого способа , разрез.The drawing shows a device for implementing the proposed method, a section.

Способ осуществл етс  следующим образом,The method is carried out as follows.

Отобранньй из моделируемого пла- ста образец 1 угл , предварительно обрезанньш с двух сторон, помещаетс  в камеру 2 высокого давлени  так, чтобы поверхности среза были параллельны плоскост м нагруженн , Свобод- ньй от образца объем в камере заполн етс  бетоном так, чтобы вокруг образца образовалась бетонна  оболочка 3.высотой, равной высоте угольного образца. Бетон приготавливаетс  в соотношении цемент-щебень-песок-вода таким образтэм, чтобы прочность затвердевшего бетона была равной прочности моделируемых боковых пород. После затвердевани  бетона через отверстие 4 в камере высокого давлени  в бетонной оболочке со стороны отверсти  и в образце угл - на всю .его ширину пробуриваетс  шпур 5, имитирующий скважину в естественных услови х в горном массиве с учетом прин того критери  подоби . К отверстию 4 в камере подсоедин етс  вентильное устройство б. Камера устанавливаетс  на прессе и через два подвижных штока 7 камеры образец сжимаетс  осевой нагрузкой в пределах 10-40% от разрушающей , определенной эксперименталным путем.-,Через вентильное устройство 6 в шпур подаетс  газ, например метан, и при достижении давлени  газа на манометрах устройства 6, равного величине давлени  газа в угольном пласте, нагнетание прекращаетс  и вентиль подачи газа закрываетс ; Производитс  нагружение образца нагрузкой, равной естественному горному давлению yHC ji- объемный вес вышележащих пород, Н- глубина), и посл этого через вентильное устрсгйство 6 в шпур нагнетаетс  вода под начальным давлением, превьшающим давление газа. При достижении давлени  нагнетани , равного 90% естественного горного давлени J H, перекрываетс  вен0A sample of coal 1 selected from the simulated plastic, previously cut off from both sides, is placed in a high pressure chamber 2 so that the cut surfaces are parallel to the loading planes. The volume of the sample in the chamber is filled with concrete so that around the sample concrete shell 3. height equal to the height of the coal sample. Concrete is prepared in the ratio of cement-gravel-sand-water in such a way that the strength of the hardened concrete is equal to the strength of the simulated side rocks. After the concrete has hardened through the hole 4 in the high pressure chamber in the concrete shell from the side of the hole and in the coal sample, the hole 5 simulates a borehole in natural conditions in the mountain range, taking into account the similar criterion, to be drilled through its width. A valve device is connected to the opening 4 in the chamber. B. The chamber is installed on a press and through two movable rods 7 of the chamber, the sample is compressed by an axial load within 10-40% of the destructive, determined experimentally .-, A gas, such as methane, is fed into the hole through the valve device 6 and when the gas pressure is reached 6, equal to the gas pressure in the coal seam, the injection stops and the gas supply valve closes; The sample is loaded with a load equal to the natural rock pressure yHC ji- volume weight of the overlying rocks, H is the depth), and then through the valve device 6 water is pumped into the hole under the initial pressure exceeding the gas pressure. When an injection pressure of 90% of the natural rock pressure J H is reached, the vein 0 closes.

5five

00

тиль подачи воды и нагнетание прекращаетс , К вентильному устройству 6 подсоедин етс  улавливающа  емкость 8 и производитс  резкий с.брос давлени  путем открыти  заслонки 9, Выброшенную газоводоугольную смесь исследуют , определ   соотношение твердой и жидкой фаз, массу угл  и объем разрушени  образца.The water supply til and pumping is stopped. A catching tank 8 is connected to the valve device 6 and an abrupt pressure relief is performed by opening the valve 9. The ejected gas-coal mixture is examined by determining the ratio of the solid and liquid phases, the mass of the coal and the volume of the sample destruction.

Описанный.цикл исследований повтор етс  до полного извлечени  угольного образца, признаками чего  вл етс  выброс частиц бетонной оболочки . После этого проводитс  анализ мо.- делировани .The described research cycle is repeated until the carbon sample is completely removed, the signs of which are the ejection of concrete shell particles. After this, an analysis of the simulation is carried out.

Пример , Способ выполн етс . дл  моделировани  выброса газоводо- угольной смеси через скважину диаметром 100 мм при добыче угл  путем гидроимпульсного воздействи . Выброс производитс  из пласта ш - ТонкийAn example, Method is performed. to simulate the emission of a gas-carbon mixture through a well 100 mm in diameter when coal is extracted by means of a hydroimpulse effect. Ejection is produced from the seam W - Thin

5five

00

5five

00

м. Пласт т - Тон45m. Plast t - Ton45

5050

5555

на горизонте 970on the horizon 970

кий - опасный по внезапным выбросам угл  и газа, относительна  газообильность составл ет 14 м метана на тонну суточной добьми, давление газа в пласте 2,9 МПа, Мощность пласта 0,5 м, угол падени  57 , Кровл  и почва пласта-сланец песчанистый, слабослоистый , прочностью 50 МПа, Из пласта отобраны пробы угл  в виде кусков мйссой 2-5 кг. По нфрмативным методам опредепены физико-механичес- кие свойства угл : модуль упругости Е 1,51-103 МПа, коэффициент Пуассона ) 0,3, пористость угл  97,, объемньй вес 1,37 т/м , предел прочности угл  на сжатие 7,5 МПа, TeoMet- рический критерий подоби  прин т 1:10, силовой -1:1,cue - dangerous due to sudden emissions of coal and gas, relative gas abundance is 14 m of methane per tonne daily, gas pressure in the reservoir is 2.9 MPa, formation thickness is 0.5 m, the dip angle is 57, the roof and the soil of the layer is shale sandy, weakly layered, durability 50 MPa. Samples of coal in the form of pieces of 2-5 kg moissa were taken from the formation. Physical and mechanical properties of coal are determined by the nfrmative methods: elastic modulus Е 1.51-103 MPa, Poisson's ratio) 0.3, coal porosity 97, bulk weight 1.37 t / m, compressive strength of carbon 7, 5 MPa, TeoMetric criterion of similarity is 1:10, force -1: 1,

Пор док моделировани  следующий, Образец угл  обрезают с двух сторон параллельными плоскост ми и отбивают с. других сторон таким образом, чтобы он помещалс  в ы-илиндрическую камеру 2 с зазором между образцом и стенками, равным 2-3 см. Образец устанавливают в камеру на поршень нижнего штока. Затем приготавливают бетон , смешива  2,8 кг цемента марки 600 с 3,0 кг щебн  фракции 5-10 мм, 2,0 кг песка и 3,0 воды. Приготовленным бетоном заполн ют свободный от образца объем в камере так, чтобы вокруг образца образовалась бетоннаЯ оболо.чка высотой, равной высоте угольного образца, Чер ез 28 дней блок, состо щий из угольного образца 1 иThe order of modeling is as follows. The sample of the angle is cut from two sides by parallel planes and fought off. other sides so that it is placed in the s-cylindrical chamber 2 with a gap between the sample and the walls of 2-3 cm. The sample is installed in the chamber on the piston of the lower stem. Then concrete is prepared by mixing 2.8 kg of 600 cement with 3.0 kg of crushed stone fraction 5-10 mm, 2.0 kg of sand and 3.0 water. The prepared concrete is filled with the sample-free volume in the chamber so that a concrete shell is formed around the sample with a height equal to the height of the coal sample. A block consisting of the coal sample 1 and

;бетонной оболочки 3 прочностью so МПа, готов к моделированию. Через отверстие 4 в камере высокого давлени  сверлом с победитовой напайкой и низкооборотистой дрелью бур т шпур 5 диаметром 10 мм, перебурива  бетонную оболочку со стороны отверсти  4 и угольный образец на всю его ширину К отверстию 4 в камере подсоедин ют вентильное устройство 6, состо щее из канала и вентил  подачи газа, канала и вентип  подачи воды и механической заслонки 9. Камеру устанавливают на прессе П-50 и через два подвижных штока 7 образец с ммают нагрузкой 3,0 МПа. К вентилю подачи газа через высоконапорный трубопровод подсоедин ют баллон с метаном и, открыва  вентили -иа баллоне и на устройстве 6, подают метан, наблюда  за давлением на манометре вентильного устройства 6, При достижении давлени  2,9 МПа подачу газа прекращают , перекрыва  вентили на газовом баллоне и вентильном устройстве. Затем образец догружают до нагрузки 24,2 МПа и через вентильное устройство 6 в шпур нагнетают водУ плунжерным насосом высокого давлени . При достижении давлени  на манометре устройства 6j равного 21,8 МПа, нагнетание прекращают и перекрывают вентиль подачи воды. К вентильному устройству 6 подсоедин ют улавливающую емкость 8. Открыва  заслонку 9, инициируют выброс. Выброшенную тазо- водоугольную смесь, улавливают емкостью 8, в крышке которой имеетс  сетчатый фильтр, через который/газ по газопроводу выводитс  в атмосферу, за пределы лаборатории., Водоугольную смесь взвешивают, затем высушивают и определ ют массу выброшенного угл ,concrete shell 3 strength so MPa, ready for modeling. Through the hole 4 in the high-pressure chamber a drill with a hole with a diameter of 10 mm was drilled with a bit of soldering and a low-speed drill, re-drilling the concrete sheath from the side of the hole 4 and a coal specimen for its entire width. A valve device 6 consisting of the channel and the gas supply valve, the channel and the water supply valve and the mechanical valve 9. The chamber is installed on the P-50 press and through two movable rods 7 the sample is loaded with a load of 3.0 MPa. A gas cylinder with methane is connected to the gas supply valve through the high-pressure pipeline and, opening the valves and the cylinder 6 and device 6, methane is supplied, watching the pressure on the pressure gauge of the valve device 6. When the pressure reaches 2.9 MPa, the gas supply is stopped. gas cylinder and valve device. Then the sample is loaded to a load of 24.2 MPa and, through a valve device 6, a high-pressure plunger pump is pumped into the hole. When the pressure on the manometer of the device 6j is 21.8 MPa, the discharge is stopped and the water supply valve is closed. A catching container 8 is connected to the valve device 6. By opening the valve 9, an ejection is initiated. The ejected tazo-water-coal mixture is caught with a capacity of 8, in the lid of which there is a strainer, through which the gas is brought to the atmosphere through the gas pipeline outside the laboratory. The water-coal mixture is weighed, then dried and the mass of ejected coal is determined

1313

7571; 7571;

объем разрушени  угольного образца и соотношение твердой и жидкой фаз смеси .the volume of destruction of the coal sample and the ratio of the solid and liquid phases of the mixture.

Пересчет полученных данных моделировани  на натурные услови  позволит уста«овить св зь параметров гидроимпульсного воздействи  с количеством и характеристиками выбрасываемой газоводоугольной смеси и определить эффективные параметры дл  различных горно-геологических условий.The recalculation of the obtained simulation data for natural conditions will allow the mouth to associate the parameters of the hydroimpulse effect with the amount and characteristics of the emitted gas / coal mixture and determine the effective parameters for various geological conditions.

изобретени  the invention

00

00

5five

00

Способ моделировани  выброса га- зоводоугольной смеси при добыче угл , включающий отбор образца угл  из угольного пласта, размещение его в камере высокого давлени ,.нагружение, нагнетание в него газа, бурение в образце шпура, имитирующего скважину в массиве, и регистрацию процессов, 5 происход щих в образце, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности моделировани , после размещени  образца в камере свободное пространство в ней заполн ют бетоном, равнопрочным боковым горным породам, и через бетонную оболочку бур т шпур в образце, затем нагружают образец осевой нагрузкой в пределах 10-40% от разрушающей и подают в шпур газ до давлени , равного давлению газа в угольном цласте, затем догружают образец нагрузкой,.равной естественному горному давлению, нагнетают в шпур воду до достижени  давлени  нагнетани , равного 90% горного давлени , и резко производ т сброс давлени , а по объему разрушенной части образца суд т о состо нии исследуемого угольного пласта.A method for simulating the emission of a gas / water mixture during coal mining, including taking a sample of coal from a coal seam, placing it in a high pressure chamber, loading, injecting gas into it, drilling a hole simulating a well in an array in the sample, and registering processes, 5 in order to improve the accuracy of the simulation, after placing the sample in the chamber, the free space in it is filled with concrete, equal strength side rocks, and through the concrete shell the hole is drilled in the sample, The sample is loaded with an axial load within 10-40% of the breaking load and the gas is fed into the hole to a pressure equal to the gas pressure in the coal cluster, then the sample is loaded with a load equal to the natural rock pressure, water is injected into the hole until the injection pressure reaches 90 % of the rock pressure, and the pressure is sharply released, and the volume of the destroyed part of the sample is judged on the state of the coal seam under study.

Редактор С ПатрутеваEditor C Patroueva

Составитель И, Фомичева Техред М.ХоданичCompiled by And, Fomicheva Tehred M. Khodanych

Заказ 5977/30 Тираж 453ПодписноеOrder 5977/30 Circulation 453 Subscription

ВИРШПИ Государственного комитета СССР.VIRSHPI State Committee of the USSR.

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4

Корректор С. ЧерниProofreader S. Cherni

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Способ моделирования выброса газоводоугольной смеси при добыче угля, включающий отбор образца угля из угольного пласта, размещение его в камере высокого давления,.нагружение, нагнетание в него газа, бурение в образце’шпура, имитирующего скважину в массиве, и регистрацию процессов, происходящих в образце, отличающийся тем, что, с целью повышения точности моделирования, после размещения образца в камере свободное пространство в ней заполняют бетоном, равнопрочным боковым» горным породам, и через бетонную οδοί лочку бурят шпур в образце, затем нагружают образец осевой нагрузкой в пределах 10-40% от разрушающей и подают в шпур газ до давления, равного давлению газа в угольном пласте, затем догружают образец нагрузкой,.равной естественному горному давлению, нагнетают в шпур воду до достижения давления нагнетания, равного 90% горного давления, и резко производят сброс давления, а по объему разрушенной части образца судят о состоянии исследуемого угольного пласта.A method for simulating the emission of a gas-coal mixture during coal mining, including sampling a coal sample from a coal seam, placing it in a high-pressure chamber, loading, injecting gas into it, drilling in a sample of a hole simulating a well in an array, and recording processes occurring in the sample , characterized in that, in order to increase the accuracy of the simulation, after placing the sample in the chamber, the free space in it is filled with concrete, equal-strength lateral "rocks, and a hole is drilled through the concrete hole in the sample, s thereby loading the sample with an axial load in the range of 10-40% of the breaking load and supplying gas to the hole to a pressure equal to the gas pressure in the coal seam, then loading the sample with a load equal to the natural rock pressure, injecting water into the hole until the discharge pressure is 90 % of rock pressure, and sharply produce pressure relief, and the volume of the destroyed part of the sample is used to judge the state of the coal seam under study.