ИНДЕКСЫ СТРУКТУРНОГО РАЗЛИЧИЯ ВЕРХНИХ ЗОН ЗАПОЛНЕНИЯ ОРДОВИКСКОГО ИЗВЕСТНЯКА И СПОСОБ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1. Способ определения индексов структурного различия верхних зон заполнения Ордовикского известняка, согласно которому:
сначала определяют три типа структур зоны заполнения, а именно, структуру с непрерывным заполнением, структуру с прерывистым заполнением, и структуру, свободную от заполнения;
затем определяют индексы различия в соответствии с тремя типами структур зоны заполнения, включающие: величину q прорыва воды к скважине, величину расхода Q подземной воды и коэффициент К проницаемости участка Ордовикского известняка;
затем соответственно определяют пороговые значения для каждого индекса в соответствии с различными водоупорными свойствами, соответствующими указанным трем структурам;
причем, индексы получают посредством следующих этапов:
a) сначала выполняют обширное взятие проб в местах выхода на поверхность пластов зон заполнения для исследования состояния заполнения трещин глиной в зоне заполнения, и различают зоны заполнения по степени заполнения трещин на: структуру с непрерывным заполнением, структуру с прерывистым заполнением, и структуру, свободную от заполнения; классифицируют типы зон заполнения, соответствующие трем структурам зоны заполнения, как соответственно водоупорную зону заполнения, слабую водоупорную зону заполнения и водонасыщенную зону заполнения;
b) для зоны заполнения на глубине залегания более 300 м определяют три индекса структур зоны заполнения в соответствии с результатом испытаний нагнетанием/расходом воды, а именно: величину q прорыва воды к скважине, величину расхода Q подземной воды и коэффициент К проницаемости участка Ордовикского известняка посредством следующих этапов:
b1) получают величину q прорыва воды к скважине:
комплексно определяют глубину завершения разработки в зоне заполнения в соответствии с коэффициентом выноса керна, расходом продавочной текучей среды и степенью разработки глинистой породы в скважине; глубину завершения разработки в зоне заполнения определяют как глубину завершения разработки глинистой породы, где коэффициент выноса керна составляет менее 50%; таким образом, участок для испытания нагнетанием воды определяют как участок, начинающийся от начальной точки Ордовикского известняка до этой глубины, а величину q этого участка рассчитывают по формуле (1):
3
w
w
где Q - расход скважины, м/с; М - толщина участка нагнетания воды, м; s - понижение уровня воды в скважине, м; R - радиус влияния скважины, м; r - радиус скважины для нагнетания воды, м;
b2) получают величину расхода Q подземной воды: выполняют испытание по определению расхода воды для подземной скважины и регистрируют величину расхода воды на участке каждые 2 минуты; для испытаний по определению расхода подземной воды, которые ранее не выполнялись с такой высокой интенсивностью регистрации, производят анализ зарегистрированных величин расхода воды путем аппроксимации, в качестве примера, объясняющего аппроксимирующую формулу определения расхода воды для одной скважины, получают величины расходуемой на различных глубинах воды, начиная от начальной точки Ордовикского известняка, по аппроксимирующей формуле (2):
3
где, х - глубина в Ордовикском известняке, м; Q - величина прорыва воды на различной глубине в Ордовикском известняке, м/с;
1
2
b3) получают коэффициент К проницаемости: для подземной скважины проводят испытание на расход воды, и при закрытом клапане на участке во время расхода воды регистрируют статическое давление P воды и мгновенное давление Р воды, соответственно, для представления давления воды на участке при испытании на расход воды; рассчитывают фактическую величину S понижения уровня воды в процессе расхода воды, и рассчитывают коэффициент К проницаемости на участке по формулам (3) и (4):
где К - коэффициент проницаемости, см/с; значения других параметров являются такими же, как в формуле (1);
с) определяют пороговые значения для величины q прорыва воды к скважине, величины расхода Q подземной воды и коэффициента К проницаемости посредством следующих этапов:
с1) определяют пороговое значение величины q прорыва воды к скважине: поскольку структура с непрерывным заполнением является водоупорной, и при испытании нагнетанием воды участок нагнетания воды проявляет водоупорные свойства при q<0,001 л/с·м, участок со значением q<0,001 л/с·м определяют как водоупорную зону заполнения; поскольку структура с прерывистым заполнением имеет слабую водопроницаемость и при испытании нагнетанием воды участок нагнетания воды проявляет свойство слабой водопроницаемости при 0,001<q<0,01 л/с·м, участок со значением 0,001<q<0,01 л/с·м определяют как зону заполнения со слабой водопроницаемостью; поскольку структура, свободная от заполнения, является водонасыщенной и при испытании нагнетанием воды участок нагнетания воды проявляет свойство водонасыщения при q>0,01 л/с·м, участок со значением q>0,01
л/с·м определяют как водонасыщенную зону заполнения;
с2) определяют пороговое значение для величины расхода Q подземной воды: содержание воды в структуре зоны заполнения является таким же, как и на этапе с1); пороговое значение для Q получают как произведение порогового значения для величины q, определенной на этапе с1), и среднего понижения уровня воды на глубине залегания более 300 м; на основе положения залегания пластов угля нижней группы при глубине залегания более 300 м определяют четыре уровня давления воды Ордовикского известняка, то есть, 3 МПа, 4 МПа, 5 МПа и 6 МПа соответственно; дополнительно, понижение уровня воды при испытании нагнетанием/расходом воды предполагают в качестве максимального уровня понижения, то есть, 300 м, 400 м, 500 м и 600 м, соответственно; таким образом, определяют пороговое значение для величины прорыва воды к скважине;
-5
-5
-5
-4
-5
-4
-4
-4
с3) определяют пороговое значение для коэффициента К проницаемости: содержание воды в структуре зон заполнения является таким же, как и на этапе с1); поскольку испытуемый участок проявляет водоупорное свойство при испытании нагнетанием, когда коэффициент К проницаемости составляет К<10 см/с, участок со значением К<10 см/с определяют как водоупорную зону заполнения; поскольку испытуемый участок проявляет свойство слабой водопроницаемости при испытании нагнетанием, когда коэффициент К проницаемости составляет 10<К<10 см/с, участок со значением 10<К<10 см/с определяют как зону заполнения со слабой водопроницаемостью; поскольку испытуемый участок проявляет свойство водонасыщения при испытании нагнетанием, когда коэффициент К проницаемости составляет К>10 см/с, участок со значением К>10 см/с определяют, как водонасыщенную зону заполнения.
2. Способ определения структуры, включающий следующие этапы:
определяют типы зон заполнения и толщины каждой из зон заполнения в полном соответствии с оценочными индексами и пороговыми значениями, определенными в соответствии со способом по п. 1, причем водоупорную зону заполнения можно непосредственно использовать в качестве водоупорного пласта; зону заполнения со слабой водопроницаемостью можно модифицировать путем цементации и затем использовать; водонасыщенная зона заполнения не может использоваться в качестве водоупорного пласта, поскольку она имеет такую же водопроницаемость, как нижележащий Ордовикский известняк;
наносят на карту изолинии толщины водоупорной зоны заполнения, изолинии коэффициента прорыва воды без учета водоупорной зоны заполнения, и изолинии коэффициента прорыва воды с учетом водоупорной зоны заполнения, соответственно; сравнивают и анализируют две карты с изолиниями, и определяют безопасную зону добычи угля в нижней группе.