Импедансная спектроскопия как неинвазивный способ измерения трещиноватости газонасыщенных угольных пластов

Abstract

Теоретически проанализирована принципиальная возможность использования методов импедансной спектроскопии (ИС) для определения степени трещиноватости ископаемого угля непосредственно внутри забоя в процессе выемки угля с учетом внутрипластового давления газообразных флюидов, заполняющих полости трещин. С этой целью рассмотрен угольный пласт горизонтального залегания, содержащий систему параллельных трещин. Исследована ситуация, когда после быстрого сброса механической нагрузки имеет место эволюция магистральных трещин, которая происходит в два этапа. Выведено аналитическое выражение для коэффициента трещиноватости угля, связывающее его с эффективными электрофизическими характеристиками, которые могут быть найдены методами ИС. Проведена оценка коэффициента реальной трещиноватости газонасыщенного угольного пласта непосредственно в забое. Показано, что значение коэффициента в этих условиях в несколько раз превышает его величину, измеренную на лабораторных образцах угля.

Теоретично проаналізовано принципову можливість використання методів імпедансної спектроскопії (IС) щодо визначення ступеня тріщинуватості викопного вугілля безпосередньо всередині забою в процесі виїмки вугілля з урахуванням внутрішньопластового тиску газоподібних флюїдів, що заповнюють порожнини тріщин. З цією метою розглянуто вугільний пласт горизонтального залягання, що містить систему паралельних тріщин. Досліджено ситуацію, коли після швидкого скидання механічного навантаження має місце еволюція магістральних тріщин, яка відбувається у два етапи. Виведено аналітичний вираз для коефіцієнта тріщинуватості вугілля, що пов’язує його з ефективними електрофізичними характеристиками, які можуть бути знайдені методами IС. Проведено оцінку коефіцієнта реальної тріщинуватості газонасиченого вугільного пласта безпосередньо у забої. Показано, що значення коефіцієнта в цих умовах у декілька разів перевищує його величину, виміряну на лабораторних зразках вугілля.

A principle possibility is analyzed theoretically, whether it is possible to apply the methods of impedance spectroscopy (IS) to determination of the cracking degree of fossil coal directly in a mine face in course of coal excavation with taking into account of intra-formational pressure of gaseous fluids that fill the cavities of cracks. A coal layer of the horizontal bedding is considered, that contains the system of parallel cracks, for this purpose. A situation is investigational, when two-stage evolution of main cracks takes place after fast mechanical load loss. Analytical expression of the coefficient of coal cracking is derived that binds it with effective electrophysical characteristics to be found by the methods of IS. The estimation of the coefficient of real cracking of a gas saturated coal layer is performed directly in a mine face. It is shown that in these conditions, the value exceeds the coefficient of cracking of the laboratory examples of coal by several times.