Применение импедансной спектроскопии для определения трещиноватости газонасыщенных угольных пластов в реальных условиях забоя

Abstract

Теоретически проанализирована принципиальная возможность, использования методов импедансной спектроскопии 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 три этапа. Выведено аналитическое выражение для коэффициента трещиноватости угля, связывающее его с эффективными электрофизическими характеристиками, которые могут быть найдены методами импедансной спектроскопии. Чтобы воспользоваться полученным выражением достаточно измерить величину активного сопротивления угольной матрицы на постоянном токе, а также на основе импедансных измерений найти частоту, отвечающую максимуму годографа импеданса угля. Проведена оценка коэффициента реальной трещиноватости газонасыщенного угольного пласта непосредственно в забое, которая показывает, что его значение в этих условиях в несколько раз превышает коэффициент трещиноватости, измеренный на лабораторных образцах угля.

Теоретично проаналізовано принципову можливість використання методів імпедансної спектроскопії щодо визначення ступеня тріщинуватості викопного вугілля безпосередньо усередині забою в процесі виїмки вугілля з урахуванням внутрішньопластового тиску газоподібних флюїдів, що заповнюють порожнини тріщин. З цією метою розглянутий 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 три етапи. Виведено аналітичний вираз для коефіцієнта тріщинуватості вугілля, що пов’язує його з ефективними електрофізичними характеристиками, які можуть бути знайдені методами імпедансної спектроскопії. Щоб скористатися отриманим виразом досить виміряти величину активного опору вугільної матриці на постійному струмі, а також на основі імпедансних вимірів знайти частоту, що відповідає максимуму годографа імпедансу вугілля. Проведена оцінка коефіцієнта реальної тріщинуватості газонасиченого вугільного пласта безпосередньо у забої, яка показує, що його значення в цих умовах у декілька разів перевищує коефіцієнт тріщинуватості, виміряний на лабораторних зразках вугілля.

The principle possibility is analysed theoretically, using of methods of impedance spectroscopy for determination of cracking degree for fossil coal directly into a backwall in the process of coulisse of coal taking into account intralayer pressure gaseous fluids, fillings the cavities of cracks. The coal layer of the horizontal bedding, containing the system of parallel cracks, for this purpose is considered. A situation is investigated, when the evolution of main cracks, takes place after the rapid throwing down of the mechanical loading, proceeds in three stages. Analytical expression is shown out for the coefficient of coal cracking, relating him with effective electrophysics characteristics which can be found by the methods of impedance spectroscopy. To take advantage of the obtained expression it is sufficiently to measure the value of active resistance of coal matrix on a direct current, and also on the basis of the impedance measurings to find frequency, answering a maximum of hodograph of coal impedance. The estimation of coefficient of real cracking of gas saturated coal layer is performanced directly in a backwall, which shows that his value in these conditions exceeds in several times the coefficient of cracking, measured on the laboratory examples of coal.