Kwartalnik 13-1-4.indd

Prace Instytutu Mechaniki Grotworu PANTom 13, nr 1-4, (2011), s. 3-9 Instytut Mechaniki Grotworu PAN

Wstpne badanie rdzeni wiertniczych dolomitw z OZG Rudna w aspekcie potencjalnego zagroenia

zjawiskami gazo-geodynamicznymi

MARIUSZ MYNARCZUK, MIROSAW WIERZBICKIInstytut Mechaniki Grotworu PAN; ul. Reymonta 27, 30-059 Krakw

Streszczenie

W nastpstwie wyrzutu ska i gazu, ktry mia miejsce w 2009 roku w O/ZG Rudna, wykonano szereg od-wiertw badawczych celem oceny grotworu w rejonie tego zdarzenia. Cz z tych odwiertw charakteryzowaa si zwikszonym wypywem gazu. W pracy przeanalizowano dwa podejcia badawcze, ktrych celem bya analiza struktury rdzeni celem jej skorelowania z miejscami wzmoonego wypywu gazu. W pierwszym podejciu analizo-wano zgady wykonane z prb pobranych wzdu odwiertu, celem poszukiwania struktury skalnej zblionej do tej, odnalezionej w rejonie wyrzutu. Struktur tak, charakteryzujc si zwikszon porowatoci skay, odnaleziono m.in. w odwiercie H-8 na gbokoci ok. 5070 [m]. Gbokoci te pokrywaj si z miejscami zarejestrowanego, wzmoonego wypywu gazu z odwiertu. Drugim typem bada byy badania podzielnoci rdzenia. Rwnie w tych badaniach wykazano istnienie powizania pomidzy parametrem podzielnoci rdzenia a miejscem wypywu gazu z odwiertu. Otrzymane wyniki wskazuj na moliwo wykorzystania analizy zmian struktury geometrycznej skay oraz analizy podzielnoci rdzenia dla detekcji obszarw o zwikszonym wypywie gazu z otworw wiertniczych.

Sowa kluczowe: wyrzuty skalno-gazowe, stereologia, struktura skay, grnictwo miedzi

1. Wstp

W badaniach prowadzonych w IMG PAN w nastpstwie wyrzutu ska i gazu, ktry mia miejsce w dniu 6 wrzenia 2009 roku w rejonie chodnikw T.W 169 O/ZG Rudna wykazano, e w masach powy-rzutowych wystpowaa struktura dolomitu charakteryzujca si znaczn porowatoci. Dominoway w niej pory dobrze widoczne w zakresie powiksze mikroskopu optycznego (rzdu 100-200). Porowatoci tego typu nie zaobserwowano w prbkach pobranych z ociosu, w pobliu miejsca zdarzenia. W konkluzji spo-rzdzonego wtedy raportu (Wierzbicki i in., 2009) stwierdzono m.in., e wyrzut spowodowany mg by gazem, zakumulowanym w tego typu przestrzeni porowej. W trakcie bada zauwaono rwnie, e oprcz wspomnianej porowatoci, we wszystkich badanych prbkach wystpoway pory mniejsze. Nie byy one widoczne w zakresie stosowanych powiksze mikroskopowych, natomiast byy mierzalne na piknometrze helowym. Przyjto jednak, e tego typu przestrze porowa nie odgrywaa roli (lub odgrywaa nieznaczn rol) w zaistniaym wyrzucie.

2. Analiza stereologiczna prbek pobranych z otworu wiertniczego

Po wyrzucie ska i gazu, ktry mia miejsce w O/ZG Rudna, wykonano szereg odwiertw badawczych celem oceny grotworu w rejonie tego zdarzenia. Cz z tych odwiertw charakteryzowaa si zwikszonym wypywem gazu. Miejsca wypywu gazu z analizowanych w pracy otworw H-8 i H-8a chodnika W-169 OZG Rudna naniesiono schematycznie na rysunku 1. Rysunek 2 przedstawia dobowe wypywy gazu z otworu H-8 rejestrowane w lipcu i sierpniu 2010 roku. Z rdzenia tego odwiertu pobrano prbki do bada (rys. 3). Badania te miay na celu na poszukiwanie w dolomicie z rdzeni wiertniczych porowatoci podobnej do tej, jak stwierdzono w masach powyrzutowych.

4

Rys. 2. Wypyw gazu z otworu wiertniczego H-8

Rys. 1. Rozmieszczenie otworw H-8 i H-8a w okolicy miejsca wyrzutu gazw i ska w OZG Rudna

Rys. 3. Prby rdzenia pobrane z ZG Rudna do bada stereologicznych

Mariusz Mynarczuk, Mirosaw Wierzbicki

5

Pobrano 20 prbek dolomitu z nastpujcych gbokoci odwiertu: 5.0 m, 12.0 m, 23.0 m, 32.0 m, 42.0 m, 46.8 m, 48.5 m, 50.5 m, 55.5 m, 58.5 m, 59.0 m, 60.5 m, 61.5 m, 61.8 m, 62.5 m, 62.8 m, 64.0 m, 65.5 m, 66.5 m i 67.0 m.

W celu detekcji i analizy porw, z pobranych prbek wykonano zgady. Nastpnie zgady te napylono. Celem bada byo wykrycie w prbkach porowatoci podobnej do tej, jaka istniaa w masach powyrzuto-wych. Prbki obserwowane byy pod mikroskopem stereoskopowym przy powikszeniu 100. Dla kadego zgadu wykonano seri zdj. Zdjcia te byy podstaw do wyznaczenia udziau objtociowego porw. W pomiarach wykorzystano metody analizy obrazu. Zaproponowany algorytm skada si ze wstpnej fi l-tracji oraz automatycznej segmentacji metod maksymalnej entropii (Coster i Chermant, 1989). Otrzymany obraz binarny podlega jeszcze jednej, niewielkiej fi ltracji morfologicznej (Serra, 1988). W efekcie tych operacji uzyskano obraz binarny skadajcy si jedynie z obiektw, bdcych porami. Obrazy te suyy do wyznaczenia porowatoci badanej prbki.

Na rysunku 4 zaprezentowano przykadowe zdjcia, wykonane dla analizowanych zgadw. Wykres z rysunku 5 przedstawia natomiast zmian porowatoci w funkcji gbokoci otworu. Mona zauway, e po wzgldnie stabilnej porowatoci skay na dugoci ok. 50 m (zmieniajcej si w granicach od 0,65 do 3,26 [%]) nastpuje jej wzrost. Porowato wzrasta w dwch ssiadujcych z sob obszarach: od 48,5 m do 60,5 m (osigajc maksimum na poziomie 7,68% na gbokoci 55,5 m) oraz od 61,5 m do 66.5 m (osiga-jc maksima na poziomach 11,2 i 11,3 [%] na gbokociach 64 i 66,4 [m]). Po osigniciu wspomnianych maksimw nastpuje radykalny spadek porowatoci na 67 m odwiertu (do 2,7%). W tym miejscu, z przyczyn technicznych, zakoczono wiercenie otworu H-8.

Rys. 4. Zdjcie zgadw wykonanych z prbek dolomitu pobranych na rnych gbokociach rdzenia wiertniczego z odwiertu H-8 (pow. 100)

5.0 m 32.0 m 42.0 m

50.5 m 55.5 m 60.5 m

64.0 m 66.5 m 67.0 m

Wstpne badanie rdzeni wiertniczych dolomitw z OZG Rudna w aspekcie potencjalnego zagroenia...

6

3. Badania podzielnoci rdzenia

Druga cz bada polegaa na pilotaowej analizie podzielnoci rdzenia. Celem bada byo zwr-cenie uwagi na ewentualn zalenoci pomidzy tym parametrem a rejonami wypywu gazu z grotworu. W celu przeprowadzenia bada wykonano seri zdj rdzenia pobranego z odwiertu H-8a, wywierconego w bliskim ssiedztwie odwiertu H-8 (wywiercono go, ze wzgldu na zakleszczenie si, na gbokoci 67 m, wierta w odwiercie H-8). Zdjcia te, z uwagi na to, i byy wykonywane w warunkach kopalnianych, wy-magay wstpnej obrbki. Polegaa ona na polepszeniu ich jasnoci i kontrastu, oraz wykonaniu operacji geometrycznych majcych na celu obrcenie obrazu w taki sposb, aby analizowane rdzenie byy uoone na zdjciu poziomo. Na otrzymanym w ten sposb obrazie wykadrowano tylko pojemnik z analizowanymi rdzeniami. Przykadowe zdjcie wykonane w kopalni przedstawiono na rysunku 6a. Rysunek 6b przedstawia obraz otrzymany po wstpnych przeksztaceniach i wykadrowaniu. Na obrazie tym przeprowadzono analiz

Rys. 5. Porowato prbek pobranych z rdzenia z odwiertu H8

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0 10 20 30 40 50 60 70

porowato

[%]

odleg o [m]g boko [m]

Rys. 6. Przykadowe zdjcie rdzenia z otworu H-8a (od 24 m. do 30 m. otworu). Zdjcie grne-zdjcie oryginalne wykonane w kopalni, zdjcie dolne obraz wstpnie obrobiony

a)

b)

Mariusz Mynarczuk, Mirosaw Wierzbicki

7

podzielnoci rdzenia poprzez zliczanie iloci dyskw wystpujcych na 1 metrze rdzenia oraz na pomiarze redniej ich dugoci.

W wyniku przeprowadzonej analizy zaobserwowano, e najwiksza podzielno rdzenia wystpuje na obszarach od ok. 55 m do 65 m, oraz (w mniejszym stopniu) w okolicach 20 m, 43 m, 75 m i 80 m g-bokoci otworu. Wyniki te, zaprezentowane na rysunku 7a.

Na rysunku 7b (ktry powsta w wyniku przefi ltrowania danych z rysunku 7a fi ltrem uredniajcym) zaznaczono dwa obszary. Obszar pierwszy to miejsce o podwyszonym wypywie gazu zaobserwowanym podczas wiercenia rdzenia (58 68[m]; porwnaj rysunek 1). Obszar ten obejmuje po czci swoim zakre-sem take miejsca o najwikszych porowatociach, jakie wyznaczono w trakcie bada stereologicznych, (48,560,5 [m] oraz 61,5 66.5 [m]). Obszar zaznaczony na rysunku 7b jako obszar 2 odpowiada rejonowi podwyszonego wypywy gazu zaobserwowanego podczas wiercenia rdzenia H-8a (w warunkach kopal-nianych zosta on zidentyfi kowany w przedziale 68 78[m]).

Rys. 7. Podzielno z rdzenia z otworu H8a. a) zmierzona rednia dugo fragmentw rdzenia na poszczeglnych gbokociach otworu, b) dane po przefi ltrowaniu (fi ltr uredniajcy, okno 3 m) obserwowanych zmian; na rysunku zaznaczono 2 obszary:

obszary te to miejsca o podwyszonym wypywie gazu zaobserwowanym podczas wiercenia otworu (por. rys. 1)

12

a)

b)

Podczas bada wyznaczono rwnie wskanik podzielnoci rdzenia RQD (Rock Quality Designation). Jest on wyznaczany jako (Deere et al., 1967):

%100

L

LRQD

k (1)

gdzie: Lk suma dugoci kawakw rdzenia wikszych od podwjnej rednicy rdzenia, L dugo rdzenia.

Wstpne badanie rdzeni wiertniczych dolomitw z OZG Rudna w aspekcie potencjalnego zagroenia...

8

Rezultaty zestawiono na rysunku 8.Obserwujc wskanik RQD i odnoszc otrzymane rezultaty do obserwowanego wypywu gazu mona

stwierdzi, e dla wykonanych bada identyfi kuje on najbardziej spkan stref na rejon ok. 58 m, oraz (w mniejszym stopniu) na 83 m. Pierwszy z tych rejonw pokrywa si z miejscem wypywu gazu zaobser-wowanym podczas wiercenia rdzenia, Drugi lekko wykracza poza ten obszar.

Analizujc uzyskane wyniki naley jednak pamita o przestrzennym przesuniciu otworw H-8 i H-8a co ma wpyw na analiz porwnawcz z wynikami pomiarw stereologicznych zaprezentowanymi w poprzednim rozdziale. Naley take mie na uwadze fakt, e rdze nie by wiercony pod ktem badania jego podzielnoci, std nie zwracano uwagi na jako jego wykonania. Dodatkowo, zosta on pocity na jednometrowe odcinki co w pewien sposb wpywa na bd otrzymanych wynikw. Wydaje si jednak, e eliminacja tych niedocigni pozwoli na to, aby opisana metoda dostarczaa rzetelne i interesujce wyniki.

4. Podsumowanie