Способ определения нарушенности массива горных пород

Способ определения нарушенности массива горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАРУШЕННОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД , включающий излучение акустических импульсов в исследуемую область и прием отраженных акустических импульсов, измерение амплитуды отраженных импульсов и временных интервалов между излучаемым и отраженными импульсами, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и оперативности измерений, акустические импульсы излучают от устья скважины, пробуренной в исследуемой области массива горных пород, в ее воздущное пространство, определяют фазу отраженных импульсов, по которой судят о виде нарушений, а общую структурную нарущенность массива горных пород определяют по формуле 2.72-10- .тде Я -коэффициент структурной нарущенности; f d - несущая частота акустических импульсов, Гц; -диаметр скважины, см; L - глубина скважины, м; i AJ и Aj - амплитуды сигналов, отраженных от забоя скважины соответст (Л венно один и два раза, мВ.

00!03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зы! E 21 С 3900

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3537956/22-03 (22) 2.01.83 (46) 15.07.84. Бюл. № 26 (72) В. А. Антоненко, М. Д. Захарченко, Н. А. Захарченко и В. С. Ямщиков (53) 622.235(088.8) (56) 1. Савич А. И. и др. Сейсмоакустические методы изучения массивов скальных пород. M., «Недра», 1969, с. 155 — 167.

2. Ржевский В. В., Ямщиков В. С. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. М., «Наука», 1973, с. 215 — 219 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАРУШЕННОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, включающий излучение акустических импульсов в исследуемую область и прием отраженных акустических импульсов, измерение амплитуды отраженных импульсов

ÄÄSUÄÄ 1102949 А и временных интервалов между излучаемым и отраженными импульсами, отличающийся тем, что, с цел ью повы шени я точности и оперативности измерений, акустические импульсы излучают от устья скважины, пробуренной в исследуемой области массива горных пород, в ее воздушное пространство, определяют фазу отраженных импульсов, по которой судят о виде нарушений, а общую структурную нарушенность массива горных пород определяют по формуле

К=12,72 -10 —,Г-., где К вЂ” коэффициент структ !рной нарушенности; — несущая частота акустических им п ул ьсов, Гц;

° с(- — диаметр скважины, см; — глубина скважины, м; сО

А1и A — амплитуды сигналов, отраженных от забоя скважины соответст венно один и два раза, мВ. б

С::

1102949

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при исследовании нарушенности и естественной трещиноватости массивов горных пород, закономерностей их изменения при ведении горных работ.

Известен способ определения нарушенности массива горных пород, основанный на ультразвуковом каротаже скважин, вскрывающих горный массив (1).

Данный способ характеризуется высокой трудоемкостью работ по производству измерений и обработке данных.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения нарушенности массива горных пород, включающий излучение акустических импульсов в исследуемую область и прием отраженных акустических импульсов, измерение амплитуды отраженных импульсов и временных интервалов между излучаемым и отраженными импульсами. При этом акустические импульсы излучают непосредственно в массив горных пород (2).

Однако данный способ позволяет фиксировать единичные ближайшие к приемоизлучателю дефекты, а дефекты в зоне тени ближайших, как . правило, не фиксируются.

Цель изобретения — повышение точности и оперативности измерений.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения нарушенности массива горных пород, включающему излучение а кустических и мпульсов в исследуемую область и прием отраженных акустических импульсов, измерение амплитуды отраженных импульсов и временных интервалов между излучаемым и отраженными импульсами, акустические импульсы излучают от устья скважины, пробуренной в исследуемой области массива горных пород, в ее воздушное пространство, определяют фазу отраженных импульсов, по которой судят о виде нарушений, а общую структурную нарушенность определяк1т по формуле

К = 12,72 10 где К вЂ” коэффициент структурной нарушен ности; — несущая частота звуковых импульсов; Гц, Й вЂ” диаметр скважины, см;

L — глубина скважины, м;

А,иА — амплитуды сигналов, отраженных от забоя скважины соответственно один и два раза, мВ.

Эта формула выведена из соотношения коэффициентов затухания акустических импульсов в скважинах, вскрывающих ненарушенный и нарушенный массивы. Для первого случая коэффициент затухания в идеальной (,гладкой) скважине определится как (М8-10 Cf 1 552 !О g rs с(як R > "7"

Для определения местоположения забоя

4 и дефектов 5, 6, и 7 скважины 1 скорость горизонтальной развертки осциллографа устанавливают кратной скорости распространения акустического сигнала в скважине таким образом, чтобы одному делению горизонтального масштаба соответствовали

10,5 или 2,5 м глубины скважины. Для этого необходимо вручную измерить точную глубину контрольной скважины, затем установить в ее устье приемоизлучатель 2 и, получив на экране осциллографа 8 эхограмму, ручкой плавной регулировки длительности развертки установить вступление первого (или второго, третьего и т д.) отражения на соответствующую отметку шкалы

Во втором случае величину коэффициента затухания в нарушенной скважине можно определить из выражения

4,1 ля л/л, /„

На фиг. 1 приведена блок-схема установки для определения нарушенности массивов горных пород; на фиг. 2 и 3 — осциллограммы сигналов, отраженных от сужения и расширения ствола скважины соответственно; на фиг. 4 — характерная эхограмма реальной скважины.

Способ осуществляют следующим образом.

Оператор с аппаратурой (фиг. 1) располагается в выработке, из которой пробурены подлежащие обследованию скважины 1.

После включения и прогрева аппаратуры приемоизлучатель 2 акустических импульсов устанавливают в устье скважины 1. Звуколокатор 3 вырабатывает короткие электри20 ческие рлдиоимпульсы в виде отрезка синусоиды, которые преобразуют приемоизлучателем 2 в акустический сигнал. Этот сигнал распространяется от устья скважины до ее забоя 4 и после многократной циркуляции между забоем 4 и приемоизлучателем 1 затухает. При распространении акустического сигнала вдоль скважины происходит частичное его отражение от различных дефектов ствола скважины вывалов 5, трещин 6, которые характеризуются расширением ствола и пережимов 7, которые уменьшают диаметр скважины и т. д. Сигналы, отраженные от дефектов 5, 6 и ?, а также от забоя 4 скважины 1 преобразуются прие-моизлучателем 2 в электрический сигнал, который затем обрабатывается в блоках усиления и обработки звуколокатора 3, на цифровом табло которого отражается глубина скважины. Кроме того, сигналы с преобразователя 3 подаются на вход осциллографа 8, наблюдаются на его экране и регистрируются с помощью специальной фото40 приставки 9 с зеркальной фотокамерой 10.

Питание осциллографа 8 автономное от аккумуляторной батареи 11 через стабилизатор 12.

1102949

4343 дЯ

1 А м

Фа7 2

ВНИИПИ Заказ 4820/23 тираж 565 Подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 электронно-лучевой трубки осциллографа.

Установленную таким образом длительность развертки регулярно проверяют, производя замеры в контрольной скважине, и при необходимости производят подстройку скорости горизонтальной развертки. Далее производят снятие и регистрацию эхограмм всех исследуемых скважин.

Расшифровку эхограмм осуществляют следующим образом. На эхограмме отмечают вступления сигналов, отраженных от дефектов ствола скважины и забоя, и с помощью горизонтальной масштабной сетки определяют их местоположение, затем измеряют амплитуду каждого отражения, определяют его фазу.

По фазе отраженных сигналов определяют характер дефекта и состояние забоя скважины. При отражении от сужения ствола скважины или от сплошного забоя сигнал наблюдается в отрицательной фазе (фиг. 2), и при отражении от свободной границы (трещины, вывала или открытого забоя скважины, выходящей, например в зону обрушения ) — в положительной фазе (фиг. 3).

По амплитудам сигналов, отраженных от забоя скважины 1 и 2 раза, определяют коэффициент затухания акустического сигнала в скважине из выражения где А и А, — амплитуды 1-го и 2-го сигналов, отраженных от забоя скважины, мм; — измеренная глубина скважины, м.

Коэффициент затухания является основ10 ным параметром, характеризующим структурну рную нарушенность массива горных пород, пересекаемого скважиной, так как любое нарушение идеальности .ствола скважины, являясь следствием нарушенности массива, вызывает частичное поглощение акустичес15 кого импульса при его распространении вдоль скважины. Для иллюстрации этого на фиг. 4 приведена эхограмма «чистой» скважины при большой чувствительности канала вертикального отклонения осциллоgp графа фа где хорошо видна мелкая структуа нарушенности стенки скважины, котора н ру рая полностью отражает интегральную н руа шен ность массива, пересекаемого скважиной.

25 Данный способ позволяет значительно повысить оперативность метода исследования нарушенности пород.