Способ определения смещений массива горных пород

Способ определения смещений массива горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: наблюдение за смещениями массива горных пород при ведении горных работ и добыче нефти и газа. Сущность изобретения: в зоне смещений массива бурят рабочую скважину. За пределами зоны смещений бурят опорную скважину. В обеих скважинах проводят измерение геофизических параметров. По результатам измерений выделяют реперные слои пород, Реперные слои выделяют по величине геофизических параметров, превышающей фоновое значение,, Определяют интервалы глубин наблюдения в скважигнах, включающие не менее одного реперного слоя. Периодически определяют изменение глубин залегания реперных слоев рабочей скважины относительно глубин залегания реперных слоев опорной скважины. По изменению положения реперных слоев определяют смещения массива. 2 з.п. ф-лы, 1Д ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО ЦИАЛ И СТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ())) 4 (51)5 E 21 С 39/00 и рв мацу „""пМ

И лио - EXeqOTE

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) 21) 4879626/03

° °

22) 05 11 90 (46) 30.11.92, Бюл. 1" 44 (7l) Научно-производственное объединение по осушению месторождений полезнь|х ископаемых и специальным горным работам ".ВИОГЕМ"

{72) С.Н.Журин, Я.R.Ãoí÷àðoE), Г.В.Горбунова и Я,B.Tîïîpêof) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 1161703; кл. к 21 с 39/00, 1983.

Ямщиков В.С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. M.: Недра, 19Р2, с. 1Р>1182. (54) СПОСОБ ОПРЕ/лЕЛЕНИЯ СНБ .ЕНИй ИЯССИВЯ ГОРНЫХ ПОРОР (57) Использование: наблюдение за смещениями массива горных пород при

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при исследовании процессов сдвижения горных пород при подземной разработке полезных ископаемых.

Известен способ определения сдвижений массива горных пород, включающий закладку реперов по основным и дополнительным профильным линиям в зоне влияния горных пород, наблюдения эа смещениями репвров, по которым судят о сдвижении массива горных пород, определение направления действия минимального и максимального тектонических напряжений, ориентирование заложенных по основным профильведении горных работ и добыче нефти и газа. Сущность изобретения: в зоне смещений массива бурят рабочую скважину. 3а пределами эоны смещений бурят опорную скважину. В обеих сква" жинах проводят измерение геофизических параметров. По результатам измерений выделяют реперные слои пород.

Реперные слои выделяют по величине геофизических параметров, превышающей фоновое значение„ Определяют интервалы глубин наблюдения в скважинах, включающие не менее одного реперного слоя. Периодически определяют изменение глубин залегания реперных слоев раоочей скважины относительно глубин залегания реперных слоев опорной скважины. По изменению поло" жения реперных слоев определяют смещения массива. 2 з.п. ф-лы, 14 ил. ным линиям реперов по направлениям действия минимального и максимально«, го тектонических напряжений.

Недостатком известного способа является недостаточная точность измерения смец>ения в глубине массива, так как по деформации поверхности трудно перейти к расчету осадок глубинных слоев

Известен способ определения смещения массива горных пород, включающий бурение скважины в направлении выработанного пространства под углом, близким к углу сдвижения массива, или вертикальную скважину, В скважине зак1ПЕЗоо ладывают реперы, имеющие с поверхностью гибкие связи (стальная проволока). По изменению длины связей определяют смещение реперов я направлении оси скважины. Реперы в глубине скважины закрепляются с помощью якорных распорных устройств или бетонируются.

Однако известный способ имеет сле- 0 дующие недостатки, Использование глубинных реперов с механическим закреплением возможно при достаточно крепких вмещающих породах, когда обеспечивается устойчивое состояние стенок скважины на необходимый период времени, В неустойчивых породах происходит обрушение стенок скважины, заклинивание проволок и невозможность передачи смеще- 2() ний репера. на поверхность. Кроме того, практика установки глубинных реперов показала всю сложность и практическую невозможность установки большого количества реперов (более трех) 25 с механическим закреплением в одной наблюдательной скважине без создания условий для взаимного трения проволок, снижающих точность измерений.

Проведение измерений в скважинах, за- О полненных агрессивной средой, которой, как правило, являются минерализованные воды рудных водоносных горизонтов, вызывают коррозию .проволоки, изменение ее деформационных . свойств, что снижает точность измерений.

Наиболее близким техническим решением является способ определения смещения массива горных пород, согласно которому бурят скважину в зоне смещений массива, затем измеряют в ней геофизические параметры, после чего выделяют реперные слои пород, резко отличающиеся ло свойствам от свойств окружающих пород, и производят цикл наблюдений за изменением глубины реперных слоев, по которым судят о смещении горных пород.

Недостатком такого способа является низкая точность измерений, поскольку смещение реперов определяют по разности расстояния репера от фиксированной точки на земной поверхности по меткам квротажного кабеля или стального канвта. При этом в слу- 55 чае глубоких скважин резко возрастает погрешность измерений, вносимая изменением длины каротажного кабеля или каната в рез„ льтате его вытягивания во времени я разности температуры в разных циклах измерений. Кроме того, в прототипе в качестве меры положения реперов предла гается использовать либо контакт пород с резко различающимися физическими свойствами, либо максимум интенсивности регистрируемого геофизического параметра, например, гамма-излучения. Погрешность этих мер положения существенно зависит от аппаратурных погрешностей регистрации геофизических параметров (амплитуды, скорости движения кабеля, случайных флуктуаций геофизического параметра). Момент начала сдвижения в прототипе фиксируется по моменту фиксации смещений, превышающих погрешность измерений, что также снижает точность интерпретации измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерений, что позволит наиболее эффективно вести наблюдения за смещениями массива на большой глубине в рыхлых или слабоустойчивых породах при необходимости контроля большого количества горизонтов наблюдений.

Поставленная цель достигается тем, что, в способе, включающем бурение рабочей скважины в зоне смещения массива, измерение геофизических параметров вдоль рабочей скважины, выделение реперных слоев пород по значениям геофизических параметров, периодическое определение глубин залегания реперных слоев рабочей скважины и определение смещений массива горных пород по изменениям глубин залегания реперных слоев, дополнительно бурят опорную скважину .за пределами зоны смещения массива, выделяют в опорной скважине реперные слои пород, а изменения глубин залегания реперных слоев рабочей скважины определяют относительно глубин залегания реперных слоев опорной скважины.

При этом предварительно измеряют фоновое значение геофизических параметров, а реперные слои выделяют по величине геофизических параметров превышающей фоновое.

Кроме того, устанавливают границы интервалов наблюдения, включающие не менее одного реперного слоя в опорной скважине, определяют положение средневзвешенного значения измеряемо-.

5 1778300 б го геофизического параметра относительно границ интервалов наблюдения и принимают его в качестве глубины залегания реперных слоев.

На фиг.1 изображена конечная Фаза сооружения скважины в зоне смещения массива горных пород; на Фиг.2 - конечная фаза сооружения скважины за пределами зоны смещения массива; на фиг ° 3 - фаза выделения реперных слоев пород; на фиг.4 - график изменения геофизического параметра I с глубиной в скважине, расположенной в зоне смещения массива; на Фиг.5 - то же в скважине, расположенной за пределами зоны смещения массива „на фиг.6 - фаза определения глубин интервалов наблюдений; на фиг. 7 - график изменения геофизического параметра I от глубины в пределах интервалов регистрации а скважине, расположенной в зоне смещения массива пород; на Фиг.8то же, в скважине, расположенной эа пределами смещения массива; на Фиг.9фаза определения относительной глубины реперных слоев; на Фиг.10 — Фаза определения величины меры положения реперного слоя в скважине, находящейся в зоне смещения лассиаа пород; на Фиг.11 = то же, в скван<ине, расположенной за пределами зоны смещения массива; на фиг,17 - Фаза определения смещений массива пород; на фиг.13 - график изменения геофизического параметра по глубине интервала .регистрации в скважине, расположенной в зоне смещения м,ассива пород в предыдущем и последующем циклах наблюдений; на Фиг,14 -, то же, в скважине, расположенной за пределами зоны смещения пород.

Способ осуществляют следующим образом.

С земной поверхности 1 бурят рабочую скважину 2 в пределах зоны смещений 3 массива горных пород 4 (Фиг.1)..

Затеи с земной повеохности 1 дополни" тельно бурят опорную скважину 5 в массиве 4 за пределами зоны смещений

3, ограниченной поверхностью 6 нулевых смещений (фиг.7) . Скважину 5 бурят глубиной не менее глубины рабочей скважины 2 для того, чтобы обеспечить возможность сопоставления результатоа наблюдений по скважинам.

Во всех скважинах производят иэмерения геофизических параметров, например, интенсивности I естественного ротажного зонда 7 на глубине, соот50 ветствующей границе 13, метка 15 совпадала с произвольной точкой отсчета глубины, например, уровнем земной поверхности 1 (фиг,о). Затем производят выполнение наблюдений за изменением глубины залегания реперных сло" ев путем проведения циклов наблюдений. Каждый цикл наблюдений включает а себя следу.ощую последовательность операций. Для каждой скважины

ЗО

45 гамма-излучения пород. Измерения выполняют стандартными геофизическими методами с использованием каротажного зонда 7, каротажного кабеля Р и аппаратуры 9 для регистрации геофизических параметров (Фиг.3). По результатам измерений строят графики изменения значений регистрируемого геофизического параметра I no глубине Н рабочей скважины 2 (фиг.4) и опорной скважины 5 (Фиг.5). Выбирают пороговое значение 10 геофизического параметра, превышающее Фоновое значение параметра по глубине скважи ны. По участкам кривых 11 на графиках, где измеренные значения параметроа превышают пороговые значения 1О (" ПИКИ" на кривых), определяют местоположение реперных слоев пород 12, резко отличающихся по свойствам от свойств окружающего массива (Фиг.3).

Для этого определяют на графиках значения глубины скважины 2 и 5, на которых достигается пороговое значение

1О параметра I.

Выделяют во всех скважинах интервалы глубины наблюдений, ограниченных границами 13 так, чтобы в пределах каждого интеовала шириной h и Ь в опорной скважине 5, расположенной за пределами эоны смещения массива пород 4, находилось не менее одного реперного слоя пород 12 (Фиг.6), Иес" тоположенив границ 13 в массиве определяют по графикам путем предварительного выбора интервалов h e h y на графиках и установления границ 14 регистрации геофизических параметров (фиг.7,8), соответствующих границам

13. Для достижения однозначного соответствия глубин границ 13 интервал лов в рабочей скважине 2 и опорной скважине 5 (фиг.6) все измерения про" изводят последовательно одним кабе-. лем 8 и на него наносят метки 15, например., магнитные, так, чтобы в момейт нахождения регистрирующего ка1778300 в выделенных интервалах и в каждом выделенном реперном слое определяют величину меры положения 16 реперного слоя пород 12 как средневзвешенного значения глубины относительно границь 13 интервала глубины наблюдения, например, для верхней границы 13 по

Ь формуле

R + !О о

j т (х) с1х где Ro — расстояние от верхней грани цы 13 интервала h или hi до верхней границы реперного слоя 12; Х - расстояние от верхней границы реперного слоя до произвольной точки в пределах реперного слоя на чертеже не показано;-1 - мощность реперного слоя .

1расстояние от верхней до нижней границы реперного слоя}; I(x) — функция распределения геофизического параметра вдоль реперного слоя .

Определяют глубину (Фиг.9) мер положения 16 реперных слоев 12 в рабочих скважинах 2 относительно репер" ных слоев 12 в опорной скважине 5 как разность соответствующих этим сло ям величин М мер положения 16 (фиг.

10,11). При этом не производят определение абсолютной глубины мер положения (расстояния от поверхности 1 земли до меры положения 16), а совмещение.границ, 14 регистрации, соответствующих границам 13, производят с использованием меток 15, например, путем фиксации на диаграммах записи моментов. совмецения меток 15 с уровнем земной поверхности 1, B. рабочих скважинах, кроме того, определяют значение первого центрального момента распределения параметра Т(х), связанного с мощностью реперного слоя L по известным формулам.

При пбвторении циклов наблюдений сравнивают между собой глубины 1 мер

4Ф положения 16 реперных слоев 12 в рабочей скважине 2 относительно мер положения 16 реперных слоев 1? в опорной скважине 5, полученные для каждого слоя в текуц ем (глубина 1 ) и йре- О дыдущем (глубина 1„) циклах наблюдений и по разности 1 этих глубин судят о величине смещений массива в пределах зоны смещений 3, "5

На фиг.12 пунктиром показано положение реперного слоя пород 12 в предыдущем цикле наблюдений в районе рабо" чей скважины 2, расположенной в зоне смещения, и его смещенное положение

17 в текущем цикле наблюдений. На фиг.13 пунктиром показан график зависимости параметра I no глубине интервала регистрации в предыдущем цикле наблюдений, а сплошной линией — B текущем цикле наблюдений для рабочей скважины 2. Соответствующие графики для опорной скважины совпадают во всех циклах наблюдений (фиг.14).

Момент начала смещений фиксируют по.изменению значений центральных моментов распределения геофизического параметра по длине реперных слоев в рабочих скважинах, что является отражением изменения мощности реперных слоев в текущем и предыдущем циклах наблюдений.

Пример. Способ реализован следующим образом.

В зоне смещений массива пробурена рабочая. скважина глубиной 800 м, вне зоны смещений массива пробурена опорная скважина глубиной 1300 м. В обеих скважинах определены зависимости изменения естественного гамма-излучения массива горных пород от глубины, определен пороговый уровень гамма-излучения в 5 мкр/час, и по критерию превышения порогового уровня в обеих скважинах выделено три реперных слоя в интервалах глубин рабочей скважины: 186,3-187,7 м; 345,2-.346,9 м;

362,6-363,5 м и три реперных слоя в интервалах глубин опорной скважины. l80,9- l81,8 м; 339,4 341,0 и. 353,2"

354,2 м. Определено два интервада глубин наблюдения: для первого интервала шириной 10 м (180,9-190,0 м) и для второго интервала - 16 м (339,"365,0 м). Масштаб записи зависимости гамма-излучения по глубине принят

1:20. На кабель нанесены метки, совпадающие с уровнем земной поверхности при нахождении каротажного зонда.

Hà rI!y6 Hax 180,9 м; l90,0 м; 339,1 м;

365,0 м,. Затеи выполнена поинтерваль-. ная регистрация значений естественного гамма-излучения в двух циклах наб.людений. Интерпретация данных следующая: первый реперный слой в рабочей скважине в течение периода времени между циклами наблюдений не сместился, второй и третий реперные слои сместились на 0,01 м, смещения находятся в начальной стадии, что отражается в увеличении первых центральных моментов.

177830 формула и зобре тени я

t, Способ определения смещений массива горных пород, включающий бурение рабочей скважины в зоне смещений массива, измерение геофизических параметров вдоль рабочей скважины, выделение реперных слоев пород по значе- . ниям геофизических параметров, периодическое определение глубин залегания реперных слоев рабочей скважины и определение смещений массива горных пород по изменениям глубин залегания реперных слоев, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения 1 точности способа, дополнительно бурят опорную скважину за пределами зоны смещения массива, выделяют в опорной скважине реперные слои пород, а изменения глубин залегания рвперных спо- 20

0 1О ев рабочей скважины определяют относительно глубин залегания реперных слоев опорной скважины, 2. Способ по и.1, о т л и ч а юшийся тем, что предварительно измеряют фоновое значение геофизических параметров, а реперные слои выделяют по величине геофизических параметров, превышающей фоновое.

3. Способ по пп,1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что устанавливают границы интервалов наблюдения, включающих не менее одного реперного слоя в опорной скважине, определяют положение средневзвешенного значения измеряемого геофизического параметра относительно границ интервалов наблюдения и принимают его в качестве глубины залегания реперных слоев.

1778300

Фиг. 7

Фиг. b

Составитель Г. Горбунова

Редактор . ода ков

3. Х ва Техред И. Иоргентал КоРРектоР H. TÓïèöà

Заказ 4171 Тираж Подписное б етениям и открытиям при ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям . р

113035, Москва Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

"Патент" г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

П о зводственно-издательский комбинат р и