Способ и система сейсмоакустического контроля массива горных пород Российский патент 2023 года по МПК G01V1/42 G01D5/26 

Описание патента на изобретение RU2809469C1

Группа изобретений относится к области геофизики, в частности к области сейсморазведки и акустики, и может быть применена для контроля состояния грунтов в зонах опасных природных или техногенно-геологических процессов, а также мониторинга оснований зданий и сооружений на подработанной территории для выявления и своевременной сигнализации о наличии опасных геологических и техногенных процессов (разуплотнение, трещинообразование, просадки, карст).

Известен способ автоматического сейсмоакустического контроля состояния массива горных пород, включающий регистрацию сейсмоакустических импульсов геофонами, расположенными с различных сторон исследуемого массива, при этом с целью повышения надежности контроля, по сигналам противолежащих геофонов формируют прямоугольные импульсы, которые подаются через схему совпадений на индикатор, причем длительность прямоугольных импульсов выбирают меньше времени прохождения акустического сигнала в массиве между противолежащими геофонами (SU 1057913 опубл. 30.11.1983, МПК: G01V 1/24). Недостатком способа является отсутствие активного источника упругих волн, соответственно нет возможности постоянного контроля состояния массива.

Известен способ геофизического контроля горного массива, при котором оценивают среднее значение и дисперсию принятых сигналов акустической эмиссии в каждой микрозоне на каждом выбранном уровне, а о произошедших физических изменениях в массиве судят по расчетной формуле (RU 2090905 опубл. 20.09.1997, МПК: Е21С 39/00). Недостатком данного способа является низкая надежность системы определения и прогноза состояния породного массива, поскольку контроль ведется за счет косвенных данных о величине акустической эмиссии.

Известен способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород (RU 2498353 опубл. 10.11.2013, МПК: G01V 1/28), заключающийся в прозвучивании массива сигналами, приеме сигналов, прошедших контролируемый участок массива горных пород, в качестве зондирующего сигнала используют серии отдельных одиночных прямоугольных акустических импульсов, дополнительно определяют энергию каждого принятого импульса в выбранных частотных интервалах.

Также известен способ контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород (RU 2570824 опубл. 10.12.2015, МПК: G01V 1/00, G01V 1/36), заключающийся в прозвучивании контролируемого участка горных пород акустическими импульсами, приеме сигналов. Данный способ взят в качестве прототипа. Недостатком указанных способов является то, что в качестве полезного сигнала принимается только прямые проходящие волны, при этом последующие вступления (отраженных и преломленных волн) игнорируются, несмотря на то, что они несут большой объем информации, который может быть использован для оценки состояния массива горных пород.

Известна система контроля состояния массива горных пород при подземных горных работах, включающая модуль регистрации состояния массива горных пород, соединенный линиями связи с устройством обработки данных, связанным с индикатором сигнала опасности, содержащая сейсмические, сейсмоакустические, тензометрические датчики изменения состояния массива горных пород. (RU 122119 опубл. 20.11.2012, МПК: Е21С 39/00). Недостатками данной системы является применение точечных датчиков, что обуславливает высокую стоимость и трудоемкость работ при малой информативности.

Известно устройство для контроля изменения напряженного состояния массива горных пород, включающее генератор импульсов, приемные преобразователи, анализатор спектра, блок памяти, блок сравнения и индикатор. (SU 1645511 опубл. 30.04.1991, МПК: Е21С 39/00).

Также известно устройство контроля изменения физико-механического состояния массива горных пород (RU 2539521 опубл. 20.01.2015, МПК: Е21С 39/00), взятое в качестве прототипа заявляемой системы, включающее генератор упругих колебаний, приемные преобразователи, блок памяти, блок обработки и индикатор, причем, генератор соединен с излучателем. Устройство дополнительно содержит блок управления, при этом вход блока управления соединен с синхронизирующим выходом генератора, а выходы с блоком управления и с управляющими входами блоков обработки и сравнения.

Недостатком указанных устройств, в том числе прототипа является применение точечных сейсмоакустических датчиков, монтаж и подключение которых является весьма трудоемким процессом, кроме того, для каждого датчика необходим отдельный блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП), что существенно ограничивает пропускную способность системы и количество получаемой информации.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении непрерывного контроля состояния породного массива на территориях подверженных опасным геологическим явлениям (просадки, разуплотнение, трещинообразование, карст) и своевременном оповещении о наличии таких явлений.

Технический результат заключается в создании системы и способа обеспечивающих непрерывный контроль состояния геологических процессов в грунте и/или основании здания, позволяющих своевременно выявлять происходящие опасные отклонения от нормальных значений, и оповещать о наличии опасных геологических явлений.

Технический результат достигается за счет применения автоматической системы периодического возбуждения и связанной с ней регистрации сейсмоакустических сигналов, распространяющихся в контролируемом массиве, оптоволоконной распределенной системой, состоящей из интеррогатора (опрашивающего устройства) и оптоволоконного кабеля, смонтированного в приемных скважинах, выполняющего функции сейсмоакустического датчика. В блоке обработки регистрируемая волновая картина сравнивается с предыдущими измерениями, на основании чего делается заключение о наличии негативных изменений в массиве, определяется их локализация, подается оповещение на пульт оператора.

Поставленная задача решается с помощью совокупности признаков общих с прототипом, таких как: способ сейсмоакустического контроля массива горных пород, включающий возбуждение упругих колебаний в скважине и регистрацию с помощью сейсмоакустических датчиков в скважинах через определенные промежутки времени, а также отличительных существенных признаков, таких как: в качестве множества сейсмоакустических датчиков выступает распределенная оптоволоконная система, которая включает интеррогатор и оптоволоконный кабель; возбуждение упругой волны и ее регистрацию проводят в автоматическом режиме, затем в заранее определенных временных окнах вступлений прямой и головной волны вычисляется функция взаимной корреляции, и по изменению времени первых вступлений прямой и головной волны, а также формы регистрируемого сигнала определяется наличие изменений состояния массива, а также выполняется локализация таких изменений; отраженные волны обрабатываются по заранее сформированному графу для получения глубинного сейсмоакустического разреза, изменение волновой картины во времени оценивается с учетом статистических критериев.

Предлагается автоматизация процесса возбуждения сейсмоакустического сигнала путем применения электроискрового источника упругих колебаний. Автоматизация работы такого источника осуществляется за счет подключения к сети электрического тока и применения блока управления. Скважинный электроискровой излучатель состоит из накопителя электрической энергии и лебедки с катушкой, на которую намотан магистральный кабель с излучателем, опускаемым в скважину. На нижнем конце магистрального кабеля находится электроискровой излучатель в виде емкости с электролитом, в котором находятся разрядные электроды.

Лебедка оснащена счетчиком глубины и подключена к блоку управления, который программируется для задания цикла возбуждения, включающего перемещение излучателя вдоль ствола скважины с определенным шагом (S на фиг. 1) и возбуждение колебаний.

Электроискровой излучатель синхронизирован с интеррогатором (опрашивающим устройством), выполняющим функции регистратора упругих колебаний, для запуска записи в момент возбуждения колебаний.

В качестве сенсора сейсмоакустических колебаний применяется распределенная оптоволоконная система, состоящая из кабеля, содержащего оптическое волокно и интеррогатора (опрашивающего устройства), посылающего оптические импульсы по оптоволоконной линии и регистрирующего обратно-отраженное рассеяние Рэлея. Связь величины обратно-рассеянного оптического сигнала с растяжением-сжатием волокна позволяет строить распределение сейсмоакустических деформаций вдоль всей оптоволоконной линии, и использовать такую систему в качестве распределенного сейсмоакустического датчика. Количество регистрирующих каналов в распределенной системе может достигать десятков тысяч, что при достаточно большой длине линии дает существенное увеличение разрешающей способности и снижение трудозатрат по монтажу и обслуживанию системы по сравнению с точечными датчиками. В одну оптическую линию могут быть включены сразу несколько скважин. Для этого на нижнем конце оптоволоконного кабеля смонтирован наконечник, внутри которого две жилы оптоволокна сварены друг с другом, что обеспечивает разворот оптического сигнала на дне скважины. Максимальная длина оптической линии ограничена динамическим диапазоном регистратора и оптическим бюджетом линии.

Наилучший сейсмоакустический сигнал достигается при тампонаже скважин, в которых расположен скважинный оптоволоконный кабель.

Оптоволокно реагирует на растяжение-сжатие, что обуславливает специфическую диаграмму направленности чувствительности. Такой датчик реагирует на колебания распространяющиеся вдоль оси волокна и практически не чувствителен к колебаниям по нормали к оси волокна. Для получения чувствительности по нормали к оси кабеля оптическое волокно укладывается внутри кабеля по спирали, что приводит к распределению чувствительности по трем пространственным осям.

Измерения в распределенной оптоволоконной системе предполагают осреднение измеряемого параметра на базе оптического приема L, что приводит к эффектам, наблюдаемым при группировании сейсмических датчиков: появлению режекции сигнала в частотной области в зависимости от угла падения волны. Применение скважинного оптического кабеля со спирально уложенным волокном приводит к уменьшению эффективной базы приема связанного с кабелем массива горных пород, соответственно частотный отклик такой системы тоже меняется, расширяя частотный спектр и улучшая разрешающую способность системы.

Одновременная регистрация прямым и спиральным волокном позволяет перекрыть участки режекции и получить равномерный отклик в частотной области.

В процессе отработки одного цикла записи излучатель перемещается вдоль всего ствола скважины с определенным шагом S и на каждой точке осуществляется возбуждение и регистрация сейсмоакустического сигнала, благодаря чему реализуется система многократных перекрытий.

Зарегистрированный сейсмоакустический сигнал сравнивается с предыдущими циклами измерений. Сравнение выполняется путем вычисления функции взаимной корреляции (ФВК) в заранее определенных окнах первых вступлений прямой, головной и отраженной волны. Статистически значимое смещение ФВК относительно нуля означает изменение волновой картины и говорит об изменении физико-механических свойств массива и его устойчивости. Система многократных перекрытий позволяет определять участки, на которых происходит такое изменение.

В случае стабильного состояния породного массива акустический сигнал не должен меняться.

Наличие статистически значимых отклонений времени регистрации акустических волн (более 3 сигма) означает изменение физико-механических свойств массива. Уменьшение времени регистрации означает ослабление прочностных свойств массива и наличие негативных техногенно-геологических явлений в контролируемом массиве. В этом случае система подает сигнал на пульт оператора.

Таким образом, применение предложенной группы изобретений для контроля породного массива с помощью периодического возбуждения и приема сейсмоакустических сигналов позволяет выявлять и своевременно предупреждать наличие опасных геологических явлений (разуплотнение, трещинообразование, просадки, карст).

Изобретение иллюстрируется нижеприведенными схемами:

ФИГ. 1 - Вертикальный разрез. Схема возбуждения и регистрации колебаний.

ФИГ. 2 - Вертикальный разрез. Схема распространения полезных сейсмоакустических сигналов.

ФИГ. 3 - Сравнение сейсмограмм двух измерений в различные моменты времени.

ФИГ. 4 - Функция взаимной корреляции сигналов в различные моменты времени.

На фигурах указаны следующие наименования позиций:

1 - блок управления;

2 - интеррогатор (опрашивающее устройство);

3 - наземный соединительный оптоволоконный кабель;

4 - приемная скважина - скважина приема сейсмоакустического сигнала (регистрирующая);

5 - скважинный оптоволоконный кабель;

6 - прямое оптическое волокно;

7 - спиральное оптическое волокно;

8 - цементный раствор;

9 - кабельный наконечник;

10 - точки сварки волокна;

11 - накопитель электрической энергии;

12 - катушка с силовым кабелем и лебедкой;

13 - магистральный силовой (электрический) кабель;

14 - излучатель (электроискровой);

15 - излучающая скважина - скважина для возбуждения колебаний;

16 - блок обработки данных;

17 - сейсмоакустические колебания;

18 - прямая волна;

19 - отраженная волна;

20 - преломленная головная волна;

21 - кровля солей;

22 - волновая картина текущего измерения;

23 - волновая картина предыдущего измерения;

24 - пересечение предыдущего и текущего измерений;

25 - годограф преломленной головной волны;

26 - годограф прямой волны;

27 - кривая максимума ФВК от глубины;

S - шаг перемещения электроискрового излучателя.

Система сейсмоакустического контроля массива горных пород включает

излучающую скважину 15 (скважина для возбуждения колебаний) и одну или несколько приемных скважин 4 (скважина приема сейсмоакустического сигнала),

при этом в излучающей скважине 15 размещен в качестве источника упругих колебаний электроискровой излучатель 14, соединенный магистральным силовым кабелем 13, с накопителем электрической энергии 11, выполненный с возможностью автоматического перемещения по высоте скважины за счет регулирования длины магистрального силового кабеля 13 посредством катушки 12 с лебедкой, оснащенной счетчиком глубины и подключенной к блоку 1 управления.

Электроискровой излучатель 14 представляет собой емкость с электролитом, в котором размещены разрядные электроды (на чертеже отсутствуют).

В приемной скважине 4 размещен скважинный оптоволоконный кабель 5, содержащий прямое 6 и/или спиральное 7 оптическое волокно, на нижнем конце скважинного оптоволоконного кабеля 5 смонтирован кабельный наконечник 9, внутри которого две жилы оптоволокна сварены 10 друг с другом, на поверхности оптоволоконный кабель 5 соединен с интеррогатором 2, соединенным с блоком 1 управления и блоком 16 обработки данных.

В случае, когда система содержит более одной приемной скважины 4, участки скважинного оптоволоконного кабеля 5 каждой из них, на поверхности последовательно соединены наземным соединительным оптоволоконным кабелем 3 в единую оптоволоконную линию.

Оптоволоконный кабель 5 в приемной скважине 4 может быть размещен в скважинной жидкости 28, либо зацементирован 8 для лучшего сцепления.

В качестве множества сейсмоакустических датчиков выступает распределенная оптоволоконная система, которая включает оптическое волокно, на участке скважинного оптоволоконного кабеля 5, смонтированного во всех приемных скважинах 4, и опрашивающее устройство 2.

Опрашивающее устройство 2, выполняет функции регистратора упругих колебаний, выполняет высокоточное измерение длины оптоволокна вдоль всей оптоволоконной линии, смонтированной во всех тестируемых приемных скважинах, с последующим пересчетом в величину сейсмоакустического воздействия.

Способ сейсмоакустического контроля массива горных пород осуществляют следующим образом.

Перед началом работы в блоке 1 управления, обеспечивающем автоматизацию способа, программируют параметры (шаг перемещения, частота/сила разрядов) перемещения электроискрового излучателя 14 и параметры повторения цикла наблюдений, включающего отработку всех пунктов возбуждения.

В процессе осуществления способа блок 1 передает сигналы управления на катушку 12 с лебедкой которая осуществляет автоматическое перемещение излучателя 14 всей глубине скважины 15 (фиг. 1) с заданным шагом S.

Электроискровой излучатель 14, закрепленного на нижнем конце магистрального электрического кабеля 13 с помощью, электрической энергии, предаваемой от накопителя 11 производит возбуждения упругих колебаний 17.

Запуск регистрации сейсмоакустических сигналов интеррогатором 2 осуществляется синхронно с подачей импульса на возбуждение колебаний от управляющего блока 1.

Блок 1 управления подает импульс на накопитель 11, в результате на разрядные электроды электроискрового излучателя 14 подается напряжение, и в излучателе 14 происходит электроискровой разряд, который преобразуется в энергию упругих волн 17. Упругие волны 17 передаются сквозь породный массив в приемную скважину 4, испытывая фильтрующее влияние массива горных пород. В результате взаимодействия с массивом помимо прямой продольной волны 18 образуется несколько классов волн, из которых в качестве полезного сигнала используются отраженные 19 и преломленные головные волны 20. Преломленные головные волны возникают в условиях резкого скачка скоростей упругих волн в разрезе, например, на кровле соляной толщи 21. В приемной скважине 4 упругие волны вызывают изменение длины оптического волокна 6 и 7 в скважинном оптоволоконном кабеле 5. Опрашивающее устройство 2 пересчитывает изменение длины отдельных участков оптического волокна в величину акустического воздействия и передает его в блок обработки данных 16. В случае обнаружения статистически значимого увеличения времени регистрации упругих волн, такие изменения считаются признаком негативных техногенно-геологических явлений и отчет об этих событиях передается блоком 16 на пульт оператору.

Прием сейсмоакустических сигналов осуществляют с помощью распределенной оптоволоконной системы, состоящей из интеррогатора 2, посылающего оптические импульсы по оптоволоконной линии, состоящей из наземного магистрального кабеля 3, прямого волокна 6 и спирального волокна 7 в скважинном оптоволоконном кабеле 5.

На основании анализа обратного рассеяния, возникающего в оптоволоконной линии, интеррогатором строится распределение деформации волокна в определенный момент времени. Последовательный опрос оптоволоконной линии с шагом квантования по времени dT позволяет регистрировать сейсмоакустические колебания, воздействующие на оптоволокно 6 и 7 оптоволоконного кабеля 5. С интеррогатора 2 зарегистрированные сейсмоакустические данные поступают в блок 16 обработки данных.

В блоке обработки 16 зарегистрированная волновая картина 22 сравнивается с предыдущим измерением 23 (24 - их пересечение) путем нахождения функции взаимной корреляции (ФВК) в интервале времени полезных сейсмоакустических сигналов. Годограф прямой волны 26 и преломленной головной волны 25 показаны на Фиг. 3.

В результате потрассного нахождения ФВК для каждой пары источник-приемник определяется максимум значения функции 27, который принимается в качестве изменения времени прохождения сигнала. В результате строится матрица таких значений для всего набора системы многократных перекрытий и на основании решения системы линейных уравнений вычисляют распределение изменения скоростей в контролируемом массиве. Наличие статистически значимых изменений скоростной характеристики в массиве означает наличие негативных техногенных геологических процессов. В случае их обнаружения на пульт оператора подается сигнал с указанием места возникновения такого процесса.

Изобретение поясняется следующим примером практического осуществления.

На аварийном участке Верхнекамского месторождения калийных солей для проведения сейсмоакустического мониторинга пробурены пять скважин: четыре приемные и одна - для возбуждения колебаний.

В приемных скважинах 4 смонтирована оптоволоконная линия. Для этого в каждую скважину 4 опущен оптоволоконный кабель 5, содержащий одновременно прямое 6 и спиральное 7 волокно. На конце кабеля в каждой скважине смонтирован кабельный наконечник 9, в котором оптический сигнал разворачивается путем сварки пар волокна. На поверхности волокно сварено таким образом, чтобы соединить спиральное и прямое волокно. Таким образом, оптический сигнал проходит по скважине 4 раза - прямое волокно вниз, прямое волокно вверх, спиральное волокно вниз, спиральное волокно вверх. Скважины водонаполненные, кабель размещается в скважине свободно, без крепления. Между скважинами протянут наземный соединительный оптоволоконный кабель 3, соединяя все скважины в единую оптоволоконную линию. Оптоволоконная линия подключена к интеррогатору 2.

Процесс периодического контроля упругих характеристик массива горных пород осуществляется блоком управления 1, который с периодичностью 30 минут подает сигнал накопителю 11 электрической энергии на возбуждение серии импульсов упругих колебаний по 16 импульсов. Каждый импульс представляет собой электрический разряд энергией 2500 Дж, который подается через магистральный электрический кабель 13 на излучатель 14, опущенный в скважину 15. Магистральный электрический кабель намотан на катушку 12 с лебедкой и подключен к накопителю через скользящий контакт.

Интеррогатор 2 соединен с накопителем электрической энергии линией для синхронизации по времени возбуждения и регистрации колебаний. В момент разряда излучатель преобразует электрическую энергию в сейсмоакустические колебания 17, которые распространяются от излучающей скважины к приемным скважинам и представляют собой прямую продольную волну 18. При взаимодействии прямой волны с массивом горных пород возникают другие классы волн, из которых полезными считают отраженные волны 19, формирующиеся на акустически контрастных границах и преломленные головные волны 20, возникающие на границах резкого возрастания скорости упругих волн, например, на кровле соляной залежи 21.

Сейсмоакустические колебания, которые достигают приемных скважин вызывают локальное изменение длины волокна в кабеле 5 (растяжение или сжатие). Интеррогатор 2, посылая оптические импульсы в оптоволоконную линию по величине обратно-рассеянного сигнала строит распределение изменения длины волокна по всей длине линии и преобразует величину изменения длины волокна в интенсивность сейсмоакустического сигнала пришедшего на оптоволоконный кабель в каждый момент времени записи с шагом дискретизации по времени и вдоль оптоволоконной линии. Зарегистрированная таким образом волновая картина (сейсмоакустические сигналы) передается в блок обработки данных.

На основании заранее определенной привязки соответствия оптоволоконной линии и расположения кабеля в скважинах выполняется присвоение заголовков сейсмическим трассам, соответствующим виртуальным каналам вдоль оптоволоконной линии. Трассы относящиеся к одной скважине составляют одну сейсмограмму. По каждой скважине в пределах одного цикла наблюдений формируется 16 сейсмограмм, которые суммируются для усреднения и увеличения отношения сигнал-шум.

На суммарных сейсмограммах предварительно по каждой скважине выделяются временные интервалы, в которых регистрируется прямая 18 и преломленная 19 головная волна. В выделенных интервалах времени отдельно по каждой скважине выполняется вычисление функции взаимной корреляции (ФВК) прямой и головной преломленной волны. По максимуму значения ФВК определяется отклонение текущего значения времени прихода волны от предыдущего измерения. Отклонение превышающее среднеквадратическое отклонение времени регистрации более чем в 3 раза с 99% вероятностью указывает на наличие значимых изменений скорости продольных волн на выбранной линии просвечивания. Уменьшение времени регистрации прямой волны (а, следовательно, и скорости упругих волн в массиве) означает ухудшение прочностных свойств массива в надсоляной толще, изменение времени регистрации головной преломленной волны означает изменение состояния соляной толщи. В блоке обработки производится оценка наличия или отсутствия изменений по сравнению с предыдущими измерениями и формируется отчет, содержащий распределение времени регистрации прямой и головной волны, а также величина отклонения времени по сравнению с референтным значением, который отсылается на удаленный компьютер оператору.

Похожие патенты RU2809469C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОИСКОВ И РАЗВЕДКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 2004
  • Рукавицын В.Н.
  • Деркач А.С.
  • Рукавицын Я.В.
RU2265235C1
Способ скважинной сейсмической разведки 2020
  • Чугаев Александр Валентинович
  • Санфиров Игорь Александрович
  • Бабкин Андрей Иванович
  • Томилов Константин Юрьевич
RU2760889C1
Способ контроля толщины ледопородного ограждения при строительстве шахтных стволов 2019
  • Санфиров Игорь Александрович
  • Ярославцев Александр Геннадьевич
  • Бабкин Андрей Иванович
  • Чугаев Александр Валентинович
RU2706910C1
Способ контроля технического состояния обделки тоннеля с использованием сейсмоакустического метода 2022
  • Лебедев Михаил Олегович
  • Бойко Олег Владимирович
  • Дорохин Кирилл Александрович
  • Исаев Юрий Сергеевич
  • Безродный Константин Петрович
  • Шляев Сергей Алексеевич
RU2791457C1
СПОСОБ ОБРАЩЕННОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2009
  • Беляков Николай Викторович
  • Пантилеев Сергей Петрович
RU2450292C2
Система радиоволновой геоинтроскопии межскважинного пространства 2019
  • Истратов Вячеслав Александрович
  • Скринник Александр Викторович
  • Перекалин Сергей Олегович
RU2706205C1
СПОСОБ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ, СЛУЖАЩИХ ОСНОВАНИЕМ ДЛЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2020
  • Потапов Анатолий Иванович
  • Шихов Александр Игоревич
RU2743547C1
Скважинный многочастотный интроскоп для исследования околоскважинного пространства 2019
  • Истратов Вячеслав Александрович
  • Скринник Александр Викторович
  • Перекалин Сергей Олегович
RU2733110C1
Способ скважинной геофизической разведки 1988
  • Дьяконов Борис Петрович
  • Калмыков Алексей Андреевич
  • Кузнецов Олег Леонидович
  • Троянов Александр Кузьмич
  • Файзуллин Ирик Султанович
  • Чиркин Игорь Алексеевич
SU1700508A1
Способ визуализации результатов сейсмоакустического просвечивания 1981
  • Прицкер Леонид Семенович
  • Бутузов Юрий Алексеевич
  • Шадхин Виктор Исаевич
SU1000975A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 809 469 C1

Реферат патента 2023 года Способ и система сейсмоакустического контроля массива горных пород

Группа изобретений относится к средствам сейсмоакустического контроля массива горных пород. Сущность: система сейсмоакустического контроля массива горных пород состоит из излучающей скважины (15), по меньшей мере одной приемной скважины (4), блока (1) управления и блока (16) обработки данных. В излучающей скважине (15) размещен электроискровой излучатель (14), соединенный магистральным электрическим кабелем (13) с накопителем (11) электрической энергии. В каждой из приемных скважин (4) размещен скважинный оптоволоконный кабель (5), соединенный с интеррогатором (2). Оптоволоконный кабель (5) и интеррогатор (2) выполняют функцию сейсмоакустических датчиков. На нижнем конце оптоволоконного кабеля (5) смонтирован кабельный наконечник (9), внутри которого по меньшей мере одна пара жил оптоволокна сварена между собой. С использованием электроискрового излучателя (14) периодически возбуждают упругие колебания в излучающей скважине (15). Регистрируют упругие колебания в приемных скважинах (4) с помощью оптоволоконного кабеля (5) и интеррогатора (2). При этом в качестве полезного сигнала принимают прямые, преломленные головные и отраженные волны. Для прямой и головной волны в заранее определенных интервалах времени вычисляют функцию взаимной корреляции. По изменению времени и формы регистрируемого сигнала определяют наличие изменений состояния массива. Для отраженных волн выполняют граф обработки для получения глубинного разреза акустической контрастности. Технический результат: обеспечение непрерывного контроля состояния геологических процессов в грунте и/или основании здания. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 809 469 C1

1. Система сейсмоакустического контроля массива горных пород, состоящая из излучающей скважины (15), по меньшей мере одной приемной скважины (4), блока (1) управления, блока (16) обработки данных, отличающаяся тем, что в излучающей скважине (15) размещен электроискровой излучатель (14), соединенный магистральным электрическим кабелем (13) с накопителем (11) электрической энергии, который, в свою очередь, соединен с блоком (1) управления; в по меньшей мере одной приемной скважине (4) размещен скважинный оптоволоконный кабель (5), соединенный с интеррогатором (2), которые вместе выполняют функцию сейсмоакустических датчиков, интеррогатор, в свою очередь, соединен с блоком (1) управления и блоком (16) обработки данных; на нижнем конце оптоволоконного кабеля (5) смонтирован кабельный наконечник (9), внутри которого по меньшей мере одна пара жил оптоволокна сварена между собой.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что электроискровой излучатель (14) выполнен с возможностью автоматического перемещения в излучающей скважине (15) за счет регулирования длины магистрального электрического кабеля (13) посредством его наматывания на катушку (12) с лебедкой, оснащенной счетчиком глубины и подключенной к блоку (1) управления.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что монтаж оптоволоконной линии в приемной скважине (4) осуществляется с последующим тампонажем скважины.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в приемной скважине (4) применяется оптоволоконный кабель, содержащий спирально уложенное оптическое волокно (7).

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в приемной скважине (4) в оптоволоконном кабеле содержится одновременно прямое (6) и спиральное (7) оптическое волокно, и регистрация осуществляется с обеих жил волокна путем монтажа в одну оптическую линию.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что блок управления программируется для задания цикла возбуждения, включающего перемещение излучателя вдоль ствола скважины с определенным шагом и возбуждение колебаний.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что участки скважинного оптоволоконного кабеля (5), размещенные в нескольких приемных скважинах (4), последовательно соединены наземным соединительным оптоволоконным кабелем в единую оптоволоконную линию.

8. Способ сейсмоакустического контроля массива горных пород, включающий периодическое возбуждение упругих колебаний в излучающей скважине и их регистрацию с помощью скважинного оптоволоконного кабеля и интеррогатора, вместе выполняющих функцию множества сейсмоакустических датчиков по меньшей мере в одной приемной скважине в автоматическом режиме, отличающийся тем, что в качестве полезного сигнала принимают прямые, преломленные головные и отраженные волны; для прямой и головной волны в заранее определенных интервалах времени вычисляют функцию взаимной корреляции, и по изменению времени и формы регистрируемого сигнала определяют наличие изменений состояния массива; а для отраженных волн выполняют граф обработки для получения глубинного разреза акустической контрастности.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2809469C1

US 20190056523 A1, 21.02.2019
Способ межскважинного сейсмоакустического просвечивания 1987
  • Калинин Аркадий Васильевич
  • Пивоваров Борис Львович
  • Цванкин Илья Даниэлевич
  • Калинин Виктор Васильевич
SU1543363A1
US 11204434 B2, 21.12.2021.

RU 2 809 469 C1

Авторы

Чугаев Александр Валентинович

Санфиров Игорь Александрович

Кузнецов Александр Игоревич

Богданов Руслан Александрович

Даты

2023-12-12Публикация

2023-04-14Подача