Способ подземной электроразведки Российский патент 2023 года по МПК G01V3/02 

Изобретение относится к шахтной электроразведке методом сопротивлений. Цель изобретения - направленно зондировать требуемое полупространство слоистой толщи из двух одна над другой располагающихся выработках над выработками или полупространство слоистой толщи под выработками.

Метод геометрического электрического зондирования согласно пункта 3.3.4.1. [.Инструкции по электроразведке Л., Недра, 1984, 352 с. стр. 35 «метод изучения геоэлектрического разреза по кривым зависимости кажущегося удельного сопротивления от расстояния между питающими и приемными электродами установки»]. По числу заземленных электродов различают четырехточечные, трехточечные и двухточечные установки. Схемы перечисленных установок метода электрического зондирования приводятся в приложении 22 [.Инструкции по электроразведке Л., Недра, 1984, 352 с]. Описание установок приводится в [Якубовский Ю.В., Ляхов Л. Л. Электроразведка. Учебник для техникумов. 4-е издание, перераб. М., Недра, 1982, 381 с. на страницах 126-128 и 133-135].

Симметричная четырехточечная установка AMNB (установка Шлюмберже). В ней провод питающего электрода А и провод электрода В подключают к генератору, провод приемного электрода М и провод электрода N подключают к измерителю, делают замеры напряжения ΔU между электродами М и N от начального разноса до максимального при заданном в землю токе в питающей линии АВ силой I, увеличивая разнос питающей линии регистрируют напряжения ΔU относительно центра О отрезка АВ каждого разноса. Таким образом, повышается эффективная глубина проникновения электрического тока и достигается исследование объекта на глубине. По результатам измерений на поверхности земли для каждого разноса электродов зондирования вычисляют значения кажущегося электрического сопротивления среды:

где К - коэффициент установки.

Вычисленные для центра О значения кажущегося сопротивления среды переносят на величину разноса r равно АВ/2 вглубь исследуемого объекта.

Другой установкой является трехточечная установка электродов, получаемая путем отнесения одного из питающих электродов перпендикулярно ее направлению на расстояние в 10 раз превышающее глубину зондирования, пункт 3.3.3.9. [.Инструкции по электроразведке Л., Недра, 1984, 352 с. стр. 31 «для устранения влияния удаленного электрода на результаты измерений он относится на расстояние не менее где разнос установки электродов]. Разносом трехточечной установки электродов является расстояние между центром О приемных электродов M и N и ближайшим к нему (центру) питающим электродом.

Провод питающего электрода А и провод электрода В - ∞ подключают к генератору, провод приемного электрода М и провод электрода N подключают к измерителю, делают замеры напряжения ΔU между электродами М и N от начального разноса до максимального при заданном в землю токе в питающей линии АВ - ∞ силой I, увеличивая разнос питающей линии регистрируют напряжения ΔU относительно центра О отрезка MN каждого разноса. Вычисляются для центра О находящегося на поверхности земли значения кажущегося сопротивления среды выражением (1). Вычисленные для центра О находящегося на поверхности земли значения кажущегося сопротивления среды переносят на величину разноса r равно вглубь исследуемого объекта.

Двухточечная установка электродов отличается от трехточечной установки тем, что в ней один из измерительных электродов N - ∞ и один из питающих электродов В - ∞ отнесены на расстояние в 10 раз превышающее глубину зондирования. Провод питающего электрода A и провод электрода В - ∞ подключают к генератору, провод приемного электрода М и провод электрода N - ∞ подключают к измерителю, делают замеры напряжения U между электродами Ми N - ∞ от начального разноса до максимального при заданном в землю токе в питающей линии АВ - ∞ силой I, увеличивая разнос питающей линии регистрируют напряжения U каждого разноса.

Разносом электродов установки является расстояние между ближайшими питающим и приемным электродами г равно AM. Для измерительного электрода М, на поверхности земли, являющегося точкой записи зондирования, вычисляются значения кажущегося сопротивления среды выражением:

Вычисленные для измерительного электрода значения кажущегося сопротивления среды переносят на величину разноса г равно AM вглубь исследуемого объекта.

Установки электродов расположенные на поверхности земли и используемые для зондирования обладают единственным направлением действия зондирования от земной поверхности вглубь искомого объекта. Эти же установки электродов, размещенные в горной выработке теряют направленное действие поскольку «зондирование может быть направлено не только вниз, вверх, но и в любую из обеих боковых сторон», в [А.Г. Тархов, В.М. Бондаренко, В.Ф. Коваленко и др. Подземная геофизика М, «Недра», 1973. -312 с (глава 11, параграф 7,стр. 42].

Уровень техники

Аналогом предлагаемого изобретения известно изобретение "SU" 1545180 «Способ шахтной электроразведки геологических неоднородностей, не вскрытых выработками». В нем работают двухточечной AM, N - ∞, В - ∞ установкой в двух выработках. Использованы одновременно питающая линия в одной выработке с электродом в «бесконечности» и две потенциальных измерительных линии в двух выработках с одним общим электродом в «бесконечности» для каждой. Разнос электродов просвечивания и профилирования определяет расстояние между выработками. Шаг расстановок профилирования и просвечивания выбран равным ¼ длины размера искомого объекта. Физико-математическим аппаратом рассматриваемого изобретения является уравнение потенциала с обратно пропорциональной зависимостью от расстояния:

где U- потенциал электрического поля точечного заземлителя;

I - ток в питающей линии АВ - ∞;

ρ - удельное сопротивление породы;

r - расстояние между питающим и приемным электродами, разнос электродов.

По результатам измерений напряжений строятся графики потенциалов профилирования и просвечивания, совпадение центров выявленных аномалий на обоих графиках является основой изобретения и однозначно определяет наличие искомого объекта между выработками. В изобретении нет технического решения направленного на исследования геологического строения среды за пределами двух выработок. Наиболее близкой совокупностью общих признаков разобранного и предлагаемого изобретения является использование двух выработок с установками электродов в них. Ограниченность длины выработок и неоднородность пород стенок выработок требуют применения компактных электроразведочных установок, такими являются трехточечная AMN, В - ∞ и двухточечная AM, N - ∞, В - ∞.

Описание теории изобретения

Условия заземления электродов в выработке

Применение метода электрического зондирования основано на требовании пункта 3.3.4.1. [Инструкции по электроразведке Л., Недра, 1984, 352 с. на стр. 35 фразой «Условия, благоприятные для применения метода электрического зондирования, следующие: пологие формы складчатости или подземного рельефа (углы наклона геологических границ до 20°)»]. Из пункта инструкции следует требование одновременного расположения всех электродов участвующих в наблюдениях зондирования в породах постоянного минерального состава и мощности для всех наблюдений этого зондирования. Математически условия заземлений электродов отражает выражение кажущегося удельного сопротивления ρ_к представленного в [Матвеев Б. К. Электроразведка при поисках месторождений полезных ископаемых. Учебник для вузов. М., «Недра», 1982, 375 с (глава 9, параграф 60 стр. 302, 303)]:

где - эффективное удельное сопротивление пород на участке MN;

- эффективная плотность тока в объеме пород;

- нормальная плотность тока в однородном полупространстве.

В этом выражении кажущееся сопротивление ρ_к составляется из двух частей произведения, характеризует условия заземления линии приема, величина характеризует породы заземления питающего электрода. Из этой связи характеристик линии приема и питающей линии следует (вытекает) требование единства условий заземления электродов участвующих во всех наблюдениях зондирования.

Горная выработка при любом способе проходки захватывает породы выше лежащего или ниже лежащего пласта, а не только породы одного добываемого пласта. Заземление электродов на почве выработки в оставшуюся крошку породы, при наличии водного конденсата на стенках выработки создает в совокупности с различным сочетанием вскрытых частей пластов породы непостоянную электрическую среду заземления электродов. На разных точках наблюдения отличаются каждого разноса. Одинаковое заземление электродов для всех разносов одного зондирования достигается размещением электродов питающей и приемных линий на стенке выработки в слой породы постоянной мощности и минерального состава с низким удельным сопротивлением и максимально возможным его нахождением в пределах между кровлей и почвой выработки. Для корректного составления ρ_к разных разносов в графике зондирования требуется заземлять питающий электрод в свой слой породы постоянного минерального состава и мощности для всех наблюдений этого зондирования и заземлять электрод линии приема также в свой слой породы постоянного минерального состава и мощности.

Физические основы метода кажущегося сопротивления ρ_к пород приводятся в [В.Н. Дахнов Электрические и магнитные методы исследований скважин; Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. М., «Недра», 1981, 344 с (глава 1, параграф 8, уравнение 86, ].

Когда невозможно направленно послать ток в требуемом направлении полупространства необходимо регистрировать напряжение в исследуемом полупространстве. Заземляя питающий электрод в слой породы ρ₀ на стенке в одной выработке, и в ней же регистрируют U₀ на разносе и одновременно регистрируют U на той же величине разноса в другой выработке в исследуемом полупространстве, получают кажущееся сопротивление ρ_к пород зондируемого полупространства. Требуется в двух одна над другой располагающихся выработках, одновременно размещать три электрода. Два приемных электрода на одном разносе в разных выработках измеряют напряжения U₀ и U от действия одного питающего электрода, это позволяет направленно зондировать требуемое полупространство слоистой толщи над выработками или направленно зондировать полупространство слоистой толщи под ними.

Зондирование двухточечными AM, N - ∞, В - ∞ установками

Три электрода для зондирования верхнего полупространства располагаются в двух друг над другом расположенных в разрезе пород выработках с питающей установкой А, В - ∞ в нижней выработке и двумя регистрирующими приемными линиями M, N - ∞ в нижней выработке и M_B, N - ∞ в верхней выработке, (фиг.1а).

Фигура 1.

На расстоянии r от источника тока в нижней и верхней выработках регистрируются потенциалы U_M и U_MB соответственно в точках М и М_В. Указанные регистрируемые эквипотенциальные поверхности U_M и U_MB пересекаются с математической поверхностью сферы в этих же двух точках наблюдения. Электрод А и точка записи потенциала М располагаются в породах одного минерального состава, однородной среде относительно заземленного питающего электрода, уравнение потенциала в однородной среде запишется:

где U_M - величина потенциала в породах одного минерального состава нижней выработки,

ρ - удельное сопротивление пород по лучу тока г равно AM в нижней выработке.

Электрод А и точка М_В взаимно располагаются в разных породах, неоднородной среде относительно заземленного питающего электрода, уравнение их связи запишется:

где U_MB - величина потенциала на линии наблюдения в породах верхней выработки,

ρ_В - удельное сопротивление пород по лучу тока r равно АМ_В в верхнем полупространстве.

Для регистрации U_M и U_MB требуется стабилизированный по силе ток I одной величины, выделим одинаковые элементы уравнений, получим:

Приравняем правые части уравнений, получим:

Выразим величину кажущегося удельного сопротивления ρ_В пород верхнего полупространства:

Уравнение (3) аналогично уравнению в [В.Н. Дахнов Электрические и магнитные методы исследований скважин; Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. М., «Недра», 1981, 344 с (глава 1, параграф 8, уравнение 86, ]. Для уравнения (3) потенциалы числителя U_MB и знаменателя U_M являются регистрируемыми величинами, кажущееся сопротивление ρ вдоль по напластованию вычисляется по известному уравнению (2):

где - коэффициент двухточечной установки.

Если точки наблюдения в двух выработках М и М_В располагаются на разных расстояниях от питающего электрода A (фиг.1б) одинаковые элементы уравнений запишутся:

где r_B - расстояние от электрода А нижней выработки до приемного электрода МВФ верхней выработки.

Приравняем правые части уравнений, получим:

Величину кажущегося удельного сопротивления ρ_В пород верхнего полупространства получим относительно разных расстояний до точек наблюдения М и М_В и их потенциалов:

Кажущееся сопротивление ρ вдоль по напластованию близко по величине удельному сопротивлению пород по лучу тока г равно AM вычисляют по соотношению (4), подставим его в (5) получим:

Подставив в (6) коэффициент двухточечной установки K_M равно 4π * AM, при AM равно г получаем:

Последовательно заземляя перемещаемый питающий электрод от начального разноса А₀ до максимального разноса Ai и одновременно регистрируя в двух выработках в точках М и М_В фиг.(2) соответствующие напряжения U_M и U_MB получают график зондирования кажущегося удельного сопротивления ρ_к равно ρ_В исследуемого верхнего полупространства.

Фигура 2.

После сокращения в (7) U_M и r получаем уравнение кажущегося сопротивления исследуемого полупространства:

В нем коэффициент двухточечной установки K_MB равен 4π * AM_B при условии г в равно АМ_В берется расстояние от электрода А нижней выработки до приемного электрода М_В верхней выработки, в верхней выработке регистрируется напряжение U_MB установкой M_B, N - ∞ при токе I в питающей установке А, В - ∞ нижней выработки.

Зондирование трехточечной установкой AMN, B - ∞

Многократно расширяет производительность и число решаемых геологических задач использование в выработках трехточечной установки AMN, B - ∞. Результат наблюдений электрического поля для зондирования верхнего полупространства приемной линией MN, (фиг.3) на нижней выработке принадлежит точке О' на расстоянии г от питающего электрода А в точке заземления А₀ и равен разности потенциалов:

Фигура 3.

Точка записи наблюдений поля на верхней выработке принадлежит середине приемной линии M_BN_B в точке О на расстоянии г в от питающего электрода А нижней выработки в точке заземления А₀ равен разности потенциалов:

Разности потенциалов точки О и точки О' связаны с точкой зондирования на глубине массива поверхностью сферы проходящей посередине между электродами M_BN_B и MN см. фиг.(3) Выражение кажущегося сопротивления верхнего полупространства ρ_к равно ρ_В с использованием трехточечных установок в двух выработках AMN, B - ∞ и AM_BN_B, B - ∞ отличается от такой же величины двухточечных линий M, N - ∞ и M_B, N - ∞ в уравнении (5) заменой потенциалов U_M и U_MB на соответствующие разности потенциалов ΔU и ΔU_B, расстояние г в заменится на АО и расстояние г заменится на АО' уравнение запишется:

Кажущееся сопротивление ρ вдоль по напластованию близко по величине удельному сопротивлению пород по лучу тока г равного AM вычисляется по известному уравнению (1):

Подставив в (9) величину (10) кажущегося сопротивления получим:

Не сокращая в (11) ΔU подставим коэффициент установки получаем:

Последовательно заземляя перемещаемый питающий электрод от начального А о до максимального разноса Ai и одновременно регистрируя в двух выработках в точках O' и О см. фиг.(3) соответствующие напряжения ΔU и ΔU_B получают график кажущегося удельного сопротивления ρ_к равно ρ_В зондирования исследуемого верхнего полупространства.

Произведение коэффициента установки на отношение расстояний от питающего электрода до точек наблюдения O' и О в (12) запишется:

Аналогичным образом вычисление полного коэффициента подземной установки через произведение коэффициента установки К на отношение поправочных множителей приводится в [А.Г. Тархов, В.М. Бондаренко, В.Ф. Коваленко и др. Подземная геофизика М., «Недра», 1973. -312 с (глава 11, параграф 7, стр. 39-43, ].

Подставив (13) в (12) и сократив ΔU, кажущееся сопротивление верхнего полупространства будет:

В нем коэффициент трехточечной установки при условии когда расстояния от электрода A нижней выработки берут до приемных электродов M и N и центра измерительной линии О' нижней выработки и берется до центра измерительной линии О верхней выработки, в верхней выработке регистрируется напряжение ΔU_B линией M_BN_B для каждого разноса при токе I в питающей установке А, В - ∞ нижней выработки.

Взаимосвязь длин приемных линий разных выработок

Уравнение (12) кажущегося сопротивления верхнего полупространства ρ_к равно ρ_В требует корректных между собой регистрируемых по одному направлению, параллельных выработок, разностей потенциалов ΔU_B и ΔU. На стр. 12 [Кудрявцев Ю.И. Теория поля и ее применение в геофизике: Учебник для вузов. - Л:Недра, 1988.-335 с] объясняется выражение (1.23) «…производная по любому направлению представляет собой скалярное произведение вектора qradU на единичный вектор равна поэтому проекции градиента на выбранное направление, где I расстояние-интервал на котором получена производная по направлению ». Если при наблюдениях по верхней выработке расстояние-интервал, это M_BN_B, будет постоянной длины для всех разносов зондирования, то нарушается условие корректного составления уравнения (12) относительно одинаковых условий получения производной по направлению , направлению параллельных выработок. Необходимо уравнять для разных выработок и разных разносов условия получения производной потенциала по одному направлению. Объясним некорректность. Каждое ΔU зарегистрированное MN одной длины на линии наблюдения нижней выработки создано действием одного теоретического луча тока одновременно проходящего через два приемных электрода М и N, эти ΔU при составлении из них ρ_к равно ρ_В разных разносов корректны. Величины ΔU_B разных разносов регистрируемые M_BN_B одной длины на линии наблюдения верхней выработки некорректны между собой, поскольку они созданы одновременным действием двух лучей тока проходящих через приемные электроды М_В и N_B. Регистрируемая ими проекция разности потенциалов в зависимости от длины разноса под разными углами спроектирована на линию приемных электродов M_BN_B (фиг.4).

Фигура 4.

Разные углы наклона лучей тока к линии приемных электродов M_BN_B на разных разносах создают различные условия регистрации получения производной по направлению, регистрируется не вся величина напряжения, а лишь ее спроектированная часть. Как пример, приемные электроды M_BN_B от разноса A₀ находятся на одной математической поверхности и регистрируют нулевую разность потенциалов. Вдоль по напластованию для этого же расстояния r действием одного луча тока от разноса A₀, одновременно проходящего через два приемных электрода М и N, регистрируется иная, полная величина напряжения. Не компенсируются потери напряжения через коэффициент установки это компенсация по растеканию тока и служит другим способом компенсации потерь напряжения, [А.Г. Тархов, В.М. Бондаренко, В.Ф. Коваленко и др. Подземная геофизика М., «Недра», 1973. -312 с (глава 11, параграф 7, стр. 39-43], поскольку для наземных работ 2π или 4π подземных работ это элемент в уравнении площади поверхности через которую выходит ток с питающего электрода. Поэтому составленные в кривой зондирования ρ_к равно ρ_В зарегистрированные ΔU_B одной длиной линии M_BN_B некорректны.

Уравняем условия регистрации разностей потенциалов для двух линий приема в двух выработках по одному направлению. Условия получения ΔU_B и ΔU по одному направлению для одинаковой длины линий приема на нижней выработке MN и верхней выработке M_BN_B от максимального Ai разноса являются одинаковыми см. (фиг.4) и корректными, когда:

Для линии наблюдения M_BN_B каждого разноса верхней выработки меняется угол между направлением линии приема и направлением от ее центра О на питающий электрод А, компенсирующим элементом уравнивающим условия регистрации разностей потенциалов меняющегося угла разных разносов является косинус угла, как отношение длины A₀Ai к длине луча тока OAi:

Длину линии приема M_BN_B верхней выработки разных разносов относительно постоянной длины линии приема MN на нижней выработке меняет косинус угла:

Для максимальных разносов близких Ai косинус угла будет стремиться к единице, условия регистрации разностей потенциалов уравнены одинаковыми длиной линиями MN и M_BN_B. При минимальных разносах, кроме А₀, косинус угла будет стремиться к нулю, длина приемной линии верхней выработки M_BN_B будет произведением длины линии MN умноженной на безразмерный коэффициент численно близкий мощности между линиями наблюдения r. Взаимосвязь длин приемных линий зависит от мощности между линиями наблюдения длины разноса и длины приемной линии MN в слое с питающим электродом.

Использование такого механизма компенсации спроектированного сигнала напряжения на линию наблюдения позволит регистрировать корректные между собой величины ΔU_B и ΔU и получить сопоставимые между собой ρ_к равно ρ_В в одной кривой зондирования трехточечных установок AMN, B - ∞ и AM_BN_B, B - ∞.

Краткое описание чертежей

На фиг.1. два рисунка, на рисунке а) точки наблюдения М и М_В находятся на одном расстоянии г от токового электрода A, на рисунке б) точки наблюдения М и М_В находятся на разных расстояниях от токового электрода. Четыре сплошных горизонтальных линии на рисунках представляют кровли и почвы выработок, в пределах стенок выработок пунктирные изогнутые линии представляют их линии наблюдения. На линиях наблюдения нижних выработок жирной точкой обозначено место заземления питающего электрода А с входящим в него от внешнего источника тока вертикальной стрелкой током I, тонкой пунктирной линией вверх показана проекция питающего электрода на линии наблюдения верхних выработок, обозначена А'. Другой жирной точкой на линиях наблюдения нижней выработки показан приемный электрод М в которой пересекаются две округлых линии. На рисунке а) сплошная линия дуги, уходящая вверх, обозначает эквипотенциальную поверхность потенциала U_M, пунктирная линия, проходящая через точку М_В представляет поверхность сферы на расстоянии r от токового электрода показывает однородное поле. Дугообразная сплошная линия, проходящая через точку М_В показывает эквипотенциальную поверхность потенциала U_MB. На рисунке б) в точке М показано место наблюдения потенциала, в которой пересекаются две округлых линии, пунктирная линия представляет поверхность сферы S_M на расстоянии r от токового электрода, демонстрирует однородное поле. Сплошная дугообразная линия, уходящая вверх от точки М показывает эквипотенциальной поверхностью U_M неоднородное поле. Жирной точкой на линии наблюдения верхней выработки показан приемный электрод М_В через который проходят две округлых линии. Пунктирная линия показывает однородное поле поверхностью сферы S_MB на расстоянии r_B от питающего электрода А, неоднородное поле представлено сплошной линией эквипотенциальной поверхности U_MB.

На фиг.2. четыре сплошных горизонтальных линии представляют кровли и почвы выработок, в пределах стенок выработок пунктирные изогнутые линии представляют их линии наблюдения. На линии наблюдения нижней выработки точками с равным шагом показаны места заземления электрода А от А₀ до А₄. От заземления А₀ на расстоянии r показана поверхность сферы округлой пунктирной линией, в точке ее пересечения с линией наблюдения нижней выработки закреплено положение приемного электрода М, в точке пересечения поверхности сферы с линией наблюдения верхней выработки закреплено положение приемного электрода М_В. Пунктирная линия вверх от А₀ показывает точку записи зондирования верхнего полупространства М_В выше линии наблюдения верхней выработки. Сплошная стрелка вдоль линии наблюдения нижней выработки показывает направление увеличения длины разносов до Ai. Сплошная вертикальная стрелка вниз показывает входящим в А₀ от внешнего источника ток I.

На фиг.3. четыре сплошных горизонтальных линии представляют кровли и почвы выработок, в пределах стенок выработок пунктирные изогнутые линии представляют их линии наблюдения. На линии наблюдения нижней выработки точками с равным шагом показаны места заземления электрода А от А₀ до А₄, пунктирная линия вверх от А₀ показывает точку записи О зондирования верхнего полупространства выше линии наблюдения верхней выработки приемных электродов M_BN_B, округлая пунктирная линия проходящая через точку О на таком же расстоянии r от А₀ в точке O' пересекает линию наблюдения нижней выработки с приемной линией MN. Сплошная стрелка вдоль линии наблюдения нижней выработки показывает направление увеличения длины разносов до Ai. Сплошная вертикальная стрелка вниз показывает входящим в А₀ от внешнего источника ток I.

На фиг.4 две сплошных параллельных линии показывают линии наблюдения нижней и верхней выработок. На нижней выработке точкой Ai и сплошной вертикальной стрелкой вниз показывается входящим от внешнего источника ток I. Прямая AiO является лучом тока на центр приемной линии M_BN_B, угол а показывает разницу направлений между лучом тока и линиями наблюдений двух выработок. Пунктирная линия из точки О на нижнюю выработку на расстоянии мощности r показывает место заземления начального разноса зондирования А₀, от точки начального разноса на расстоянии r по напластованию пород показан центр O' приемной линии нижней выработки MN.

На фиг.5 четыре сплошных горизонтальных линии представляют кровли и почвы выработок, в пределах стенок выработок пунктирные изогнутые линии представляют их линии наблюдения. На линии наблюдения верхней выработки точками с равным шагом показаны места заземления электрода А от А₀ до А₄. От заземления А₀ на расстоянии r показана поверхность сферы округлой пунктирной линией, в точке ее пересечения с линией наблюдения верхней выработки закреплено положение приемного электрода М, в точке пересечения поверхности сферы с линией наблюдения нижней выработки закреплено положение приемного электрода M_H. Пунктирная линия вниз от А₀ показывает точку записи зондирования нижнего полупространства M_H ниже линии наблюдения нижней выработки. Сплошная стрелка вдоль линии наблюдения верхней выработки показывает направление увеличения длины разносов до Ai. Сплошная вертикальная стрелка вниз показывает входящим в А₀ от внешнего источника ток I.

На фиг.6 четыре сплошных горизонтальных линии представляют кровли и почвы выработок, в пределах стенок выработок пунктирные изогнутые линии представляют их линии наблюдения. На линии наблюдения верхней выработки точками с равным шагом показаны места заземления электрода А от А₀ до А₄, пунктирная линия вниз от А₀ показывает точку записи О зондирования нижнего полупространства ниже линии наблюдения нижней выработки приемных электродов M_HN_H, округлая пунктирная линия проходящая через точку О на таком же расстоянии r от А₀ в точке O' пересекает линию наблюдения верхней выработки с приемной линией MN. Сплошная стрелка вдоль линии наблюдения верхней выработки показывает направление увеличения длины разносов до Ai. Сплошная вертикальная стрелка вниз показывает входящим в А₀ от внешнего источника ток I.

Осуществление изобретения

Двухточечными AM, N - ∞, В - ∞ установками

Зондирование верхнего полупространства выполняется из двух одна над другой располагающихся выработок. На стенках нижней и верхней выработок выбирают в каждой по слою заземления электродов питающей и приемных линий постоянной мощности и минерального состава с низким удельным сопротивлением и максимально возможным его нахождением в пределах между кровлей и почвой выработки. Выбранные слои с указанными характеристиками являются линиями наблюдения нижней и верхней выработок. В слое заземления верхней выработки фиксируется положение неподвижного электрода М_В, см. фиг.(2), на одной вертикали под ним на слое заземления нижней выработки выбирают начальное положение зондирования питающего электрода А₀. На расстоянии мощности г между линиями наблюдения выработок в одну сторону от А₀ отмечают точку отсчета расстояния разноса, точку М, в другую сторону от начального положения питающего электрода А₀ на выработке отмечают места заземления перемещаемого питающего электрода от начального А₀ до максимального разноса Ai. В нижней выработке монтируются питающая линия А, В - ∞ и приемная линия М, N - ∞. На верхней выработке монтируется приемная линия M_B, N - ∞. Монтируется линия телефонной связи между выработками или иной способ связи.

В нижней выработке провод питающего электрода А и провод электрода В - ∞ подключают к генератору, провод приемного электрода М и провод электрода N - ∞ подключают к измерителю, делают замеры напряжения U_M от начального разноса А₀ до максимального Ai при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют напряжения U_M каждого разноса.

Измеритель перемещают в верхнюю выработку, провод приемного электрода М_В и провод электрода N - ∞ подключают к измерителю, делают замеры напряжения U_MB от начального разноса А₀ до максимального Ai при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞ в нижней выработке, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют U_MB каждого разноса.

Вычисляют ρ_к равно ρ_В кажущееся удельное сопротивление пород верхнего полупространства выражением (7) при г равно AM и при условии АМ_В равно r_B:

Для этого через маркшейдерские координаты вычисляют расстояние AM между питающим электродом А и приемным электродом М по слою заземления электродов в нижней выработке. Вычисляют расстояние АМ_В между питающим электродом А слоя заземления нижней выработки и приемным электродом М_В слоя заземления электродов в верхней выработке. Использовав пару зарегистрированных напряжений U_M и U_MB и расстояний AM и АМ_В и 4π умножением и делением вычисляют ρ_к равно ρ_В, по результатам зондирований судят о строении разреза пород верхнего полупространства.

Зондирование нижнего полупространства выполняется в двух одна над другой располагающихся выработках. На стенках нижней и верхней выработок выбирают в каждой по слою заземления электродов питающей и приемных линий постоянной мощности и минерального состава с низким удельным сопротивлением и максимально возможным его нахождением в пределах между кровлей и почвой выработки. Выбранные слои с указанными характеристиками являются линиями наблюдения нижней и верхней выработок. В слое заземления нижней выработки фиксируется положение неподвижного электрода М_Н, фиг.(5), на одной вертикали над ним на слое заземления верхней выработки выбирают начальное положение зондирования питающего электрода А₀.

Фигура 5.

На верхней выработке в одну сторону от А₀ на расстоянии мощности г между линиями наблюдения выработок отмечают точку отсчета расстояния разноса, точку М, в другую сторону от начального положения питающего электрода A₀ на выработке отмечают места заземления перемещаемого питающего электрода от начального А₀ до максимального разноса Ai. В верхней выработке монтируются питающая линия А, В - ∞ и приемная линия М, N - ∞. На нижней выработке монтируется приемная линия M_H, N - ∞. Монтируется линия телефонной связи между выработками или иной способ связи.

В верхней выработке провод питающего электрода А и провод электрода В - ∞ подключают к генератору, провод приемного электрода М и провод электрода N - ∞ подключают к измерителю, делают замеры напряжения U_M от начального разноса А₀ до максимального Ai при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют напряжения U_M каждого разноса.

Измеритель перемещают в нижнюю выработку, провод приемного электрода M_H и провод электрода N - ∞ подключают к измерителю, делают замеры напряжения U_MH от начального разноса А₀ до максимального Ai при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞ в верхней выработке, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют U_MH каждого разноса.

Вычисляют ρ_к равно ρ_H кажущееся удельное сопротивление пород нижнего полупространства выражением (7) при r равно AM и при условии AM_H равно r_B:

Для этого через маркшейдерские координаты вычисляют расстояние AM между питающим электродом A и приемным электродом М по слою заземления электродов в верхней выработке и вычисляют расстояние AM_H между питающим электродом А слоя заземления верхней выработки и приемным электродом M_H слоя заземления электродов в нижней выработке, использовав пару зарегистрированных напряжений U_M и U_MH и расстояний AM и AM_H и 4π умножением и делением вычисляют ρ_к равно ρ_H, по результатам зондирований судят о строении разреза пород нижнего полупространства.

Трехточечными AMN, В - ∞ установками

Зондирование верхнего полупространства выполняется в двух одна над другой располагающихся выработках. На стенках нижней и верхней выработок выбирают в каждой по слою заземления электродов питающей и приемных линий постоянной мощности и минерального состава с низким удельным сопротивлением и максимально возможным его нахождением в пределах между кровлей и почвой выработки. Выбранные слои с указанными характеристиками являются линиями наблюдения нижней и верхней выработок. В слое заземления верхней выработки фиксируется положение центра О зондирования верхнего полупространства линией приемных электродов M_BN_B см. (фиг.3), на одной вертикали под ним на слое заземления нижней выработки выбирают начальное положение зондирования питающего электрода А₀. В одну сторону от электрода А₀ начального разноса разбивается пикетаж питающего электрода до максимального разноса Ai. В другую сторону от электрода А о начального разноса на расстоянии мощности г между слоями выработок отмечается центр O' приемной линии и от него на равных расстояниях отмечают места заземления электродов приемной линии MN. В нижней выработке монтируются питающая линия А, В - ∞ и приемная линия M N

На верхней выработке монтируется приемная линия M_BN_B для центра О зондируемого полупространства вычисляют длины линии приема M_BN_B выражением (15) для разных разносов. В обе стороны от центра О на равных расстояниях своего разноса отмечают места заземлений электродов вычисленной длины приемной линии M_BN_B для каждого разноса. Монтируется линия телефонной связи между выработками или иной способ связи.

В нижней выработке провод питающего электрода А и провод электрода В - ∞ подключают к генератору, провод приемного электрода М и провод электрода N подключают к измерителю, делают замеры напряжения ΔU от начального разноса А₀ до максимального Ai при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют напряжения ΔU каждого разноса.

Измеритель перемещают в верхнюю выработку, провод приемного электрода М_В и провод электрода N_B подключают к измерителю, делают замеры напряжения ΔU_B от начального разноса А₀ до максимального Ai при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞ в нижней выработке, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют ΔU_B каждого разноса.

Вычисляют ρ_к равно ρ_В кажущееся удельное сопротивление пород верхнего полупространства выражением (12):

Для этого через маркшейдерские координаты вычисляют расстояние АО' между питающим электродом A и центром приемных электродом М и N по слою заземления электродов в нижней выработке. Вычисляют расстояние АО между питающим электродом А слоя заземления нижней выработки и центра О зондируемого полупространства верхней выработки. Вычисляют расстояние AM между питающим электродом А слоя заземления нижней выработки и электродом М нижней выработки. Вычисляют расстояние AN между питающим электродом А слоя заземления нижней выработки и электродом N нижней выработки. Использовав 4π и пару зарегистрированных напряжений ΔU_B и ΔU и расстояния АО, АО', AM, AN, умножением и делением вычисляют ρ_к равно ρ_В, по результатам зондирований судят о строении разреза пород верхнего полупространства.

Зондирование нижнего полупространства выполняется в двух одна над другой располагающихся выработках. На стенках нижней и верхней выработок выбирают в каждой по слою заземления электродов питающей и приемных линий постоянной мощности и минерального состава с низким удельным сопротивлением и максимально возможным его нахождением в пределах между кровлей и почвой выработки. Выбранные слои с указанными характеристиками являются линиями наблюдения нижней и верхней выработок.

В слое заземления нижней выработки фиксируется положение центра О зондирования нижнего полупространства линией приемных электродов M_HN_H (фиг.6), на одной вертикали над ним на слое заземления верхней выработки выбирают начальное положение зондирования питающего электрода A₀.

Фигура 6.

В одну сторону от электрода А₀ начального разноса разбивается пикетаж питающего электрода до максимального разноса Ai. В другую сторону от электрода А₀ начального разноса на расстоянии мощности r между линиями наблюдения выработок отмечается центр O' приемной линии и от центра на равных расстояниях отмечают места заземления электродов приемной линии MN. В верхней выработке монтируются питающая линия А, В - ∞ и приемная линия M N.

На нижней выработке монтируется приемная линия M_HN_H для центра О зондируемого полупространства вычисляют длины линии приема M_HN_H выражением (15) для разных разносов. В обе стороны от центра О на равных расстояниях своего разноса отмечают места заземлений электродов вычисленной длины приемной линии M_BN_B для каждого разноса. Монтируется линия телефонной связи между выработками или иной способ связи.

В верхней выработке провод питающего электрода А и провод электрода В - ∞ подключают к генератору, провод приемного электрода М и провод электрода N подключают к измерителю, делают замеры напряжения ΔU от начального разноса А₀ до максимального Ai при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют напряжения ΔU каждого разноса.

Измеритель перемещают в нижнюю выработку, провод приемного электрода Мя и провод электрода N_H подключают к измерителю, делают замеры напряжения ΔU_H от начального разноса A₀ до максимального Ai при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞ в верхней выработке, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют ΔU_H каждого разноса.

Вычисляют ρ_к равно ρ_H кажущееся удельное сопротивление пород нижнего полупространства выражением (12):

Для этого через маркшейдерские координаты вычисляют расстояние AO' между питающим электродом А и центром приемных электродом M и N по слою заземления электродов в верхней выработке. Вычисляют расстояние АО между питающим электродом А слоя заземления верхней выработки и центра О зондируемого полупространства нижней выработки. Вычисляют расстояние AM между питающим электродом А слоя заземления верхней выработки и электродом М верхней выработки. Вычисляют расстояние AN между питающим электродом А слоя заземления верхней выработки и электродом N верхней выработки. Использовав 4π и пару зарегистрированных напряжений ΔU_H и ΔU и расстояния АО, AO', AM, AN, умножением и делением вычисляют ρ_к равно ρ_Н, по результатам зондирований судят о строении разреза пород нижнего полупространства.

Изобретение относится к электроразведке. Сущность: способ подземной электроразведки заключается в выполнении направленного зондирования двухточечной AM, N - ∞, B - ∞ или трехточечной AMN, В - ∞ установками электродов, располагаемых в двух одна над другой находящихся выработках. Заземляют питающий электрод в слой породы ρ₀ на стенке в одной выработке и в ней же регистрируют U₀ на разносе. Одновременно регистрируют U в другой выработке. Вычисляют кажущееся сопротивление ρ_к верхнего и нижнего полупространства. Технический результат: возможность исследования геологического строения среды за пределами двух выработок. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ подземной электроразведки методом сопротивлений, заключающийся в выполнении зондирования двухточечными установками электродов AM, N - ∞, В - ∞ из двух одна над другой расположенных выработок, при котором по результатам измерений для каждого разноса электродов зондирования вычисляют кажущееся удельное электрическое сопротивление среды в Омхм,

отличающийся тем, что

на стенках нижней и верхней выработок выбирают слои для заземления электродов питающей и приемных линий постоянной мощности и минерального состава с низким удельным сопротивлением и максимально возможным его нахождением в пределах между кровлей и почвой выработки,

для зондирования верхнего полупространства двухточечными AM, N - ∞, В - ∞ установками в верхней выработке монтируют приемную линию M_B, N - ∞,

в нижней выработке монтируют питающую линию А, В - ∞ и приемную линию M, N - ∞,

в нижней выработке провод питающего электрода А и провод электрода В - ∞ подключают к генератору, провод приемного электрода М и провод электрода N- ∞ подключают к измерителю, делают замеры напряжения U_M от начального разноса до максимального при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют напряжения U_M каждого разноса,

измеритель перемещают в верхнюю выработку, провод приемного электрода M_B и провод электрода N - ∞ подключают к измерителю, делают замеры напряжения U_MB от начального разноса до максимального при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞ в нижней выработке, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют U_MB каждого разноса в верхней выработке,

вычисляют кажущееся удельное сопротивление ρ_B пород верхнего полупространства по выражению:

,

где AM - расстояние между питающим электродом А в нижней выработке и приемным электродом М в нижней выработке,

AM_B - расстояние между питающим электродом А в нижней выработке и приемным электродом M_B в верхней выработке,

по результатам зондирования судят о строении геологической толщи,

для зондирования нижнего полупространства двухточечными AM, N - ∞, В - ∞ установками в нижней выработке монтируют приемную линию M_H, N - ∞,

в верхней выработке монтируют питающую линию А, В - ∞ и приемную линию М, N - ∞,

в верхней выработке провод питающего электрода А и провод электрода В - ∞ подключают к генератору, провод приемного электрода М и провод электрода N - ∞ подключают к измерителю, делают замеры напряжения U_M от начального разноса до максимального при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞, по связи увеличивают разнос питающей линии и регистрируют напряжения U_M каждого разноса,

измеритель перемещают в нижнюю выработку, провод приемного электрода M_H и провод электрода N - ∞ подключают к измерителю, делают замеры напряжения U_MH от начального разноса до максимального при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞, по связи увеличивают разносы питающей линии в верхней выработке и регистрируют U_MH каждого разноса в нижней выработке,

вычисляют кажущееся удельное сопротивление пород нижнего полупространства выражением:

,

где AM- расстояние между питающим электродом А в верхней выработке и приемным электродом М в верхней выработке,

АМ_Н - расстояние между питающим электродом А в верхней выработке и приемным электродом М_Н в нижней выработке,

по результатам зондирования судят о строении геологической толщи,

2. Способ подземной электроразведки методом сопротивлений, заключающийся в выполнении зондирования трехточечными установками электродов AMN, В - ∞ из двух одна над другой расположенных выработок, отличающийся тем, что

на стенках нижней и верхней выработок выбирают слои для заземления электродов питающей и приемных линий постоянной мощности и минерального состава с низким удельным сопротивлением и максимально возможным его нахождением в пределах между кровлей и почвой выработки,

для зондирования верхнего полупространства в нижней выработке монтируют питающую линию А, В - ∞ и приемную линию М N,

в верхней выработке монтируют приемную линию M_BN_B и для центра О зондируемого полупространства вычисляют длины линии приема M_BN_B выражением:

,

где M_BN_B - переменная длина линии приема в верхней выработке для разных разносов,

MN - постоянная длина приемной линии в нижней выработке для разных разносов,

OAi - расстояние от центра О приемной линии в верхней выработке до перемещаемого питающего электрода А в нижней выработке,

A₀A_i - расстояние от начального разноса А₀ в нижней выработке до перемещаемого питающего электрода Ai в нижней выработке,

для каждого разноса от центра О зондирования в обе стороны в верхней выработке отмечают места заземлений электродов своей вычисленной длины приемной линии M_BN_B,

в нижней выработке провод питающего электрода А и провод электрода В - ∞ подключают к генератору, провод приемного электрода М и провод электрода N подключают к измерителю, делают замеры напряжения ΔU от начального разноса до максимального при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют напряжения ΔU каждого разноса,

измеритель перемещают в верхнюю выработку, провод приемного электрода М_В и провод электрода N_B подключают к измерителю, делают замеры напряжения ΔU_B линией приема M_BN_B соответствующей длины от начального разноса до максимального при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют напряжения ΔU_B соответствующей разносу длиной линии приема M_BN_B,

вычисляют кажущееся удельное сопротивление ρ_В пород верхнего полупространства по выражению:

,

где AM- расстояние между питающим электродом А в нижней выработке и приемным электродом М в нижней выработке,

AN - расстояние между питающим электродом А в нижней выработке и приемным электродом N в нижней выработке,

АО - расстояние между питающим электродом А в нижней выработке и центром О приемной линии M_BN_B в верхней выработке,

АО' - расстояние между питающим электродом А в нижней выработке и центром О' приемной линии MN в нижней выработке,

по результатам зондирования судят о строении геологической толщи,

для зондирования нижнего полупространства в верхней выработке монтируют питающую линию А, В - ∞ и приемную линию MN,

в нижней выработке монтируют приемную линию M_HN_H и для центра О зондируемого полупространства вычисляют длины линии приема M_HN_H выражением:

,

где M_HN_H - переменная длина линии приема в нижней выработке разных разносов,

MN - постоянная длина линии приема в верхней выработке разных разносов,

OAi - расстояние от центра О приемной линии в нижней выработке до перемещаемого питающего электрода А в верхней выработке,

A₀Ai - расстояние от начального разноса A₀ в верхней выработке до перемещаемого питающего электрода Ai в верхней выработке,

для разных разносов от центра О зондирования в обе стороны в нижней выработке отмечают места заземлений электродов своей вычисленной длины приемной линии M_HN_H для каждого разноса,

в верхней выработке провод питающего электрода А и провод электрода В - ∞ подключают к генератору, провод приемного электрода М и провод электрода N подключают к измерителю, делают замеры напряжения ΔU от начального разноса до максимального при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют напряжения ΔU каждого разноса,

измеритель перемещают в нижнюю выработку, провод приемного электрода M_H и провод электрода N_H подключают к измерителю, делают замеры напряжения ΔU_H линией приема M_HN_H соответствующей длины от начального разноса до максимального при заданном стабилизированном токе I в питающей линии А, В - ∞, по связи увеличивают разносы питающей линии и регистрируют напряжения ΔU_H линией приема M_HN_H соответствующей длины,

вычисляют кажущееся удельное сопротивление ρ_H пород нижнего полупространства по выражению:

,

где AM - расстояние между питающим электродом А в верхней выработке и приемным электродом М в верхней выработке,

AN - расстояние между питающим электродом А в верхней выработке и приемным электродом N в верхней выработке,

АО - расстояние между питающим электродом А в верхней выработке и центром О приемной линии M_HN_H в нижней выработке,

AO' - расстояние между питающим электродом А в верхней выработке и центром O' приемной линии MN в верхней выработке,

по результатам зондирования судят о строении геологической толщи.