Способ определения нарушенности массива горных пород Советский патент 1984 года по МПК E21C39/00 

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

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

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

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

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

Цель изобретения - повышение точности и оперативности измерений.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения нарушенности массива горных пород, включающему излучение акустических импульсов в исследуемую область и прием отраженных акустических импульсов, измерение амплитуды отраженных импульсов и временных интервалов между излучаемым и отраженными импульсами, акустические импульсы излучают от устья скважины, пробуренной в исследуемой области массива горных пород, в ее воздушное пространство, определяют фазу отраженных импульсов, по которой судят о виде нарушений, а общую структурную нарушенность определащ по формуле К 12,72- 10 f,.,.

, , WinjMi„

где К - коэффициент структурной нарушенности;

f - несущая частота звуковых импульсов; Гц,

d - диаметр скважины, см; L - глубина скважины, м; - амплитуды сигналов, отраженных от забоя скважины соответственно один и два раза, мВ.

Эта формула выведена из соотношения коэффициентов затухания акустических импульсов в скважинах, вскрываюших ненарушенный и нарушенный массивы. Для первого случая коэффициент затухания в идеальной (.гладкой) скважине определится как

- 3,18-10-W 1 5 г-1оУГ (V «WHH f ; )Д1ук .

Во втором случае величину коэффициента затухания в нарушенной скважине можно определить из выражения oC bMiAAiAz,aB/rt.

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

Способ осуществляют следующим образом.

Оператор с аппаратурой (фиг. 1) распоC лагается в выработке, из которой пробурены подлежащие обследованию Скважины 1. После включения и прогрева аппаратуры приемоизлучатель 2 акустических импульсов устанавливают в устье скважины 1. Звуколокатор 3 вырабатывает короткие электри0 ческие радиоимпульсы в виде отрезка синусоиды, которые преобразуют приемоизлучателем 2 в акустический сигнал. Этот сигнал распространяется от устья скважины до ее забоя 4 и после многократной циркуляции между забоем 4 и приемоизлучателем 1 затухает. При распространении акустического сигнала вдоль скважины происходит частичное его отражение от различных дефектов ствола скважины: вывалов 5, трещин 6, которые характеризуются расШиреQ нием ствола и пережимов 7, которые уменьшают диаметр скважины и т. д. Сигналы, отраженные от дефектов 5, б и 7, а также от забоя 4 скважины 1 преобразуются приемоизлучателем 2 в электрический сигнал, который затем обрабатывается в блоках

5 усиления и обработки звуколокатора 3, на цифровом табло которого отражается глубина скважины. Кроме того, сигналы с пре-образователя 3 подаются на вход осциллографа 8, наблюдаются на его экране и регистрируются с помощью специальной фото0 приставки 9 с зеркальной фотокамерой 10. Питание осциллографа 8 автономное от аккумуляторной батареи I1 через стабилизатор 12.

Для определения местоположения забоя

4 и дефектов 5, 6, и 7 скважины 1 скорость горизонтальной развертки осциллографа устанавливают кратной скорости распространения акустического сигнала в скважине таким образом, чтобы одному делению гори0 зонтального масштаба соответствовали 10,5 или 2,5 м глубины скважины. Для этого необходимо вручную измерить точную глубину контрольной скважины, затем установить в ее устье приемоизлучатель 2 и, получив на экране осциллографа 8 эхограм5 му, ручкой плавной регулировки длительности развертки установить вступление первого (или второго, третьего и т д.) отражения на соответствующую отметку шкалы

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