Способ определения смещений массива горных пород в скважинах,обсаженных гибкими трубами Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 G01C15/04 

Изобретение относится к области измерения смещений и деформаций внутри массива и может быть использовано при исследовании деформаций массива горных пород от влияния открытых и подземных горных выработок в откосах различных земляных сооружений, атакже при изучении оползней бортов карьеров и ествественньпс склонов. Массивы горных пород в бортах карьеров, в откосах различных земляных сооружений и естественных склонах до разрушения претерпевают значительные смещения и деформации Так, например, смещения прибортовых массивов высоких бортов карьеров до разрушения достигают нескольких метров, а относительные деформации растяжения и сдвига для песчано-гли нистых пород соответственно (6080) 10 и (100-150) 10 . Это позволяет по величине смещений и деформаций прибортового масси ва судить о степени опасности для устойчивости откосов наблюдаемых деформаций. Целью изобретения является повышение точности определения смещений массива горньк пород. На фиг. 1 изображены профили деформирующегося откоса в исходном 1 и сдеформированном 2 положениях расположение наблюдательной скважины до 3 и после 4 деформации прибортового массива, зона деформирова ния 5 откоса с границами 6. На фиг. 2 изображен участок искривленного ствола скважины с обсад ной трубой 7, в стенки которой вмон тированы реперы 8, и помещенньш в обсадную трубу на мерном тросекабеле 9 измерительный снаряд 10, состоящий из инклинометра 11 и ма нитогерконового датчика 12, присоединенного к нижнему башмаку инклинометра. Способ осуществляют следующим образом. С поверхности деформирующегося откоса бурят наблюдательную скважину, при этом перебуривают зону деформирования прибортового массива горньк пород таким образом, чтобы забой скважины располагался в незатронутом деформациями массиве. Скважину обсаживают полиэтиленовой эластичной трубой,в стенки которой 482 вмонтированы реперы, представляющие собой, например, закрепленные на шурупах на некотором расстоянии друг от друга стальные пластины, которые являются зафиксированными точками. После обсадки скважины проводят инклинометрическую и магнитогерконовую съемку исходного положения ствола скважины измерительным снарядом, состоящим из инклинометра и присоединенного к нему магнитогерконового датчика. По результатам съемки вычисляют координаты реперов в исходном и сдеформированном положениях ствола скважины, а по координатам определяют величину и направление смещения реперов и деформацию сдвига внутри массива. Поскольку пластмассовые эластичные трубы в стволе скважины, пластично деформируясь, перемещаются совместно с массивом, по смещениям реперов определяют смещения примыкающего к ним массива, а по измеренным непосредственно в месте крепления репера зенитным углам ствола скважины и направлению перемещения репера определяют деформации сдвига примыкающего к реперу массива Вычисления выполняют по следующим формулам: / ДХ + uZ ; .01 arc.tg uX х. - X (Х + YI1 T-i sinQ.+ -t- 1 sine ) - (X + H li h-P h-P о .. sin©. + l,.p sine); uZ z - Z (Z - II li cosQj- t-p -(Zo - i licosQ,cos,, );(4) y tg (0; + ) - tg (0p + oL), S- полный вектор смегдещения репера; о - угол наклона к горизонту вектора смещения репера; дХ и &Z - горизонтальные и вертикальные сосставляющие полноинклинометра на работу магнитогерконового датчика. Через 15 дней, за которые в деформирующемся массиве борта карьера произошли оползневые подвижки, в заложенной наблюдательной скважине была вновь проведена комплексная съемка положения искривленного ство ла и реперов в скважине. По данным комплексной съемки было установлено положение искривленного в результат оползневых деформаций массива ствола скважины и вычислены координаты и перемещения заложенных в обсадны трубы стальных реперов. Расчеты выполнены в условной системе координат, в которой для удобс ва оси координат проведены через устье скважины, причем ось Z направ лена вертикально вверх - вдоль начального положения ствола скважины а ось X направлена горизонтально в направлении перемещений в оползающем массиве - нормально простиранию бор та карьера. Результаты измерений и расчетов смещений и деформаций сведены в таблицу. Так, ддя репера, расположенного на глубине 26,15 м, его перемещения составили лх (х + Z± i. sine + ip ) - (X +11 I, sinQ + sin© + 3in0 p ) - .Q,349 + 10 + 10 sin Q° + 2 sin (-0,5°) + 2 sin (-1) +2 sin (-3°) + 0,09 sinx (-4,75 ) - (0 + 10 sin 0° +10 sin 0 + 2 sin sin O + 2 sin 0° + + 0,150 sin 0°) 0,349 - 0,165 0,184 M; uZ (Z - YI 1COSO.- Ig pX - (2„ - С I °«® cosQg.p) 0 р) -0,102 - 10 cos - fj.p cosQj. ° 1 7 г-пя С -n.S Ч -10 cos 0° - 2 cos ( -0,5 ) -2 cos (Г) - 2 cos (-3)-0,09cos (-4,75)- (0 - 10 cos cos 0° - 2 cos 0° - 2 cos 0° -2 cos 0 - 0,150 cos 0°) - 26,18 + 26,150 - 0,039 M. Угол наклона вектора перемещения репера составил -0.039 о(. arc tg arc tg 0,184 - 12. Абсолютная величина смещения репе а равна S &Х + AZ /0,184 + 0,039/0,0338 + 0,0015 0,188 м. Аналогично вычислялись перемещеия и всех других реперов (см. табицу) . Деформация сдвига горных пород внутри массива определена непосредственно по измеренным инклинометром зенитным углам сдеформированного ствола скважины в месте крепления репера и углу наклона вектора перемещения репера. Так, для репера, расположенного на глубине 26,15 м, деформация сдвига горных пород составила У tg (0р +с() - tg (0p+oL) tg (4,75 - 12) - tg (О - 12°) tg (-7,25°) - tR.(-12°) -0,1272 + + 0 2126 0.0854(4,9°). Таким образом, по наолюдательной скважине получены величины векторов смещений и деформации сдвига горных пород внутри массива зоны деформироания в плоскости смещения приборто-. ого массива. Формула изобретения Способ определения смещений массива горных пород в скважинах, обсаженных гибкими трубами, включающий измерение горизонтального смещения горных пород и определение деформации сдвига горных пород, отличающийся тем, что, с целью повьпнения точйости определения смещений, определяют координаты зафиксированных точек обсадных труб в исходном и сдеформированном положениях ствола скважины, по замеренным координатам определяют величину и направление смещения зафиксированных точек, а деформацию сдвига горных пород в массиве определяют из соотношенияу tg (ер +ot) - tg (0р +Ы), где f - деформация сдвига горных пород массива в зоне зафиксированной точки; го вектора смещ J ния репера; X, Z и X ,Z - координаты репер соответственно в HcxOjT HOM и еде фо миройанном положе ниях ствола скваж ны; - длина i-ro интерв ла инклинометрической съемки соо ветственно в исхо ном -и сдеформированом положениях скважины; X,.Z их. Z - координаты устья (или дна) скважи ны в исходном и сдеформированном положениях ствола 0 и 9. - средний зенитный угол i-ro интерва ла инклинометриче кой съемки соотве ственно в исходном и сдеформированном положениях скважины (зенитный угол измеряется от отрицательного направления вертикаль ной оси Z и принимается положительным, если он Отсчитывается против часовой стоелки, и отрицательным J если он отсчитывается по часовой стрелке); - расстояние по стволу скважины от точки п последнего инклинометрического замера, предшествующего замеру на репере до фиксируемого репера Р (п-р-интервал) соответственно в исход ном и сдеформированном положениях скважины; - средний зенитный угол п-р интервала инклинометркческой съемки соответственно в исходном и сдеформированном положениях скважины ; У - деформация сдвига горных пород массива в зоне репера; 0р и 0р - зенитный угол ствола скважины в месте крепления репера соответственно в исходном и сдеформированном положениях ствола скважины. Пример. При выполнении спосооа на деформирующемся участке борта карьера высотою 85 м была пробурена вертикальная наблюдательная скважина глубиной 55 м, которая была обсажена полиэтиленовыми трубами с внешним диаметром 110 см. В стенки обсадных труб были вмонтированы реперы, представляющие собой закрепленные на шурупах на расстоянии 2 м друг от друга обрезки стальных труб. После заложения скважины в ней были проведены одновременно инклинометрическая и магнитогерконовая съемки. Комплексной съемкой были установлены: вертикальность заложения наблюдательной скважины (отклонение оси ствола от вертикали не превышали 15 ) и исходные координаты заложенных в зоне деформирования реперов, соответствующие глубинам 20, , 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 и 40 м от устья скважины. Комплексная съемка проводилась измерительным снаряом, состоящим из инклинометра МИ-30 (длина секции инклинометра 110 см) магнитогерконового датчика (длина екции датчика 10 см), навинчиващегося на нижний башмак гильзы инлинометра. При этом расстояние ежу магнитной стрелкой инклинометра присоединенным к нему датчиком сключало влияние последнего на магитную стрелку. В инклинометре МИ-30 тсутствуют детали из ферромагнитых сплавов, что исключало влияние

71263848

- зенитньш угол ствола скважины в зафиксированной точке соответственно в исходном и сдеформированном положениях ствола 5 скважины.

8

угол наклона к горизонту вектора перемещения зафиксированной точ ки.

Изобретение относится к области исследований деформаций горных пород (ГП) от влияния открытых и подземных горных выработок. Изобретение позволяет с высокой точностью определять направления и величины смещений и деформацию сдвига ГП. Дпя этого в наблюдательной скв-ажине, заложенной в деформирующемся массиве, фиксируют точки на обсадных трубах. Затем проводят инклинометрическую съемку до и после деформирования ствола скважины. По результатам съемок определяют координаты зафиксированных точек (ЗТ) в исходном и сдеформирог. ванном положениях ствола скважины. По ним определяют величину и направление смещения ЗТ, определяющих веi .личину и направление смещения ГП в массиве. Деформацию t сдвига ГП (Л в массиве в зоне ЗТ определяют по формуле tg (©р + о( ) - tg

20,07

22,08

24,08

32,02

34,02

J6,00О

36,03

36,UО

-102 3«4-1б;2

349

-101361-16,20,29

347

-14,70,80

313

-79

303

255

1,32

-13,3

-58

,25248

,75 -39

4,88

-12,0

188

-22.

118

0,77

55

-9,5

-9

0,27

20-8,3

-3

19 L-J,.l-I.l™... -0,25 38,00-0,25 -0,25 38,15-0,2538,03 О 40,00 О 40,t7 О 40,04 О 50,00О

55 забой

х) Смецекие устья скважины, определенное маркшейдерскими (геодезическими) инструкентальньми измерениями.

хх) Смещение репера, для которого приведен полный расчет в указанном примере выполнения способа. Продолжение таблицы ZILIZ ZlIIZIZ2r

pufi