Устройство для определения трещиноватости горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 

15

20

11366639

Изобретение относится к горному делу, в частности к конструкции уст ройств для определения параметров трещиноватости горных пород в массиве, и может быть использовано на предприятиях горндобывающей промьшшеннос- ти при физико-химическом упро чнении пород, при строительстве гидротехнических и подземных сооружений, а же в геологических заискываниях.

Цель изобретения - повьшение точности измерений путем определения плотности заполнения трещин породной мелочью.

На фиг,1 приведена структурная схема устройства; на фиг,2 - конструкция зонда; на фиг,3 - диаграмма сила тока - длина (1-L} на- з ияющей и заполненной породной мелочью трещинах.

Устройство состоит из зонда 1, прибора 2 и нагнетательного приспособления 3, Прибор 2 и -зонд 1 соединены 4-жильным кабелем. Зонд 1 также соединен с водонагнетательным приспособлением 3 двумя водопроводящими шлангами. Зонд 1 содержит генератор 4 частоты, излучающую катушку 5, со единенную с генератором 4 частоты, ,. приемную катушку 6, блок 7 выпрямления, подключенный входом к приемной катушке 6, форсуночное 8 и герметизирующее 9 устройства. Прибор 2 содержит дифференциальный усилитель 10, прямой вход которого соединен с выходом блока 7 выпрямления, а ин- - версный вход - с блоком 11 регулируемого опорного напряжения, блок 12 регистрации, включенньй ,на вход усиг лителя 10, и блок 13 питания, питают щий генератор 4 частоты, усилитель 10 и блок 11 опорного напряжения, Водонагнетательное приспособление 3

расположенных в корпусе зонда и соединенных с водопроводящим шлангом 16, соединяющим его через распределитель 15 с насосом 14, Герметизирующее устройство У состоит из двух уп- лотнительных надувных камер 17, служащих для локализации зоны вблизи трещины, покрытых эластичной резиной так- 10 IS, жестко скрепленной с корпусом

зонда и расположенной на одном уровне с ним, К камерам 17 подключен во- доподводящий шланг 19, соединяющий их через распределительный узел 15 с насосом 14, При нагнетании в камеру 17 жидкости эластичная резина 18 растягивается, приобретая бочкообразную форму, и плотно соприкасается со стенками скважины 20, Этим самьм будет достигнута герметизация с обеих сторон полости 21 смачивания,

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Генератор 4 частоты, расположен25 ный в зонде 1, создает переменное напряжение с частотой 1,5 МГц, которое подается на излучающую катушку 5, Вокруг излучающей катушки 5 образует-- ся переменное магнитное поле, кото30 рое в приемной катзлике 6 индуктирует . ЭДС. Если зонд находится в -шпуре, то переменное электромагнитное поле излучающей катушки создает в горной породе вихревые токи, которые по за-

35 кону электромагнитной инерции оказывают размагничивающее действие, т,е, уменьшают электромагнитное поле излучающей катушки 5 и, следовательно, ЭДС приемной катушки 6, При прибли-

40 жении зонда 1, перемещающегося в

скважине к трещине, изменяются электрические свойства среды, окружающей излучающую катушку, что приводит к изменению вихревых токов в среде, На

содержит насос 14 и распределительный 45 личие трещины с малой электрической

узел 15, который соединен с форсуночным устройством 8 и герметизирукг- щим устройством 9 (фиг,1).

Конструкция зонда представлена на фиг,2, Корпус зонда представляет собой пластмассовую трубу с внутренним диаметром 32 мм, внешним диаметром 40 мм и длиной 250-450 мм. Труба имеет сплошную заглушку и заднюю заглушку с отверстиями для соединитель - ного кабеля, досьшочной штанги и во°- допроводящих шлангов. Форсуночное устройство 8 представлено в виде от верстий диаметром 2-3 мм, радиально

проводимостью приводит к резкому уменьшению вихревых токов и их размагничивающего действия, что обуславливает усиление электромагнитного поля излучающей катушки 5 и увеличение ЭДС, наводимой в приемной катушке 6, Это влечет за собой увеличение напряжения на выходе блока 7 выпрямления, Выпрямленная ЭДС приёмной катушки 6

с выхода блока 7 выпрямления подается- при помощи соединительного кабеля на вход дифференциального усилителя 10, расположенного в корпусе прибора 2, fl результате увеличивается.напря-

жение на выходе усилителя 10 и, соо ветственно, отклонение стрелки блок 12 регистрации в сторону увеличения показаний. Излучающая катушка 5 име ет направленную диаграмму излучения электромагнитных волн, причем максимальное значение магнитной индукц имеет место на середине излучающей катушки 5, Поэтому ЭДС приемной кат ки 6 и отклонение стрелки блока 12 регистра1Ц1и достигают максимального значения, когда трепщна будет на середине излучаюп1ей катушки 5. В этот момент определяется пересечение пло кости трёпщны с осью скважины по мекам на, досылочной штанге.

Для одной и той же породы максимальное значение ЭДС приемной катушки 6 и отклонение стрелки блока регистрации пропорционально раскрытию треищны. Но данное отклонение стрелки блока регистрации также зависит от наличия в трепщне породной мелочи и плотности заполнения его трещины. Для определения наличия породной мелочи в трещине необходимо с помощью форсуночного устройства смачивать тр водой. Диэлектрическая проницаемость воды ( Ef, 81) намного больше, чем воздуха ( воз ) и горной породы (6 4-10), Следовательн наличие воды в трещине увеличит диэлектрическую проницаемость и уменьшит отклонение стрелки блока регистрации при совмещении приемной катушки с трещиной. Если трещина зияющая (свободная от породной мелочиJ, то после ее смачивания вода покинет

ч

трещину, оставаясь в результате смачивания лишь на ее стенках. Поэтому максимальное отклонение стрелки блока регистрации после смачивания -д1м будет составлять порядка экспериментально установленных 80-100% от отклонения стрелки блока регистрации до смачивания -д1 с. Если трещина заполнена перетертой породной мелочью, то в результате смачивания вода (определенная часть первоначально закачиваемого объема) задерживается в трещине, увеличивая тем самым диэлектрическую проницаемость. Чем больше плотность заполнения трещины породной мелочью, тем больше количество воды задерживается в трещине и тем меньше будет отношение Д1 м/ /Л 1 с. Но данному отношению можно судить о плотности заполнения трещи

20

25

10 15

ны породной мелочью. При отсутствии трещины вблизи зонда 1 в приемной катушке 6 наводится минимальная ЭДС, обуславливающая некоторое положение стрелки блока регистрации 1 мае, т,е, прибор будет регистрировать ток, со- ответствуюп№1й монолитному массиву горных пород.

При больших плотностях заполнения трещины породной, мелочью после ее смачивания ток, регистрируемый на ней прибором, будет меньше 1 мае, т,е. будет наблюдаться падение тока на трещине. По величине падения тока также можно судить о плотности заполнения трещины породной мелочью.

Таким образом, определив плотность заполнения трещины породной мелочью по специальным тарирсвочнын зависимостям, можно определить истинное раскрытие данной трещины.

Работа устройства по определению плотности заполнения трещины и ее истинного раскрытия поясняется на конкретном примере. Допустим, скважину 20 (фиг,2) пересекает две тре- пщны Одинакового раскрытия R: на 22 заполнена породной мелочью плотности р и трещина 23 - зияющая. Постепенно передвигая зонд по скважине 20, определяют положение трещины 23 по максимальному отклонению стрелки блока регистрации i с 2 (фиг,3). Далее передвигается зонд на

0

0

такое расстояние 1 , чтобы совместить точку пересечения плоскости трещины и оси скважины с местом расположения форсуночного устройства. Насосом накачивают жидкость в камеры 7 до тех пор, пока не создается полная герметизация эластичной резиной 18 полости 21 смачивания. Затем, переключив распределительный узел, начинают по- 5 давать воду к форсуночному устройству. Закачав таким образом 250-300 мл воды, обратно переключают распределительный узел и сливают жидкость из камер 17 за счет упругости эластич- Q ной резины 18,

Выждав 3 мин, опять определяют уровень сигнала на этой трещине, совмзстив середину приемной катушки с трещиной -д м (фиг,3). Так как 5 л м/д с 0,8, следовательно, тре- DijiHa - зияющая. Раскрытие трещины R находят как1 ,(Л1 с).

Далее находят по максимальному Отклонению Ы с положение трещины 22

513666396

I ...

(фиг,2). Повторяют операции по сма- сдвигового типа, образующиеся под чиванию, описанные выше. После смачи действием максимальных касательных вания трещины уровень сигнала на ней напряжений, имеют смещения берегов

составил л1 м. Так как ь1 м/&1с 0,8,g друг относительно друга, поэтому за

следовательно, трещина заполнена пе ретертой породой и плотность запол нения которой р находится как M/ul с). Далее по специальным тарировочным зависимостям находят эквивалентное отклонение силы тока ulgjt на этой трещине, соответствующее отклонению тока на такой же по раскрытию трещине, по зияющей, как f(p,A5 с). Раскрытие трещины К опре деляется кaкf( и 1 j ).

Устройство позволяет определять плотность заполнения трещины породной мелочью, что дает возможность применять устройство в геологических изысканиях для точного определения фильтрационных свойств массива горных пород, отличать трещины горных пород сдвигового типа от трещин отрыва , так как известно, что трещины

полнены перетертой мелочью, кроме того, по плотности заполнения трещины породной мелочью можно косвенно судить о величине данного смещения.

Формула изобретения

Устройство для определения тре- щиноватости горных пород по авт. св. № 1168710, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности измерений путем определения плотности заполнения трепщн породной мелочью, оно снабжено уплотнительными надувными элементами для локализации зоны вблизи треп1ины и водонагнета- тельным приспособлением, соединенным с надувными элементами и полостью между ними через распределительный узел.

/f,-.

1г

фие.2

Заполненная трещина

Зияющая трещина

(/€.J