Способ измерения температуры массива горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21B47/06 

00 (X) ел

00

1чЭ

Изобретение относится к геометрическим измерениям, служащим для получения данных о естественной температуре массива горных пород на глубине расположения подземных выработок и определения величин геометрической ступени для данного шахтного поля или его части.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры массива горных пород.

На фиг. 1-4 приведены графики измерений температуры массива горных пород.

Способ реализуют следующим образом.

Осуществляют выбор выработки и место расположения шпура, затем проводят бурение шпура без промывки и непосредственно после бурения обеспечивают контакт датчика температуры с поверхностью горных пород в шпуре и регистрируют выходной сигнал датчика с помощью вторичного прибора. При этом (фиг. 1) фиксируют время Т приобретения (достижения) максимального значения показаний (1макс)регистрацию выходного сигнала осуществляют до момента Тир вьшолаживания во времени (тш) показаний вторичного прибора до ti. Затем возмущают температурное поле вокруг шпура охлаждением горных пород, осуществляя циркуляцию хладоносителя по шпуру (на глубоких горизонтах используют продувку шпура, рудничным или сжатым воздухом) в течение

т«()|i,

где тэ- время существования шпура до регистрации максимального значения показаний вторичного прибора за период регистрации; ткр -то же, до конца регистрации; ТВ - продолжительность циркуляции

хладоносителя; ti - показания вторичного прибора в

конце регистрации; 1в - температура хладоносителя; tcH - среднеинтегральное значение температуры за период между тэ и ткр. Вновь осуществляют контакт датчика в щпуре и повторную регистрацию его выходного сигнала (фиг. 2), а за искомую температуру массива принимают среднее от показаний вторичного прибора в конце обоих

случаев регистрации, т.е. 1ои При

невозможности достижения равенства этих показаний (ti, t2) в .пределах удвоенной допустимой погрешности Ad измерения (ti- Ad I ) за период повторной регистрации ТР, равный продолжительности от фиксирования (тэ) максимального значения показаний вторичного прибора до конца первой регистрации ТКР, за период Т-Р ткр-тэ операцию выбора выработки и места расположения шпура корректируют, а последующие операции способа повторяют.

0

5

0

5

0

5

Способ основан на методе двух измерений и закономерностях восстановления естественной температуры массива горных пород, искаженной предварительным возмущением температурного поля массива вокруг шпура.

При бурении шпура выделяется теплота, которая идет на повышение температуры массива горных пород от to до какого- то значения. Возникц ее при этом искаженное температурное поле постепенно восстанавливается рассеиванием теплоты вглубь массива, где его температура to постоянна. Период регистрации от ее начала до момента Тэ достижения максимального значения температуры датчика зависит от степени возмущения температурного поля массива, времени тнр существования шпура до момента начала регистрации и инерционности используемого датчика температуры. За период времени от тэ до ткр массив и датчик охлаждаются, массив стремится достигнуть to. При этом температура датчика ti постепенно приближается к to. Однако строгое неравенство ti и to может быть достигнуто за очень значительное время (несколько часов), т.е. в реальном времени на Ati. При этом количество теплоты, поступающее в массив за время от Тэ до Ткр, может быть получено из уравнения

Q, 2BL (ten-ti)X

JC

X ().

где :ocopo - теплоусваи-ваемость горных пород;

В, L - постоянные коэффициенты.

Аналогично определяют количество теплоты, отобранное от массива при циркуляции хладоносителя по шпуру

V lT cb-ti)}.

Приняв I Qi 1 I Q2 j, получим минимально необходимую продолжительность циркуляции

тв (л.г-л/Гэ).

За реальное время ткр повторной регистрации температура датчика t2 в сравнении с to будет занижена на At2. Поэтому на искомую температуру массива в предлагаемом способе принимается среднее значение температуры датчика в конце первой и повторной регистрации

,

где ti to+Ati; t2 to-At2.

Тогда отличие измеренного значения ton температуры массива от действительного ее значения to следующее:

ton- to - 2 ,

т.е. даже при At О погрешность tou в два раза меньше погрешности ti. Сравнение с ti обусловлено тем, что в способе-прототипе является конечным измеренным значением. Следовательно, предлагаемый способ в сравнении с прототипом не менее чем в два раза снижает погрешность измерения температуры массива горных пород.

Условие QI I I Q2 Iпредопределяет ограничение продолжительности повторной регистрации значением тр ткр-тэ. Знак «менее свидетельствует о необходимости прекратить регистрацию при выполаживании во времени показаний вторичного прибора. Знак «равенство используется для оценки правильности реализации выбора выработки и места расположения шпура. Так, если за время регистрации ТР ткр-тэ отсутствует выполаживание во времени температуры датчика, отсутствует равенство в пределах удвоенной допустимой погрешности измерения Дг) между температурами (ti, 12), при первой и повторной регистрации операция выбора выработки и места расположения шпура корректируется, т.е. первоначально эта операция была выполнена неправильно. При этом добиваться, чтобы (ti-12) 2 I Ad I, нецелесообразно в силу невозможности полностью отождествить ti и t2 с to, а условие (t|-t 2 | Да | приводит к неоправданному повышению погрешности измеренной температуры to массива и свидетельствует о необходимости скорректировать операцию выбора выработки и места расположения шпура и повторить остальные операции предлагаемого способа. Это позволяет по сравнению со способом-прототипом избежать погрешности измерения температуры массива горных пород от неточности выбора выработки и места расположения шпура.

Предлагаемый способ реализовался в двух шпурах, пробуренных на метровом расстоянии друг от друга. Графики температурных зависимостей (фиг. 3 и 4), полученные в этих шпурах, отмечены для одного точками, для другого - треугольниками. Достижение максимального значения показаний возможно постепенно (фиг. 1) или практически мгновенно (отмечено треугольниками). Продувка шпуров осушествлялась сжатым воздухом. Результаты повторной регистрации для обоих шпуров имеют достаточно убедительную сходимость. Как видно из фиг. -3, в первом случае регистрацию можно прекращать через 2,5-3 ч, а во втором случае (фиг. 4) достаточным оказывается 0,5 ч. Для реализации предлагаемого способа (в случае правильности выбора выработки и места расположения шпура) достаточно 3-3,5 ч, а для реализации способа-прототипа необходимо 9- 15 ч. Следовательно, предлагаемый способ позволяет сократить продолжительность одного измерения температуры массива

0

5

горных пород в 3-4 раза или в 1,5-2 раза при повышении точности измерения в случае необходимости коррекции выбора выработки и места расположения шпура.

Приведенные на фиг. 3 и 4 результаты исследований получены с помощью прибора для измерения температуры горных пород с чувствительностью вторичного прибора 0,05К и основной погрешностью измерения ±0,1 К.

Использование предложенного способа позволяет не .менее чем в два раза снизить погрешность измерения температуры массива горных пород, а, следовательно, повысить точность измерений. Сокращение продолжительности измерений исключает отставание замерного шпура от забоя выработки, в результате чего снижается отличие температуры горных пород вокруг шпура от естественной температуры массива, что

Q также повышает точность измерений. При рализации способа результат измерения защищен от ошибок или неточностей при выборе выработки и места расположения шпура (при выборе участка в массиве, харак- теризуюшего последний как объект темпера5 турных измерений), что повышает надежность и, как следствие, точность измерений.

Формула изобретения

0 Способ измерения температуры массива горных пород, заключающийся в том, что выбирают выработку и место расположения шпура, нагревают горные породы на участке замера бурением шпура, осуществляют контакт датчика с поверхностью горных по5 род на участке замера в шпуре и регистрируют температуру датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, контакт датчика в шпуре осуществляют непосредственно после бурения, а его температуру регистрируют до выполажи0

вания во времени ее значении, при этом

фиксируют значения температуры в момент начала ее снижения и в конце выполажи- вания, определяют разность этих значений температуры, период времени между ними и

и среднеинтегральное значение температуры датчика за этот период, выводят датчик из контакта и охлаждают его не менее чем на определенную выше разность значений температуры, затем охлаждают горные породы на участке замера циркуляцией по шпуQ ру хладоносителя, температура которого не превыщает температуры охлажденного датчика, определяют продолжительность циркуляции по формуле

55

тв ( V-) feM

где тэ- время существования шпура до начала снижения температуры датчика;

ткр -время существования шпура до вы- полаживания во времени значений температуры датчика; ti - температура датчика в конце регистрации;

1си - среднеинтегральное значение тем- ,пературы датчика за период между

Iначалом снижения и выполажива:нием во времени значений температуры датчика;

IB - температура хладоносителя, Лосле чего повторно осуществляют контракт датчика с горными породами на заI -z А

мерном участке и регистрируют температуру датчика до достижения равенства ее значения со значением температуры датчика в конце первой регистрации, причем отмеченное равенство поддерживают в пределах удвоенной допустимой погрешности измерения и ограничивают продолжительность повторной регистрации периодом, определенным при первой регистрации, и регистрируют усредненное значение температуры, полученное в конце первой и повторной регистрации, по которому судят о температуре массива горных пород.

Изобретение относится к области геотермических измерений. Цель изобретения - повышение точности измерения. Выбирают выработку и место расположения шпура. Нагревают горные породы на участке замера бурением шпура. Непосредственно после бурения обеспечивают контакт датчика (Д) т-ры с поверхностью горных пород в шпуре. Т-ру шпура регистрируют до вьшолаживания во времени ее значений. Фиксируют значение т-ры в момент начала ее снижения и в конце вьшолаживания. Определяют разность этих значений т-ры, период времени между ними и среднеинтегральное значение т-ры Д за этот период. Выводят Д из контакта и охлаждают его не менее чем на определен- , ную разность т-ры. Затем охлаждают горные породы на участке замера циркуляцией по шпуру хладоносителя, т-ра которого не превышает т-ры охлажденного Д. Продолжительность циркуляции вычисляют по ф-ле. Затем повторно осуществляют контакт Д с породами на замерном участке. Регистрируют т-ру Д до достижения равенства ее значения со значением т-ры Д в конце первой регистрации.. Это равенство поддерживают в пределах удвоенной допустимой погрешности измерения. Ограничивают продолжительность повторной регистрации периодом, определенным при первой регистрации. Регистрируют усредненное значение т-ры, полученной в конце первой и повторной регистрации, по которому судят о т-ре массива горных пород. Использование данного способа позволяет не менее чем в два раза снизить погрешность измерения т-ры и сократить продолжительность измерений. 4 ил. S (Л

тах

tc.H.

tH

Н

фи.г.2

g)U2.