Устройство для определения напряжений в массиве горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 

If

05

сх

фиг.2

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для определения напряжений в массиве горных пород.

Цель изобретения - повышение точности за счет возможности регистрации нагрузки в момент приема сигналов электромагнитной эмиссии максимальной амплитуды и повышение чувствительности приема сигналов на низких частотах.

На фиг. показано устройство для определения напряжений в массиве горных пород; на фиг. 2 - конструкция несущей трубки, являющейся приемником электромагнитной эмиссии.

Устройство содержит несущую металлическую трубку 1, выполненную из двух равных частей 2 и 3, имеющих радиальные отверстия 4, диэлектрическую втулку 5, установленную между частями 2 и 3 трубки 1, электрически изолированными одна от другой, стаканы 6 и 7, закрепленные посредством гаек 8 на концах трубки 1, эластичную цилиндрическую оболочку 9, установ- ленную между стаканами 6 и 7 и образующую заполняемую жидкостью полость 10, предусилитель 11, установленный в стакане 6 и электрически соединенный с частями 2 и 3 трубки 1, согласующие трубчатые проводники 12 и 13, установленные на свободных концах трубки 1, дополнительную полую изолирующую втулку 14, закрепленную на согласующем проводнике 12, дополнительную ферритовую антенну 15, установленную внутри диэлектрической втулки 5 соосно с ней и связанную с предусилителем 11, магистральный трубопровод с манометром (не показаны), подсоединенный к изолирующей втулке 14 и служащий для подачи жидкости в полость 10, и средства регистрации (не по- Iказаны), связанные с предусилителем 11. I Части 2 и 3 металлической трубки 1 об- iразуют плечи антенны типа симметричного электромагнитного вибратора, являющегося приемником электромагнитной эмиссии.

Устройство для определения напряжений в массиве горных пород работает следующим образом.

Для установки устройства на исследуемом участке массива бурят кважину, в ре- :зультате чего напряжения в массиве вокруг скважины снижаются от некоторого значе- ния Р„ до значения f . На требуемую глубину устанавливают устройство. В полость 10, образованную цилиндрической эластичной оболочкой 9, через несущую труб- |ку 1 с радиальными отверстиями 4 нагнетают рабочую жидкость. Давление жидкости :В процессе нагнетания непрерывно регистри- руют с помощью манометра, установленного на магистральном трубопроводе, подсоединенном к втулке 14. Зафиксированная стаканами 6 и 7, поджатыми стягивающими гайками 8, оболочка 9 увеличивает свой диа- метр и вступает в контакт со стенками скважины, создавая на них нагрузку. В результате действия нагрузки в околоскважном массиве возникают импульсы электромагнитной эмиссии, возникновение которых обусловлено проявлением эмиссионного эффекта памяти горных пород об испытанных ими напряжениях. Указанный эффект заключается в том, что при вторичном нагружении породы возникают импульсы электромагнитной эмиссии, амплитуда которых на порядок и более пре- выщает среднюю амплитуду импульсов электромагнитного фона в момент достижения нагрузкой значения максимального напряжения, испытанного породой ранее.

В зависимости от частоты импульсов их принимают или антенной типа симметричного электромагнитного вибратора, состоящей из двух равных плеч 2 и 3, разделенных диэлектрической втулкой 5, или ферритовой антенной 15, размещенной внутри диэлектрической втулки 5 соосно с ней. Принятые импульсы поступают на предусилитель 11, расположенный в стакане 6, и далее на средства регистрации, в качестве которых могут использоваться осциллограф, пиковый милливольтметр и т. п., а также двухкоор- динатный самописец, фиксирующий амплитуду сигнала эмиссии как функцию от нагрузки (давления в полости 10).

При нагрузках, создаваемых устройством на массив, меньщих Р„ , амплитуда импульсов электромагнитной эмиссии незначительна и сравнима со средней амплитудой импульсов электромагнитного фона. Когда же величина нагрузки достигает значения Р„ , появляется импульс эмиссии, амплитуда которого на порядок и более превыщает среднюю амплитуду импульсов электромагнитного фона. Зафиксировав давление жидкости в полости 10 устройства, при котором появляется такой импульс, определяют напряжение в массиве горных пород.

Для изменениях частотных параметров вибраторов в диапазоне частот 10 - 10 Гц и их согласования с частотой импульсов электромагнитной эмиссии на концах несущей трубки 1 устанавливают дополнительные согласующие проводники 12 и 13. Чтобы сохранить симметричность плеч антенны, к проводнику 12 прикрепляют изолирующую втулку 14, электрически отделяющую антенну от магистрального трубопровода. Для из.ме- рения электромагнитной эмиссии в диапазоне частот Гц используют ферритовую антенну 15, так как для данных частот длина плеч 2 и 3 симметричного вибратора оказывается слищком больщой.

Таким образом, предложенное устройство позволяет определять абсолютное значение напряжений в массиве пород путем силового воздействия на околоскважинное пространство и одновременной регистрации сигналов электромагнитной эмиссии, используя при этом эффект памяти горных пород о воздействовавщих на них до разгрузки напряжениях.

Благодаря приему сигналов электромагнитной эмиссии изобретение позволяет повысить точность определения величины напряжений в массиве на 15-20% за счет исключения влияния контактных условий на результаты измерений.

Формула изобретения

1. Устройство для определения напряжений в массиве горных пород, содержащее

мальной амплитуды, несущая трубка выполнена из двух равных частей, а устройство снабжено диэлектрической втулкой, установленной между частями несущей трубки, предназначенными в качестве плеч антенны для приема сигналов электромагнитной эмиссии, предусилителем, размещенным в одном из стаканов и соединенным электрически с обеими частями несущей тр убки и средствами регистрации, согласующими трубнесущую металлическую трубку с радиаль-10 чатыми проводниками, установленными на ными отверстиями, стаканы, закрепленныесвободных концах несущей трубки, и до- посредством гаек на концах трубки, эластич-полнительной изолирующей втулкой, резме- ную цилиндрическую оболочку, расположен-щенной между одним из согласующих проную между стаканами, магистральный трубопровод, сообщенный с полостью несущей трубки, манометр, установленный на магистральном трубопроводе, и средства регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет возможности регистрации нагрузки в момент приема сигналов электромагнитной эмиссии максиводников и магистральным трубопроводом. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности приема сигналов на низких частотах, оно снабжено дополнительной ферритовой антенной, установленной внутри диэлектрической втулки соосно с ней и связанной с пред- усилителем.

мальной амплитуды, несущая трубка выполнена из двух равных частей, а устройство снабжено диэлектрической втулкой, установленной между частями несущей трубки, предназначенными в качестве плеч антенны для приема сигналов электромагнитной эмиссии, предусилителем, размещенным в одном из стаканов и соединенным электрически с обеими частями несущей тр убки и средствами регистрации, согласующими трубчатыми проводниками, установленными на свободных концах несущей трубки, и до- полнительной изолирующей втулкой, резме- щенной между одним из согласующих проводников и магистральным трубопроводом. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности приема сигналов на низких частотах, оно снабжено дополнительной ферритовой антенной, установленной внутри диэлектрической втулки соосно с ней и связанной с пред- усилителем.

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение точности за счет возможности регистрации нагрузки в момент приема сигналов электромагнитной эмиссии максимальной амплитуды. Для этого в устр-ве несущая трубка 1 выполнена из двух частей 2 и 3, между которыми установлена диэлектрическая втулка (В) 5. Части 2 и 3 образуют плечи антенны и электрически соединены с предусилителем, размещенным в стакане 6. Устр-во имеет средства регистрации, согласующие трубчатые проводники 12, 13, установленные на свободных концах трубки, и дополнительную изолирующую В 14, размещенную между проводником 12 и магистральным трубопроводом. Для повыщения чувствительности приема сигналов на низких частотах устр-во имеет дополнительную ферритовую антенну 15, установленную внутри В5 соосно с ней и связанную с предусилителем 11. Устр-во позволяет определить абсолютное значение напряжений в массиве путем силового воздействия на околоскважинное пространство одновременной регистрации сигналов электромагнитной эмиссии. При этом используют эффект памяти пород о воздействовавших на них до разгрузки напряжениях. 1 з. п. ф-лы, 2 ил. (О (Л

5 10

8