Способ выявления неоднородности из одиночной горной выработки Советский патент 1989 года по МПК G01V3/02 

ел

со

ел

Изобретение относится к шахтной электроразведке и может быть использовано для выявления нарушенности любого типа, преимущественно впереди забоя горной вьфаботки, в том числе малоамплитудных нарушений, являюпи1хс основным источником внезапных выбросов при проведении подготовительных выработок как по углю, так и по по- родам. .

Целью изобретения является повышение точности и ускорение процесса определения местоположения неоднородности, .

На фиг,1 приведена схема установк электродов в горной выработке} на фиг,2 - график зависимости изменения разности потенциалов от расстояния между электродами; на фиг,3 - то же, для трехэлектродной установки и установки по предлагаемому способу с переменным MN; на фиг,А - график зависимости максимального изменения разности потенциалов обеих установок от величины расстояния до неоднородности i на фиг,5 - график зависимости отношения протяженности аномалии к расстоянию между первым измерительным электродом и питающими электродами от отношения этого расстояния к расстоянию до Неоднородности,

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

На расстоянии L от забоя (фиг,1), превьш ающем глубину h исследования, вдоль оси горной выработки заземляют пару питающих электродов А и В, подсоединяют их к генератору 1 и вводят в массив горных пород ток. Измеряют и фиксируют, величину этого тока и разность потенциалов между двумя измерительными электродами М и N с помощью измерителя 2, а по изменению величины отношения разности потенциалов к величине тока определяют мес- тоположение неоднородности - слоя толщиной d (аномального объекта),

. Расстояние между питающими электродами А и. В может быть .любым из условия получения уверенного сигнала на измерителе 2 при малом расстоянии между электродами М и N, Первый измерительный электрод М заземляют непосредственно в забое горной выработки, а второй измерительный электрод N при фиксированном положении остальных электродов последовательно с шагом измерения 5-10 м, определяемым тре

, IQ

jr

- 75

5

0

буемой точностью измерения, перемещают по выработке от первого измерительного электрода М к питающим электродам А и В, На каждом интервале, равном шагу измерения, измеряют и фиксируют величину тока и разность потенциалов.

Производят повторный цикл .измерений на следующей точке замера, при котором первый измерительный электрод М располагают на расстоянии I,, (на фиг,1 не показано) от забоя, которое выбирают из соотношения 0,,. ,6h,

Максимальную информацию о неоднородности (слое, толщиной d) получают тогда, когда расстояние L от первого измерительного электрода М до питающих электродов А и В выбирают из соотношения .22h,

Разность потенциалов между измерительными электродами По предлагаемому способу (с переменным ММ) определяется по известной формуле для распределения потенциала точечного источника (после преобразований)

п - 1 1 1 . BN AM ВМ + к (I 1

АМ + MN + 2h ВМ

- К2, ) X

г

1

«« 2i + l

, X (--.- -- ----- -.

1

2(i + 1)d + 2h

1 (21 T) + 2h

2 (ГГТ) )

Формула (1) приведена для условий, когда профиль наблюдения (выработка) расположен перпендикулярно слою толщиной d с сопротивлением р , Сопротивления сред с обеих сторон слоя равны р,, Забой подготовительной выработки, где заземляют первьй измери- тельньй электрод М, расположен на расстоянии h до слоя (фиг.1), при этом коэффициенты К, и К, равны соответственно - т и +-,

Формула разности потенциалов между змерительными электродами для известного способа трехэлектродного зондирования () имеет вид

IflF/J 1 4 ; AM

) -ь К

11

толщину вертикального слоя, а по ве личине изменения разности потенциалов - расстояние до него от электро да М.

Расчетные зависимости изменения разности потенциалов для установки электродов по предлагаемому способу (с переменным MN) и для трехэлектро ной установки (фиг.З) получены при ша ге наблюдений, равном 4 м, и рассто нии между измерительными электродам

15

2( (2) Используя формулы (1) и (2), рассчитывают разность потенциалов для , предлагаемого способа и трехэлектродного зондирования для условий, когда вертикальный слой толщиной d отсутствует и когда он находится на раз--

личном расстоянии h от забоя вьфабот- 20 4 м, в трехэлектродной уста- ки. Сопротивление среды принималось

- г Т- 1 Д-1-Х 11 ДСил

равным 300 Ом-м, а вертикального слоя - 150 Ом-м. Расстояние h от забоя вьфаботки до вертикального слоя изменялось от О до 100 м, толщина d вертикального слоя выбиралась равной 20 м, т.е. приняты наихудшие условия по контрастности сопротивлений (в 2 раза) и малой толщине самого слоя, что обычно соответствует малоамплитудным нарушениям.

Расчеты показали, что в данных условиях изменение разности потенциалов для трехэлектродного зондирования последовательной установкой (когда измерительные электроды остаются У забоя, а передвигается питающий электрод) влияние данного слоя уже на расстоянии h MN const практически не проявляется (2-3%). В обращенной установке (Л- у груди забоя, MN - передвигается по выработке) изменение л;и-«-.-наблюдается только на первом пикете и не превьшает 5%.

При расчете бьти использованы следующие значения: MN 10 м, шаг установки 10 м, AM 10-400 м.

В предлагаемом способе: MN 10 м MN 20 м- MN 30 м, и так далее, с шагом передвижения второго электрода 10 м AM рассчитывалось для значений 100,,200 и 400 м. На графиках (фиг.2) показано процентное изменение разности потенциалов ДИц при наличии вертикального слоя на различном расстоянии от забоя по сравнению с UU, определенной в однородной среде..Даже при малой контрастности по сопротивлению и малой мощности вертикальновке.

Из приведенных зависимостей видно что уже при Ьь 10 м установка с . переменным MN имеет преимущество 25 по сравнению с трехэлектродной, так как величина аномалии в этом случае больше в 2,5 и более раз.

По максимальному изменению разнос ти потенциалов от величины расстоя- 30 неоднородности (слоя толщиной d) (фиг.4) видно, что преимущество имеет установка с переменным MN уже при . Например, при h 20 м максимальная величина аномалии со-, ставляет 25% для установки с перемен 35 ным MN, а для трехэлектродной .

Расстояние L, , на котором первйй .измерительный электрод М располагают от забоя при повторном.цикле измерений, выбирают из соотношения О 40 ,вL.

При таком условии слой толщиной d практически не оказывает влияния (менее 1%) на изменение разности потенциалов uU (фиг.2, кривые h 80 м и 45 h 100 м; фиг.З, кривая h 160 м), что позволяет на практике выявлять неоднородности впереди забоя по сравнению двух графиков, полученных при расположении первого измерительного 50 Электрода М в забое выработки и на расстоянии 0,4-0,6L от него. На большие расстояния относить первый измерительный электрод от забоя экономически нецелесообразно, так как 55. изменения наблюдаться не будут

Выбор расстояния L, превьшающим глубину h исследования, т.е. расстояния между первым измерительным электродом М, расположенным в забое выра31504

ного слоя разность потенциалов изменяется на 5-10% и более в зависимости от расстояния электрода М до слоя. 5 По ширине аномальной зоны (в данном

ММ- случае МО -- 20-25 м) определяют

толщину вертикального слоя, а по ве- личине изменения разности потенциа лов - расстояние до него от электрода М.

Расчетные зависимости изменения разности потенциалов для установки электродов по предлагаемому способу (с переменным MN) и для трехэлектрод- ной установки (фиг.З) получены при ша- ге наблюдений, равном 4 м, и расстоянии между измерительными электродами,

15

, -

0 4 м, в трехэлектродной уста-

20 4 м, в трехэлектродной уста-

новке.

Из приведенных зависимостей видно, что уже при Ьь 10 м установка с . переменным MN имеет преимущество 25 по сравнению с трехэлектродной, так как величина аномалии в этом случае больше в 2,5 и более раз.

По максимальному изменению разнос- ти потенциалов от величины расстоя- 30 неоднородности (слоя толщиной d) (фиг.4) видно, что преимущество имеет установка с переменным MN уже при . Например, при h 20 м максимальная величина аномалии со-, ставляет 25% для установки с перемен- 35 ным MN, а для трехэлектродной .

Расстояние L, , на котором первйй .измерительный электрод М располагают от забоя при повторном.цикле измерений, выбирают из соотношения О 0 ,вL.

При таком условии слой толщиной d практически не оказывает влияния (менее 1%) на изменение разности потенциалов uU (фиг.2, кривые h 80 м и 5 h 100 м; фиг.З, кривая h 160 м), что позволяет на практике выявлять неоднородности впереди забоя по сравнению двух графиков, полученных при расположении первого измерительного 0 Электрода М в забое выработки и на расстоянии 0,4-0,6L от него. На большие расстояния относить первый измерительный электрод от забоя экономически нецелесообразно, так как 5. изменения наблюдаться не будут

Выбор расстояния L, превьшающим глубину h исследования, т.е. расстояния между первым измерительным электродом М, расположенным в забое выработки, и питаюп1ими электродами, обусловлен тем, что при меньшем расстоянии между этими электродами, аномальный объект при любой электроразведочной установке фактически не оказывает влияние на измеряемую разность потенциалов. Из графика (фиг.5) видно, что аномальный объект (неоднородность) оказывает влияние при любом соотношении L и h и ограничивается техническими причинами (длиной вьфа- ботки, возможностью аппаратуры). Однако из приведенного графика также видно, что если расстояние L от первого измерительного электрода до питающих электродов выбрано из соотношения , то относительная протяженность аномалии практически достигает своего максимума (А - протяженность аномалии в метрах) и ff дальнейшем йало изменяется.

Все приведенные зависимости получены в результате расчетов на ЭВМ.

положении остальных электродов сокращает время проведения работ, что ускоряет процесс определения местопо- ложения неоднородности.

Формула изоб ретения

1. Способ выявления неоднородности из одиночной горной вьфаботки, при котором вводят в массив горных пород ток через пару питающих электродов, расположенных вдоль оси горной вьфаботки, измеряют и фиксируют величину этого тока и разность потенциалов между двумя измерительными электродами при их перемещении, производят повторный цикл измерений на следующей точке замера и по изменению величины отношения разности потенциалов к величине тока определяют местоположение неоднородности, отличающийся тем, что, с целью повьш1е- ния точности и ускорения процесса оп

Изобретение относится к шахтной электроразведке. Цель - повьш1ение точности и ускорение процесса определения местоположения неоднородности В массив горных пород вводят ток через пару питаюЕцих электродов. Последние располагают вдоль оси горной выработки. Измеряют и фиксируют величину тока и разность потенциалов между двумя измерительными электродами. Первый измерительный электрод заземляют в забое горной вьфаботки. Питающие электроды на расстоянии от первого измерительного электрода, превьш1ающем глубину исследования. Второй измерительньш электрод при фиксированном положении остальных электродов последовательно перемещают по выработке от первого измерительного электрода к питающим электродам, При повторном цикле измерений первый измерительный электрод располагают на расстоянии L от забоя, которое выбирают из соотношения 0,42L , ,62L. При этом расстояние Г- выбирают из соотношения 22h. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л

Количество (более 1000) членов беско- 25 ределения местоположения неоднороднечных рядов выбиралось с учетом их влияния на сумму не менее 1%. Зависимости на фиг.2 получены с ограниченным количеством (порядка 100) членов ряда.

Предлагаемый способ, по сравнению с известным способом подземного электрозондирования трехэлектродной установкой, позволяет повысить точность определения местоположения неоднородности за счет размещения первого измерительного электрода в забое горной выработки на кратчайшем расстоянии от неоднородности, вблизи которой максимально изменяется электрическое поле. При перемещении второго измерительного электрода последовательно увеличивается размер измерительной линии, что обеспечивает дальность получаемой информации впереди забоя горной вьфаботки.

Перемещение только одного измерительного электрода при фиксированном

ности, первый измерительный эле ктрод заземляют в забое горной вьфаботки, питающие электроды заземляют на рас- стоянии L от первого измерительного электрода, превьш1ающем глубину h исследования, второй измерительный электрод, при фиксированном положении остальных электродов последовательно перемещают по вьфаботке от первого измерительного электрода к питаюпщм

электродам, а при повторном цикле измерений первьй измерительный электрод располагают на расстоянии L от забоя, которое выбирают из соотношения

0,,0,6L. 2. Способ по П.1, о т л и

ч а ю

щ и и с я тем, что расстояние L от первого измерительного электрода до питающих электродов-выбирают из соотношения

18h i L .

d h

УУ . «

7//////////////////////////////////// //,

iO

iO

//// /7/////7/////////////////////// /////// ///)////Y///////////, f/i

70

I

i /

W

O3O4ff

.2

//,

iO

У//////////////Л

0

///)////Y///////////,

f/2.f

0 Щ

hsO

.In20ft

С переменным МП

Трехз/ ектродная

01/9. J

5fft AUu-AUo

w

20 Ю

--

Трех ле/ тро9/ю

С переменным м/f

W , 20 50 to 50 60 7O 80 90 ЮО h.H

ФилМ

too А0{мн),п

0 л