Способ определения удельного электрического сопротивления твердых образцов горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам определения физических свойств горных пород, используемых при решении различных геофизических, геологоразведочных и горнотехнических задач, а также может быть использовано в строительстве при определении свойств материалов.

Известен метод определения электрических свойств горных пород, заключающийся в пропускании постоянного электрического тока через образец, снятии замеров электросопротивления и расчете по ним и геометрическим размерам образца величины его удельного электрического сопротивления.

Недостатком этого метода является его низкая точность измерения из-за невозможности обеспечения плотного и постоянного

контакта между электродами и образцом. Этот способ позволяет определять удельное электрическое сопротивление образцов плоскопараллельной формы заданной толщины.

Известен способ определения электрических свойств твердых образцов горных пород, основанный на измерении разности потенциалов электрического поля в заданных точках образца, помещенного в ванну с электролитом, и разностей потенциалов в электролите между этими точками с последующим вычислением удельного электрического сопротивления по измеренным значениям разностей потенциалов.

Недостатками этого способа определения удельного электросопротивления образцов является то, что он не позволяет точно определить удельное электросопроXI

ш vj

01

тивление тел, отличающихся по форме от трехосного эллипсоида, а также то, что на точность измерений влияет нелинейная зависимость разностей потенциалов электрического поля в заданных точках от соотношения удельных сопротивлений образца и электролита. При значениях удельного электросопротивления образцов, в 5 раз превышающих значения удельного электросопротивления электролита, способ перестает быть пригодным для измерений. При использовании известного способа возникает необходимость аппроксимаций размеров образца при оценке их удельного электросопротивления к трехосному эллипсоиду. Используемый при этом коэффициент деполяризации зависит от соотношения полуосей образца, что невозможно точно оценить для реальных образцов горных пород неправильной формы. Все это приводит к большим и неустранимым погрешностям, которые к тому же не являются постоянными величинами для различныхобразцов, поэтому нельзя количественно сопоставить и сами результаты их определений.

Цель изобретения - повышение точности определения удельного электрического сопротивления твердых образцов горных пород и материалов произвольной формы.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе определения удельного электрического сопротивления твердых образцов горных пород, включающем помещение образца в электролит с наведенным электрическим полем, измерения разностей потенциалов электрического поля в заданных точках образца и в электролите между этими точками и определение удельного электрического сопротивления образца, после измерения разностей потенциалов электрического поля в первом электролите образец помещают во второй электролит, удельное электрическое сопротивление которого меньше удельного электрического сопротивления первого электролита и образца, измеряют разности потенциалов электрического поля образца и второго электролита в заданных точках, а удельное электрическое сопротивление образца определяют из выражения

р от

А Ц 2 Д U 02

AU2

-Р о2

Аи 1 -ДЦ01

ди 1

ДУ 2 -AU о2 AUi-AUoi

ШЛГ

ди

Ом м ,

где pi ,/3oi , и р02

0)

удельные электрические сопротивления соответственно образца, первого и второго электролитов, Ом х м; AlJi, Д112, ДУо1 и ДКо2 - разности потенциалов в заданных точках в первом и

втором электролитах соответственно на образце и в электролитах.

В способе использование второго электролита позволяет исключить влияние формы образца, поскольку ее влияние в обоих

электролитах одинаково. В связи с этим не требуется аппроксимаций формы образца к трехосному эллипсоиду, что повышает точность и производительность измерений. Теоретически и экспериментально установлено, что в том случае, когда удельное электросопротивление образца меньше удельного электросопротивления первого электролита, чо больше, чем у второго электролита, зависимость между соотношением

значений электросопротивлений образца и электролитов к величине разности потенциалов линейный характер. При этом ошибка в определении величины удельного электросопротивления образцов является

наименьшей и постоянной, что позволяет ее точно определять и устранять.

Эти положения, являются основанием для количественного сравнения результатов определений удельного электрического

сопротивления образцов даже различной проводимости.

На чертеже показано устройство для осуществления способа определения удельного электрического сопротивления твердых образцов горных пород.

Устройство состоит из электролитических вакн 1 и 2, заполненных электролитами, удельное электросопротивление первого из которых больше, чем у второго.

Исследуемый образец 3 располагается между двумя жестко фиксируемыми точками - электродами 4 и 5, подключенными к вольтметру 6. iC торцовым стенкам каждой электролитической ванны прикреплены

металлические пластины 7,8,9 и 10, образующие с источником тока 11 промышленной частоты и напряжением 200 В последовательную электрическую цепь, Применение в качестве электролитов, например, глицерина и воды позволяет определять удельное электросопротивление влагойасыщенных образцов всех горных пород.

Способ определения удельного электросопротивления образцов заключается в

следующем.

Исследуемый образец 3, зафиксированный между двумя электродами 4 и 5, поочередно помещают в среднюю часть ванны с электролитами при наведенном в них элек трическом поле. При этом измеряют разность потенциалов между электродами 4 и 5 в каждой ванне ( AUi, AU2). Затем удаляют образец из межэлектродного пространства и на прежней базе измерений определяют разность потенциалов электрического поля в электролитах между электродами 4 и 5 ( AUoi, AUo2).

В результате выполненных операций получены исходные значения разностей потенциалов электрического поля между электродами с образцом и без него в двух электролитах.

Определенные в эксперименте значения разностей потенциалов AUi, AUa, AUoi и AUo2 и известные значения удельных сопротивлений электролитов р01 и р о2 подставляют в расчетную формулу (1) и рассчитывают искомую величину удельного электрического сопротивления образца.

Использование данного способа определения удельного электрического сопротивления образцов горных пород и материалов обеспечивает по сравнению с промышленно освоенным методом, в качестве которого взят аналог 1, не только повышение в 8-10 раз точности определений, но и позволяет производить их на образцах любой формы. По сравнению с прототипом предлагаемый способ снижает погрешность измерений в 2-3 раза, которая в предлагаемом способе составляет не более 10-15% от измеряемой величины удельного электросопротивления.

Формула изобретения

Способ определения удельного электрического сопротивления твердых образцов

горных пород, включающий помещение образца в первый электролит с наведенным электрическим полем, измерение разностей потенциалов электрического поля в заданных точках образца и в первом электролите между этими точками и определение удельного электрического сопротивления образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения удельного электрического сопротивления образцов неправильной формы, после измерения разностей потенциалов электрического поля в первом электролите образец помещают во второй электролит, удельное электрическое

сопротивление которого меньше удельного электрического сопротивления первого электролита и образца, измеряют разности потенциалов электрического поля образца и второго электролита в заданных точках, а

удельное электрическое сопротивление образца р 1 определяют из выражения

01

AU2 -AU02AUi-AUoi

°2 AU 1

0°1 ДЦ2г ч AU 1

AU 2 -AU о2 AU i -AUoj

I ОЛ II 1

AU2

AU 1

Ом м,

где р , и р 02 Удельное электрическое сопротивление соответственно образца, первого и второго электролитов, Ом м;

AUi, AU2, AUoi.A Uo2 - разности потенциалов в заданных точках в первом и втором электролитах соответственно на образце и в электролитах.

Использование: в горной промышленности и геологии. Сущность изобретения: определяют разности потенциалов электрического поля в заданных точках твердого образца, помещенного в ванну с первым электролитом, и разности потенциалов этого электролита между указанными точками, затем исследуемый образец помещают во вторую ванну с другим электролитом, удельное электрическое сопротивление которого меньше удельного электрического сопротивления первого электролита и образца, и измеряют разности потенциалов электрического поля образца и второго электролита в заданных точках, далее по измеренным величинам разностей потенциалов рассчитывают удельное электрическое сопротивление образца горной породы. 1 ил.

4