Способ определения местоположения подземного объекта Советский патент 1993 года по МПК E21B43/295 

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при оконтуривании выгазованного пространства и картировании положения огневого забоя при подземной газификации углей.

Известен способ естественных потенциалов, применяемый в рудной электроразведке. Он включает поиск электрических аномалий измерением напряжений в толще пород неполяризующимися электродами (см. Хмельницкий В.К. Электроразведка, 1984, с. 79-84).

Способ не обеспечивает достоверности результатов в породах с одинаковыми электрическими свойствами и непригоден в рыхлых и трещиноватых деформирующихся (сдвигающихся) породах из-за отсутствия четких аномальных значений измеряемых параметров, приуроченных именно к огневому забою.

Известен способ определения положения забоя по учету выработки (добычи) газа в пересчете на твердое топливо (см. Временные методические указания об учете выработки, газа в результате подземной газификации углей в пересчете на твердое топливо, ИГД им. А.А. Скочинского, лаборатория подземной газификации, 1987).

Способ реализуется следующим образом. После обсадки дутьевых и отводных скважин при газификации пласта замеряют объем подаваемого воздуха и объем выработки твердого газа. Затем объем извлекаемого товарного газа пересчитывают на твердое топливо с учетом мощности пласта определяют подвигание забоя.

Недостатком способа является ошибка в камере извлекаемого при газификации гз- за за счет потерь от утечек через трещинную структуру сдвигающихся пород на земную поверхность. Эти потери не поддаются доXI00

о

ю

4 00

стоверному учету. Кроме того, по способу невозможно определить положение криволинейного контура забоя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ из- мерения магнитного поля над заряженным телом (объектом). См, Якубовский Ю.В. и Ляхов Л.П. Электроразведка, М.: Недра, 1988, с. 249-251.

Способ реализуется путем зарядки изу- чаемого объекта низкочастотным током через питающую линию с заземлением в скважине и измерения на земной поверхности составляющих компонент магнитного поля.

Недостатком способа является то, что он не дает достоверных результатов определения контуров трещинных зон и зон сдвижения под воздействием горных работ.

Целью изобретения является повыше- ние достоверности результатов измерений в рыхлых трещинных сдвигающихся осадочных породах и при определении криволинейных контуров огневого забоя.

Указанная цель достигается тем, что низкочастотный электрический ток пропускают через дутьевой поток в процессе подачи по дутьевым скважинам газа и отвода продуктов газификации по отводным скважинам, при этом переменное напряжение подают на обсадные трубы дутьевой и отводной скважин, а положение огневого забоя определяют по местоположению аномальных значений компонент Нх,Ну и Hz вектора напряженности магнитного поля Н.

С целью повышения надежности определения местоположения аномальных значений дутьевой газ, например воздух, дополнительно ионизируют перед нагнетанием в зону газификации, например, ис- пользуя промышленные озонаторы.

С целью исключения случайных аномальных отсчетов замер компонент магнитного поля осуществляют несколько раз, фиксированно меняя при этом величину низкочастотного напряжения и его частоту.

Из просмотренной патентной и научно- технической литературы авторам не извест- ны источники, упоминающие о геометризации огневого забоя измерением компонент искусственного наведенного магнитного поля с помощью переменного тока в ионизированном газе - продукте газификации, т.е. продукте реакции окисления.

Существенным отличием от прототипа и аналогов является то, что сам продуваемый и реализующий газ используют как проводник переменного низкочастотного тока. При этом трасса циркуляции его (тока) строго приурочена к зоне газификации, т.е. огневому забою. Авторы не пытаются определить нарушенную зону по отличительным физическим свойствам, как в целом ряде изобретений, а искусственно создают зону, приуроченную к линии забоя, ионизируя и пропуская ток через нагнетаемый и реагирующий газ.

На фиг. 1 показана реализация способа; на фиг. 2 - геометризация линии забоя по аномальным значениям; на фиг. 3 - изолинии горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля.

Способ осуществляется следующим образом. Угольный пласт 1 подвергают газификации огневым забоем 2. Для этого отводную 3 и дутьевую 4 скважины сбивают известным способом, например фильтраци- онной сбойкой, затем инициируют горение и газифицируют пласт, нагнетая газ, например воздух, через скважину 4 и извлекая продукты газификации через скважину 3. Скважины 3 и 4 обычно пробуривают на расстоянии 25-50 м друг от друга. При этом скважины обсаживают металлическими трубами 5 и 6. Для контроля развития процесса газификации периодически, например, раз в неделю, производят съемку согласно предлагаемому способу. На обсадные трубы 5 и 6, оголовки которых на поверхности экранированы, подают низкочастотное напряжение (ток необходимого напряжения можно подавать из промышленной сети, пропуская его через трансформатор).

При измерении магнитного поля в качестве регистраторов применяют аппаратуру АНЧ-3, ИКС, АЭ-72 и микровольтметры, в качестве измерителей - магнито-индукци- онные датчики.

Магнито-индукционный датчик (МИД) представляет собой многовитковую рамку с ферромагнитным сердечником или без него.

С помощью этого комплекта аппаратуры измеряют три ортогональные составляк - щие Hz, Ну и Нх вектора напряженности Н магнитного поля, азимут его горизонтальной составляющей Нху, а также угол а на- -

клона вектора Н к горизонтальной плоскости и его азимут 1р (фиг. 3).

Горизонтальная составляющая Ну вектора Н ориентирована вдоль профиля наблюдений 1-1, горизонтальная составляющая Нх - перпендикулярно к профилю 1-1, вертикальная составляющая Hz - по вертикали к земной поверхности.

При измерении первой горизонтальной составляющей рамку устанавливают так, чтобы плоскость ее витков была вертикальна к поверхности земли и перпендикулярна к профилю наблюдений, при измерении второй горизонтальной составляющей рамку устанавливают вертикально к поверхности земли и параллельно профилю, при измере- нии вертикальной составляющей рамку устанавливают горизонтально. Шаг перемещения рамки по профилю зависит от величины градиента магнитного поля. При высоких значениях градиента шаг наблюде- ний до 5 м, при низких значениях - более 5 м. Шаг наблюдений устанавливают опытным путем.

Для измерения угла а рамку устанавливают вертикально и вращением ее вокруг вертикальной оси достигают максимального значения НХу. В этом положении рамку вращают вокруг горизонтальной оси до тех пор, пока стрелочный регистратор не покажет максимальный отсчет. Данное значение напряжений в мкВ определяет величину

вектора Н, а наклон рамки к горизонту угол а.

Азимут у вектора напряженности Н определяется углом между направлением на север и плоскостью витков рамки, повернутой относительно положения с максимальным значением Нху на 90°.

Результаты измерений изображают в виде карты изолиний вектора напряженности магнитного поля и его составляющих, в виде графиков и карт графиков вектора напряженности, его составляющих, углов а и

VНа фиг. 3 изображены изолинии НХу горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля, угол наклона а этой составляющей к горизонту и ее азимут tp . Сплошными изолиниями обозначены положительные значения Нху , пунктирными - отрицательные.

Из рассмотрения этой карты изолиний следует, что положение огневого забоя фик- сируется по участку перехода от положительных изолиний к отрицательным.

Для уточнения местоположения участков перехода от положительных значений Нху к отрицательным при сложной форме изолиний сеть наблюдений в таких местах сгущают. По результатам наблюдений строят графики Нху и а . Местоположение огневого забоя фиксируют по участкам перехода Нху в область отрицательных значений, а угла а- ог минимального значения к максимальному, Последнее объясняется тем, что вертикальная составляющая магнитного поля над участком сгоревшего угля имеет минимальное значение.

5 0

5 0

5

0

5

0

5

0 5

Азимут вектора напряженности характеризует соотношение горизонтальных составляющих Нх и Ну вектора напряженности, т.е. служит мерой его постоянства. На границе с огневым забоем значения угла резко изменяются.

Физической основой предлагаемого способа является высокая проводимость высокотемпературного газа при реакции окисления, т.е. горения. В результате при подборе силы тока, регулируя напряжение и частоту, можно достичь стабильных значений компонент образующегося вокруг газообразного проводника магнитного поля.

Вместе с тем, в силу особенностей процесса газификации высокотемпературный газ с максимальной проводимостью всегда будет находиться У кромки газифицируемого пласта. Точность же 5-10 м вполне достаточна для оконтуривания и подсчета запасов газифицируемого угля.

Способ был опробован на Ангренской станции Подземгаз.

Газифицируемый пласт мощностью 12м находится на глубине 150 ми вскрыт двумя системами скважин, удаленными на 30 м друг от друга и сбитыми фильтрационной сбойкой,

Для определения положения огневого забоя обсадные трубы дутьевых скважин 2 были подключены к трансформатору с напряжением в 1000 В. Вторым местом подключения являются заэкранированные обсадные трубы отводных скважин 3. Частота тока 20 Гц. На поверхности синхронно с включением тока осуществляют магнитную съемку аппаратурой АНЧ-3 по четырем профилям 7 (через 7 м) длиной 450 м (см. Хме- левский В.К. Электроразведка, М., 1984, 79-84) с шагом замеров в районе трещин сдвижения 3 м. По совпадению аномальных значений трех компонент магнитного поля определяют наиболее вероятное положение забоя. Очередные замеры осуществляют через неделю, то есть когда при средней скорости подвигания забоя один метр в сутки он изменяет положение, что может быть отмечено магнитной съемной.

При отсутствии совпадения местоположения аномальных значений компонент магнитного поля через дутьевую скважину от промышленного озонатора подают газ. Это позволяет повысить надежность определения местоположения аномальных значений. Для устранения вредного влияния проходящего металлического газопровода, ближайшие к нему системы скважин подключают к электрической сети через переменный трансформатор, а измерение проводят трижды при значениях напряжений 1000, 5000, 7000 В и частотой 20,50,100 Гц, соответственно. Местоположение забоя определяют по усредненному положению аномальных значений параметров поля всех серий наблюдений.

Таким образом, при реализации способа по сравнению с прототипом обеспечивается большая достоверность определения местоположения огневого забоя в рыхлых, трещиноватых, сдвигающихся, осадочых породах. Кроме того, реализация способа даст возможность производить регулярные декадные, месячные, квартальные замеры и постоянно контролировать положение огневого забоя, а также объемы и полноту выга- зовывания на пологозалегающих угленосных месторождениях.

Формула изобретения 1. Способ определения местоположения подземного объекта, включающий буре- ние системы скважин, обсадку их металлическими трубами, подачу в изучаемый объект низкочастотного тока через питающую линию с заземлением в скважине, измерение на земной поверхности состав- ляющих компонент магнитного поля и отне- сение зон объекта к граничным при аномальных значениях их магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью достоверного определения местоположе-

I f 3Wx

ния огневого забоя в рыхлых трещиноватых породах и при определении криволинейных контуров забоя, низкочастотный электрический ток пропускают через дутьевой поток в процессе подачи по дутьевым скважинам газа и отвода продуктов газификации по отводным скважинам, при этом переменное напряжение подают на обсадные трубы дутьевой и отводной скважин, а положение огневого забоя определяют по местоположению аномальных значений компонент Нх, Ну и Hz вектора напряженности магнитного

поля Н.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью повышения надежности определения местоположения аномальных значений, дутьевой газ дополнительно ионизируют перед нагнетанием в зону газификации, например, с помощью промышленных озонаторов.

3. Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов измерений за счет исключения случайных аномальных отсчетов, замер компонент магнитного поля осуществляют не- сколько раз, причем величину низкочастотного напряжения и его частоту фиксированно меняют.

Обеспечение достоверности определения огневого забоя достигается за счет инициации магнитного поля при пропускании низкочастотного переменного тока через раскаленный, реагирующий с угольным веществом, дутьевой газ. Для обеспечения надежной регистрации аномальной зоны ее определяют при совпадении трех компонент магнитного поля Кроме того, предусмотрена дополнительная ионизация дутьевого газа или раздельное измерение компонент магнитного поля, образующегося при различном фиксирование изменяемом напряжении низкочастотного напряжения, 2 з.п. ф-лы, 3 ил. Ё

Г-Г -,-..-,---,---у--г- -У у -XV

- /

tФи; 2

Редактор Б.Федотов

50

Составитель В.Кузнецов Техред М.Моргентал

Корректор Н.Милюкова