Способ контроля площади зоны разрыва горных пород Советский патент 1982 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к технике контроля параметров разрыва горных пород и, в частности, предназначено для определения площади раскрытия трещины вокруг скважины. Известен способ контроля площади зоны разрыва горных пород, основанный на регистрации раскрытия трещин при гидрорасчленении и заключаклдийся в осуществлении электромагнитного возбуждения обсадной колонны скважины, ДЛ.Я чего к ее устью подключают источник электромагнитных колебаний, выбирают частоту источника из условия сопоставимости системы скважина гидрорасчлененный участок угольного пласта с электрической однопроводной ,цлинной линией, измеряют полное входное сопротивление нагрузки источника электромагнитных колебаний и по величине этого сопротивления судят о площади зоны гидрорасчленения угольного пласта 1 . Однако этот способ позволяет осуществлять контроль за изменением площади зоны гидроразрыва лишь в непроводящих породах. При хорошей проводимости, например в полиметаллических рудах, порода оказывает экранирующее воздействие и данный способ непримени Наиболее близким к данному техническому решению является способ контроля площади зоны разрыва горных пород, в котором с помощью электродной установки измеряют сопротивление горных пород в зоне трещины скважины, по которому определяют площадь зоны разрыва горных пород t2. В этом способе определяют сопротивление горных по)од между трещиной и поверхностью горной выработки. Эта особенность является и недостатком указанного способа, так как измеряется интегральный эффект от трещины и массива горных пород, что дает невысокую точность измерений. Цель изобретения - повышение точ ности измерений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля площади зоны разрыва горных пород, в кото-ром с помощью электродной установки измеряют сопротивление горных пород в зоне трещины скважины, по которому определяют площадь зоны разрыва горной породы, размещают в скважине по обе стороны зародышевой трещины электроды и измеряют сопротивле-, ние между ними до л после разрыва породы, по соотношению которых судят об изменении площади зоны разрыва горной породы. На фиг.1 показана схема проведения контроля площади зоны разрыва горных пород до осуществления разры ва; на фиг.2 - после осуществления разрыва; на фиг.З - разбиение площа ди зоны разрыва на условные кольца. На фигурках приняты следующие обозначения: массив горных пород 1, скважина 2, зародышевая трещина 3, пакер 4, электрод 5, труба 6, трещина после разрыва горных пород, соединительные провода 8, измеритель сопротивления 9, радиус скважины г, ширина условного кольца лгп сопротивление условного кольца R. При выполнении разрыва в массиве 1 бурят скважину 2, в которой созда ют зародышевую трещину 3 и по обе стороны этой трещины устанавливают две пакера 4. Межпакерное пространс во через трубу б заполняют жидкость или газом исоздают давление, при к тором образуется трещина 7. Отметим что разрыв горной породы можно осуществлять взрывным способом. В этом случае пакеры 4 и труба,6 не нужны. При использовании пакеров 4 на их боковой поверхности устанавливают электроды в виде спирали 5. При взрывном способе образования трещины эти электроды устанавливают два раза до и после взрыва. Электроды подсоединяют к измерителю сопротивления (мосту постоянного тока) 9 с помощью проводников 8. Данный способ основан на увеличении сопротивления между электродами 5 при образовании трещины за счет увеличения пути, по которому протекает ток через массив от одного элек трода к другому. Сопротивление между электродами УСЛОВНО можно рассматривать как два последовательно соединенных и равных сопротивлений, одно из. которых соответствует сопротивлению породы от одного электрода до кончика трещины, а другое - от кончика трещины до другого электрода. Другими словами, каждое из двух сопротивлений представляет из себя кольцо, ограниченно окру-л:ностью скважины и кончиком трещины.-1 Разобьем это кольцо на множество других условных колец, сопротивления которых относительно своих ограничи вающих окружностей равны между собой (фиг.З). Тогда сопротивление исходного кольца равно сумме сопротивлений условных колец как последователь но соединенных. Удельное сопротивления условных колец определяются системой уравнений R - -т ( 1 -( ч )1Л|Гд4аГ 4ДГ 4 (гЛ Гg4Дг 4дг 4... RQ, R j, . . R „ - удельное сопротивление условных колец; J - удельное сопротивление породы; Г rj j/jrj - расстояния между др ограничивающими окружностями условных колец; . Гд - радиус скважины; коэффициент,учитывающий эффекТИ1ВНУЮ толщину колец. сно условию разбиения на ускольца R R,.. .Кп. авнивая каждое уравнение к первому уравнению и решая сительно лг лг.дг. . . лг , поовую систему уравнения v--f(VA)-. ()lA . дно, что радиус исходного авен ...+4fs . г) - количество условных колец. ,1; При ЭТОМ . особа не хуже 10%, что вполточно. Для увеличения точност Лг, . ение -г--следует брать меньо, чины. Используя систему урав) и выргшение (2), вычислим е радиусов внешних окружное- . вных колец к радиусу скважи-2-. В таблице представлены результаты вычислений отношения радиусов . При наличии такой таблицы и зная сопротивление одного условного кольца и радиус скважины, можно по известному сопротивлению трещины определить ее радиус как - радиус трещины, - значение, полученное из таблицы по значению п где R - сопротивление трещины и Rn - сопротивление любого из условных колец. Коэффициент 2 в знаменателе указыва ет йа то,что сопротивление трещины вдв раза больше сопротивления кольца, ограниченного ее кончиком и скважиной. И наоборот, зная сопротивление трещины, ее радиус и радиус скважины можно определить сопротивление услов ного кольца как При этом п определяется из таблицы у по значению. где г„ - радиус трещины. Таким образом, по известному со.противлению зародашевой трещины, ее радиусу и радиусу окважины, используя составленную таблицу, можно опре делить сопротивление условного кольц участка массива, а по сопротивлению трещины и полученному значению сопро тивления условного кольца - ее радиу Площадь зоны трещины очевидно рав на . 5-.лЛ Здесь форма трещины выбрана в виде vnvra лля vnoecTBa иллюстрации оасче круга для удобства иллюстрации расче та зоны разрыва. Как видно, в формуле по определению сопротивления условных колец в знаменателе подставлены длины окружностей, т.е. огибающие внешних сторон подобных фигур. В принципе, форма трещиИы может быть любой. Условие для возможности применения изобретения заключается в том, чтобы форма трещины при каждой последующей стадии образования была примерно (в зависимЬсти от требуемой точности) подобна форме трещины на Предыдущей стадии ее образования. Практически, требуемая точность определяется числом подобных, фигур,, с увеличением :которых можно увеличить точность определения зоны разрыва породы. во многих случаях, за счет применения зародышевой -трещины, трещину, образованную разрывом горных пород можно считать квазикруглой, и в этом случае, правила определения площади зоны разрыва формулируются следу рщим образом: измеряются сопротивления до и после образования трещины, отг, ношению-5-, где г, - радиус зародышевой трещины, определяют по таблице число условных колец соответствукидих зародышевой трещине п,, умножают это число на отношение- i где R сопротивление трещинй; R сопротивление зародышевой трещины, и по полученному произведению определяют (по таблице).- , где г - радиус трещины. Затем определяют площадь зоны разрыва как 5 Л г . Одним из основных преимуществ способа является то, что на его точность не влияет ни состояние, ни свойства горных пород. Действительно, какие бы коэффициенты, характеризующие состояние и свойства горных пород, не вводить в уравнения сопротивлений условных колец, эти коэффициенты взаимно сократятся при переходе к вьлражению для радиуса трещины. В предлагаемом способе применены принципы подобия, согласно которым коэффищ енты, учитывающие различные факторы, у трещин с одинаковой формой одинаковы. Пример . В качестве измерителя сопротивления используется мост постоянного тока. Электроды выполне- ны из медных полос и залужены оловянно-свинцовым припоем. Истинные размеры трещин проверяются заливкой в них эпоксидной смолы и разрушением образцов после ее затвердевания. Результаты проверки показывают хорошее совпадение истинных размеров трещин с определенными по предлагаемому способу. Так, для одного из образцов с радиусом зародышевой трещины в 10 мм отверстием (скважиной) с радиусом мм до разрыва зафиксировало сопротивление 1,8 Ом, после разрыва 7,2 Ом. Отнсж1ение радиусов зародышевой трещины и скважины равно - 2, что согласно таблице соответствует примерно 7,5 условным кольцам у зародышевой трещины. Умножим полученное число на отношение измеренных сопротивлений, которое равно - 4 . и получим 7,, что согласно ;г таблице соответствует- - 17,4. Так как Гп 5 мм, то г„ - радиус трещины - должен быть равен 87 мм. Фактический радиус трещины (определенный после разрушения образца) оказался в среднем равным 93 мм. Значение данного способа для горнодобывающей промышленности состоит

7 9590088

в том, что он позволяет оцениватьЕго значение усиливается тем обстоякачество ведения профилактическихтельством, что перспектива добычи

работ по разгрузке массива методамиполезных ископаемых подземным спосообразования искусственных трещин сбом связана с переходом на большие

целью предупреждения горных ударов и глубины, где меры по защите людей и

выбросов, т.е. способствует безопас- оборудования от горных ударов и выкости работ в подземных условиях.бросов являются первостепенными.

Формула изобретения

Способ контроля площади зоны разрыва горных пород, в котором с помо щью электродной установки измеряют сопротивление горных пород в зоне трещины скважины, по которому определяют площадь зоны разрыва горной породы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, размещают в скважине по обе стороны зародышевой трещины электроды и измеряют сопротивление между ними до и после разрыва породы, по соотношению которых судят об изменении площади зоны разрыва.

Источники информации,

принятые во вниманиепри экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 662891, кл. G 01 V 3/18, 1979.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2940710/18-25,

кл. G 01 V 3/18, 1980 (прототип).

..

/ // // // //у// / /А /

Фиг.2

1

/