Электродное устройство для оценки монолитности горных пород Советский патент 1982 года по МПК G01V3/04 

(54) ЭЛЕКТРОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ МОНОЛИТНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД Изобретение относится к геоэлектроразведке с использованием постоянного тока и предназначено для оценки монолитности горных пород посредством кругового профилирования, преимущественно для использования при поисках и оценке месторождений облицовочного камня, однако, может быть использовано, например, при параметричес ких измерениях удельного сопротивления горных пород и т.д. При оценке качества строительного камня необходимо определение блочности, предусматривающее изучение формы естественных блоков (опредляемой расположением трещин и слоистостью), размеров возможных блоков (определяемых частотою трещин выхода блоков в доле от вынутой горной мае сы и характера изменения расположения и частоты трещин с глубиной. Известны способ и устройства изучения трещинной тектоники месторождений строительного камня, которые предусматривают выбор на площади месторождения ряда одинаковых площадок, например 50x50 м и более, расчистку их от наносов, замеры трещин на поверхности горным компасом И рулеткой и статическую обработку на диаграммах 1. Существенным недостатком известных способа и устройств является большая трудоемкость в использовании. Использование устройств электроразведки обеспечивает более высокую производительность геологоразведочных работ. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое содержит питающие электроды, между которыми размещены измерительные электроды, размещенные между собой 2. С помощью любого электроразведочного измерителя, подключенного к этим электродам, можно оценивать монолитность горных пород путем измерения их удельного электрического сопротивления, перемещая электроды по кругу относительно точки измерения. В основу интерпретации круговых диаграм.м положена зависимость кажущегося сопротивления от направления измерительной установки относительно элементов залегания пласта. Небольщая площадь месторождений облицовочного камня (редко больще 1 км, в основном 0,1-0,4 км) делает желательным использование установок с малыми разносами питающих заземлений и измерительных электродов. Однако применение известных переносных электроразведочных приборов трудоемко.так как для измерений на местности необходимо в каждой точке наблюдения вручную фиксировать направления измерительных электродов относительно питающего электрода, что препятствует повыщению производительности кругового профилирования при малых разносах питающих и измерительных электродов установки.

Цель изобретения - повыщение производительности труда.

Поставленная цель достигается тем, что в электродном устройстве для оценки монолитности горных пород, содержащем питающие электроды, между которыми размещены измерительные электроды, разнесенные между собой, по крайней мере, один из измерительных электродов выполнен из электроизолирующего материала в виде кругового заземления, содержащего размещенные по кругу металлические скобы, заостренные концы которых выведены наружу с одной стороны электроизолирующего материала, а плоские поверхности которых размещены на другой его стороне, снабженной плоским подвижным съемным контактом, соединенным с центром кругового заземления телескопическим выдвижным щтоком.

При этом ширина скоб, расстояния между ними на длинномерном круговом заземлении и длина плоского контакта обеспечивают получение непрерывной записи.

На фиг. 1 изображено электродное устройство с измерительным прибором; на фиг. 2 - прибор, разрез; на фиг. 3 - выполнение кругового заземления; на фиг. 4 - схема круговой диаграммы в случае монолитных пород; на фиг. 5 - то же, при ориентированной в одном направлении трещиноватости; на фиг. 6 - то же, в случае сильно трещиноватых пород.

Устройство для оценки монолитности горных пород (фиг. 1) содержит переносной ранцевый прибор 1 и по крайней мере одно круговое заземление 2. Конструкция измерительной линии зависит от типа установки. Для трехэлектродной установки, используют два круговых заземления - внещнее 2 и внутреннее 3. Диаметр внутреннего заземления постоянный (рекомендуется 0,5 м), диаметр внешнего может быть изменен в зависимости от детальности работ, но предпочтительно 6 м, т. е. длина его составит 19 м. При использовании двухэлектродной установки внутреннее заземление 3 отсутствует.

Прибор 1 (фиг. I и 2) имеет корпус 4 с крышкой 5. Конструктивные и схемные части прибора соответствуют переносному электроразведочному прибору, например компенсатору АЭ-72, имеющему схему электронной автокомпенсации с непосредственным отсчетом измеряемой разности потенциалов

и показывающий прибор. С переносным ранцевым прибором совмещен телескопический выдвижной щток 6, несущий на своих концах схемные контакты 7 и 8 при трехэлектродной установке или съемный контакт 8

при двухэлектродной.

Выдвижной шток соединен с размещенной по вертикальной оси корпуса прибора стойкой, которая выполнена в виде двух соосных наружной 9 и внутренней 10 трубок. Наружная трубка скреплена с дном

О корпуса, а внутренняя может вращаться и верхним своим концом жестко скреплена с диском 11. Нижний конец наружной трубки проходит через отверстие в корпусе прибора и через упорный шарикоподшипник (фиг. 2) 12 соединен с питающим электродом 13. Второй питающий электрод 14 (фиг. 2) относится при трехэлектродной установке на расстояние, в 10-15 раз превышающее расстояние между измерительными электродами, т.е. в «бесконечность, и представляет собой

медный стержень вбиваемый в грунт. Стержень соединен схемой прибора проводом. При двухэлектродной установке в «бесконечность относится также и один измерительный электрод 14 от второго питающего заземления и другого измерительного электрода и представляет собой также медный стержень, соединенный приводом с электронной схемой прибора. Внутренняя трубка несет на себе поперечный переходник 15, который соединен со щтоком посредством шарнира 16. Благодаря этому телескопический выдвижной щток выполнен откидным в вертикальной плоскости. Укрепленные на боковой поверхности корпуса прибора пружинящие скобы 17 служат для фиксации щтока в положении для транспортировки устройст5 ва.

На внутренней поверхности крыщки прибора с зазором над диском установлен самописец 18, обеспечивающий авто.матическую запись показаний разности потенциалов

0 в измерительной линии на круговую диагра.мму, помещаемую на диск. Если в качестве прибора использован электроразведочный компенсатор АЭ-72, то рекомендуется включение самописца И-349 без лентопротяжного ме}(,анизма вместо имеющегося в приборе стрелочного прибора, и последовательно с самописцем миллиамперметра того же класса, что обеспечивает наблюдение величины сигнала в процессе записи. Для исключения вращения прибора в процессе изQ мерения корпус прибора имеет выдвижной фиксатор 19 (фиг. 2), выполненный в виде штыря из диэлектрика, вдавливаемого в грунт. Для переноса прибора предусмотрены заплечные ремни 20 и 21.

5 Круговое заземление для монтажа измерительных линий устройства представляет собой гибкий жгут 22, в качестве которого целесообразно использовать, например, резиновые шланги. Они служат для нанесения измерительных электродов 23, каждый из которых выполнен в виде скобы из электропроводящего материала. Штыковые концы скоб обеспечивают контакт с грунтом, а верхние плоские их части взаимодействуют с плоским контактом 24 измерительного электрода. Длины скоб по окружности длинномерных элементов и размеры плоских контактов измерительных электродов таковы, что они обеспечивают непрерывную запись при развороте штока.

Устройство обслуживают оператор и его помощники, работает оно следующим образом.

На изучаемой площади намечают центры для круговых исследований. Выбор центров осуществляется так, что центры кругового профилирования намечают по квадратной сетке 1x1, 2x2 м и т.д. Такая упрощенная наметка центров оказывается возможной в связи со спецификой изучения монолитности горных пород. В каждый из центров помещают прибор, устанавливая его питающим электродом 13. По окружности радиусом 1,2 или 3 м разносят вокруг прибора круговое заземление, вдавливая электроды 23 в грунт. При трехэлектродной установке питающее заземление 14 относится «в бесконечность. При двухэлектродной в «бесконечность относится также и измерительный электрод 7. На поверхности горных пород отмечают направление магнитного меридиана, например, тонкой бечевкой. По этому направлению устанавливают питающее заземление 13, измерительные электроды 7 и 8 и фиксатор 19.

Самописец 18 установлен под крышкой 5 таким образом, что при выполнении вышеописанных операций направление записи самописца на диаграмме будет соответствовать данному направлению. Оператор в зависимости от требуемой детальности работ устанавливает расстояние между питающим электродом 13 и измерительными электродами 7 и 8 изменением длины выдвижения штока 6. Затем производят настройку прибора, которая заключается в последовательном подборе напряжения в питающей линии, необходимого для создания такой разности потенциалов AU в измерительной линии, при которой возможна запись изменения ALJ самописцем на круговую диаграмму.

После настройки прибора на питающие заземления подают подобранную разность потенциалов, на круговую диаграмму сначала записывают силу тока в питающей линии. Она отображается окружностью 25 (фиг. 4- 6). Так как питающие заземления 13 и 14 остаются неподвижными во время записи и их сопротивления не меняются, записывать силу тока в питающей линии можно лищь в начале или в конце замеров на одной точке стояния. Затем измеряют AU в измерительной линии. Помощник оператора при трехэлектродной установке осуществляет разворот штока 6 и скольжение контактами 24 измерительных электродов 7 и 8 по скобам длинномерного элемента. При двухэлектродной установке скольжение осуществляется лищь контактом измерительного электрода 8. Теоретически, график ли на круговой диаграмме, построенной над изотропной средоГ (в конкретном примере - под монолитными породами, без трещин, вторичных изменений

0 и т. д.) представляет собой окружность 26 (фиг. 4). Степень отклонения графика AL) от теоретического (т. е. от окружности) зависит от частоты и направления трещиноватости, от вторичных изменений, от степени

J выветренности горных пород. Эта зависимость положена в основу интерпретации круговых диаграмм.

На фиг. 5 показаны схемы круговых диаграмм над участком с четкой системой тро0 тин - позиция 27; а на фиг. 6 - над участком сильно трещиноватых пород - позиция 28.

Устройством можно оценивать монолитность горных пород под слоем рыхлых отложений с мощностью до двух метров при переносном ранцевом исполнении прибора. Устройство пригодно для оценки монолитности горных пород и под отложениями много большей толщины, например до 10 м. Для этого требуется увеличение вылета телескопического штока, удлинение гибкого кругового заземления, что, естественно, утяжеляет прибор и потребует выбора соответствующего транспортировочного средства. При отсутствии ры.члых отложений скольжение контактами 24 измерительных электродов 7 и 8

5 осуществляют непосредственно но поверхности горных пород и длинномерные элементы с электродами не используются.

Преимуществами изобретения являются повыщение производительности полевых и камеральных работ, возможность широкого

их проведения на малых площадях, а также повышение достоверности и улучшение качества получаемой информации.

Формула изобретения

Электродное устройство для оценки монолитности горных пород, содержащее питающие электроды, между которыми размещены измерительные электроды, разнесенные между собой, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности труда, по крайней мере один из измерительных электродов выполнен из электроизолирующего материала в виде кругового заземления, содержащего размещенные по кругу металлические скобы, заостренные концы которых выведены наружу с одной стороны электроизолирующего материала, а плоские поверхности которых размещены на другой его стороне, снабженной плоским подвижным съемным контактом, соединенным с центром кругового заземления телескопическим выдвижным штоком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Беликов Б. П. О методике изучения трещинной тектоники месторождений строительного камня. М., 1953, с. 1-32.

2.Якубовский Ю. В., Ляхов Л. Л, Электроразведка. М., «Недра, 1964, с. 74-76 (прототип).

Z1

0 5

Q

2k

гг