Устройство для определения трещиноватости горных пород

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я) 4 Е 2! С !9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1568710 (21) 3967968/22-03 (22) 23 ° 10,85 (46) 15,01.88, Бюл, Р 2 (7!) Донецкий политехнический институт (72) И,Ф,Потапкин, O,Ю,Кузьмич и В,М,Королев (53) 622.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 663838, кл, E 21 С 39/00, !974 °

Авторское свидетельство СССР

Ф !168710, кл. Е 21 С 39/00, !985 ° (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕ.555ИНОВАТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к области горного дела, строительства гидротехнических и подземных сооружений, а также геологических изысканий, Цель - повышение точности измерений путем определения плотности заполнения трещин (Т) породной мелочью.

Устр-во состоит из зонда 1, соединенного с прибором 2 четырехжильным кабелем, Зонд связан с водонагнетательным приспособлением 3 двумя шлан-. гами, Приспособление 3 соединено с уплотнительными надувными элементами для локализации зоны вблизи Т и полостью между ними через распределительный узел !5. При приближении зонда 1, перемещающегося в скважине к Т, изменяются электрические свойства среды, окружающей излучающую катушку

5 зонда 1, что приводит к изменению вихревых токов, Наличие Т с малой электрической проводимостью ведет к резкому уменьшению вихревых токов и их размагничивающего действия, Это ведет к увеличению ЭДС в приемной катушке 6 зонда 1, напряжения на выходе блока 7 выпрямления прибора 2 и отклонению стрелки блока 52 регистрации в сторону увеличения показаний, Для определения наличия породной мелочи смачивают водой и фиксируют диэлектрическую проницаемость ° О плотности заполнения Т породной мелочью судят по отношению отклонения стрел ки блока 12 после смачивания водой к отклонению стрелки до смачивания.

3 ил ° 1366639

Изобретение относится к горному делу, в частности к конструкции устройств для определения параметров трещиноватости горных пород в масси5 ве, и может быть использовано на предприятиях горндобывающей промьшытенности при физико-химическом упрочнении пород, при строительстве гидротехнических и подземных сооружений, а так- 10 же в геологических заискываниях.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем определения плотности заполнения трещин породной мелочью, 15

На фиг,1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - конструкция зонда; на фиг.3 — диаграмма сила тока - длина {1-L) на зияющей и заполненной породной мелочью тре- 20 щинах, Устройство состоит из зонда 1, прибора 2 и нагнетательного приспособления 3, Прибор 2 и зонд 1 соединены 4-жильным кабелем. Зонд 1 также 25 соединен с водонагнетательным приспособлением 3 двумя водопроводящими шлангами, Зонд 1 содержит генератор

4 частоты, излучающую катушку 5, соединенную с генератором 4 частоты,, 30 приемную катушку 6, блок 7 выпрямлении, подключенный входом к при емной катушке 6, форсуночное 8 и герметизирующее 9 устройства. Прибор 2 содержит дифференциальный усилитель 35

10, прямой вход которого соединен с выходом блока 7 выпрямления, а ин-версный вход - с блоком 11 регулируемого опорного напряжения, блок 12 регистрации, включенный,на вход уси;- 40 лителя 10, и блок 13 питания, питаю-щий генератор 4 частоты, усилитель

10 и блок 11 опорного напряжения.

Водонагнетательнбе приспособление 3 содержит насос 14 и распределительный 45 узел 15 который соединен с форсуночным устройством 8 и герметизирую щим устройством 9 (фиг.1).

Конструкция зонда представлена на фиг ° 2. Корпус зонда представляет собой пластмассовую трубу с внутренним диаметром 32 мм, внешним диаметром

40 мм и длиной 250-450 мм, Труба имеет сплошную заглушку и заднюю заглушку с отверстиями для соединитель 55 ного кабеля, досылочной штанги и во допроводящих шлангов, Форсуночное устройство 8 представлено в виде отверстий,циаметром 2-3 мм, радиально расположенных в корпусе зонда и соединенных с водопроводящим шлангом

16, соединяющим его через распределитель 15 с насосом 14 ° Герметизирующее устройство 9 состоит из двух уплотнительных надувных камер 17, служащих для локализации зоны вблизи трещины, покрытых эластичной резиной

18 жестко скрепленной с корпусом зонда и расположенной на одном уровне с ним, К камерам 17 подключен водоподводящий шланг 19, соединяющий их через распределительный узел 15 с насосом 14. При нагнетании в камеру 17 жидкости эластичная резина 18 растягивается, приобретая бочкообразную форму, и плотно соприкасается со стенками скважины 20, Этим самым будет достигнута герметизация с обеих сторон полости 21 смачивания.

Работа устройства осуществляется следующим образом, Генератор 4 частоты, расположенный в зонде 1, создает переменное напряжение с частотой l,5 МГц, которое подается на излучающую катушку 5 °

Вокруг излучающей катушки 5 образует-. ся переменное магнитное поле, которое в приемной катушке 6 индуктирует .

ЭДС. Если зонд находится в шпуре, то переменное электромагнитное поле излучающей катушки создает в горной породе вихревые токи, которые по за кону электромагнитной инерции оказывают размагничивающее действие, т,е, уменьшают электромагнитное поле излучающей катушки 5 и, следовательно, ЭДС приемной катушки 6, При приближении зонда 1, перемещающегося в скважине к трещине, изменяются элект рические свойства среды, окружающей излучающую катушку, что приводит к изменению вихревых токов в среде ° Наличие трещины с малой электрической проводимостью приводит к резкому уменьшению вихревых токов и их раз магничивающего действия, что обуславливает усиление электромагнитного поля излучающей катушки 5 и увеличение

ЭДС, наводимой в приемной катушке 6.

Это влечет за собой увеличение напряжения на выходе блока 7 выпрямления.

Выпрямленная ЭДС приемной катушки 6 с выхода блока 7 выпрямления подается при помощи соединительного кабеля на вход дифференциального усилителя

10, расположенного в корпусе прибора

2. В результате увеличивается,напряжение на выходе усилителя 10 и, соот- ны породной мелочью, При отсутствии ветственно, отклонение стрелки блока трещины вблизи зонда 1 в приемной

12 регистрации в сторону увеличения катушке 6 наводится минимальная ЭДС, показаний. Излучающая катушка 5 име- обуславливающая некоторое положение

5 ет направленную диаграмму излучения стрелки блока регистрации 1 мас, т.е. электромагнитных волн, причем мак- прибор будет регистрировать ток, сосимальное значение магнитной индукции ответствующий монолитному массиву имеет место на середине излучающей горных пород, катушки 5, Поэтому ЭДС приемной катуш-10 При больших плотностях заполнения ки 6 и отклонение стрелки блока 12 трещины породной. мелочью после ее регистрации достигают максимального смачивания ток, регистрируемый на значения, когда трещина будет на се- ней прибором, будет меньше 1 мас, редине излучающей катушки 5. В этот т.е. будет наблюдаться падение тока момент определяется пересечение плос- )5 на трещине. По величине падения тока кости трещины с осью скважины по мет- также можно судить о плотности эа кам на досылочной штанге. полнения трещины породной мелочью, Для одной и той же породы макси- Таким образом, определив плотность мальное значение ЭДС приемной катуш- заполнения трещины породной мелочью ки 6 и отклонение стрелки блока ре- 20 по специальным тарировочным зависигистрации пропорционально раскрытию мостям можно определить истинное трещины. Но данное отклонение стрел- раскрытие данной трещины. ки блока регистрации также зависит Работа устройства по определению от наличия в трещине породной мелочи плотности заполнения трещины и ее и плотности заполнения его трещины. 25 истинного раскрытия поясняется на

Для определения наличия породной ме- конкретном примере ° Допустим, сквалочи в трещине необходимо с помощью жину 20 (фиг,2) пересекает две трефорсуночного устройства смачивать тре. щины,одинакового раскрытия R; трещи» щину водой. Диэлектрическая прони- на 22 заполнена породной мелочью цаемость воды (E, = 81) намного 3о плотности р и трещина 23 зияющая, больше, чем воздуха (Е„ = 1) и гор- Постепенно передвигая зонд по скваной породы (f = 4-10). Следовательно жине 20, определяют положение трещиналичие воды в трещине увеличит ди- ны 23 по максимальному отклонению электрическую проницаемость и умень- стрелки блока регистрации h 1 с шит отклонение стрелки блока регист» (фиг ° 3). Далее передвигается зонд на рации при совмещении приемной ка- такое расстояние 1,, чтобы совместить тушки с трещиной. Если трещина зияю- точку пересечения плоскости трещины щая (свободная от породной мелочи), и оси скважины с местом расположения то после ее смачивания вода покинет форсуночного устройства. Насосом натрещину, оставаясь в результате сма- 4р качивают жидкость в камеры !7 до тех чивания лишь на ее стенках. Поэтому пор, пока не создается полная гермемаксимальное отклонение стрелки бло- тизация эластичной резиной 18 полоска регистрации после смачивания -д1 м ти 21 смачивания. Затем, переключив будет составлять порядка эксперимен- распределительный узел, начинают потально установленных 80-100Х от от- 45 давать воду к форсуночному устройстклонения стрелки блока регистрации ву, Закачав таким образом 250-300 мл до смачивания -Ь1 с. Если трещина воды, обратно переключают распредезаполнена перетертой породной мело- лительный узел и сливают жидкость иэ чью, то в результате смачивания вода камер 17 за счет упругости эластич(определенная часть первоначально за 50 ной резины 18. качиваемого объема) задерживается в Выждав 3 мин, опять определяют трещине, увеличивая тем самым ди уровень сигнала на этой трещине, электрическую проницаемость. Чем совместив середину приемной катушки больше плотность заполнения трещины с трещиной -Al м (фиг.3). Так как породной мелочью, тем больше коли- 55 Ь1 м/Ь1 с 0,8, следовательно, тречество воды задерживается в трещине щина - зияющая. Раскрытие трещины R и тем меньше будет отношение Ь1 м/ находят как Г,(Ь1 с).

/a5 с. По данному отношению можно Далее находят по максимальному судить о плотности заполнения трещи- отклонению й1 с положение трещины 22

5 13

1 (фиг.2). Повторяют операции по смачиванию, описанные выше ° После смачивания трещины уровень сигнала на ней составил д1 м. Так как b1 м/ b1 с < 0,8, спецовательно, трещина заполнена перетертой породой и плотность заполнения которой р находится как

f>(p5 м/b1 с). Далее по специальным тарировочным зависимостям находят эквивалентное отклонение силы тока

b5 „ на этой трещине, соответствующее отклонению тока на такой же по раскрытию трещине, по зияющей, как

f (0, д5 с). Раскрытие трещины К определяется как f, (д 1 экв ) °

Устройство позволяет определять плотность заполнения трещины породной мелочью, что дает возможность применять устройство в геологических изысканиях для точного определения фильтрационных свойств массива горных пород, отличать трещины горных пород сдвигового типа от трещин отрыва, так как известно, что трещины

66639 сдвигового типа, образующиеся под действием максимальных касательных напряжений, имеют смещения берегов друг относительно друга, поэтому заполнены перетертой мелочью, кроме того, по плотности заполнения трещины породной мелочью можно косвенно судить о величине данного смещения, 10

Формула изобретения

Устройство для определения трещиноватости горных пород по авт, св °

15 И - 1168710, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем определения плотности заполнения трещин породной мелочью, оно снабжено уплотнительными

20 надувными элементами для локализации зоны вблизи трещины и водонагнетательным приспособлением, соединенным с надувными элементами и полостью между ними через распределительный узел

f366639

Уцг. 3

Составитель В,Гаврилов

Техред Л.Сердюкова Корректор C,måêìàð

Редактор М.Товтин

Заказ 6796/29 Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб °, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4 аполненная треи ива

;ЬяющаУ треи иии