Способ выявления неоднородности из одиночной горной выработки

 

Изобретение относится к шахтной электроразведке. Цель - повьш1ение точности и ускорение процесса определения местоположения неоднородности В массив горных пород вводят ток через пару питаюЕцих электродов. Последние располагают вдоль оси горной выработки . Измеряют и фиксируют величину тока и разность потенциалов между двумя измерительными электродами. Первый измерительный электрод заземляют в забое горной вьфаботки. Питающие электроды на расстоянии от первого измерительного электрода, превьш1ающем глубину исследования. Второй измерительньш электрод при фиксированном положении остальных электродов последовательно перемещают по выработке от первого измерительного электрода к питающим электродам , При повторном цикле измерений первый измерительный электрод располагают на расстоянии L от забоя, которое выбирают из соотношения 0,42L , ,62L. При этом расстояние Г- выбирают из соотношения 22h. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) (511 с 01- v 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ lKHT СССР (21) 4 155166/23-03 (22) 02.12.86 (46) 23.01.89. Бюл. N 3 (71) Украинский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) A.M.Áàæåíîâ и В.Ф.Данильчук (53) 550.83(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 6933 11, кл. (: 01 V 3/02, 1971.

Хмелевской В.К. Основной курс электроразведки. Ч. 1. M., 1970, с. 79, 101.

Хмелевской В.К. Опережающая электрическая разведка проходки тоннелей методом ВЭЗ. — Горный журнал, № 11

Свердловск, 1984, с. 7-11. (54) СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТИ

ИЗ ОДИНОЧНОЙ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ (57) Изобретение относится к шахтной электроразведке. Цель — повышение точности и ускорение процесса опредепения местоположения неоднородностич

В массив горных пород вводят ток через пару питающих электродов. Последние располагают вдоль оси горной выработки. Измеряют и фиксируют. величину тока и разность потенциалов между двумя измерительными электродами.

Первый измерительный электрод заэемляют в забое горной выработки. Питающие электроды заземляют на расстоянии оТ первого измерительного электрода, превышающем глубину исследования.

Второй измерительный электрод при фиксированном положении остальных электродов последовательно перемещают по выработке от первого измерительного электрода к питающим электродам. При повторном цикле измерений первый измерительный электрод располагают на расстоянии L от забоя, которое выбирают из соотношения 0,42L L„ 0,62L. При этом расстояние выбирают из соотношения 181. с Ь < 22Ь.

1 з.п, ф-лы, 5 ил, 1453350

Изобретение относится к шахтной электрораэведке и может быть использовано для выявления нарушенности любого типа, преимущественно впереди забоя горной выработки, в том числе малоамплитудных нарушений, являющихся основным источником внезапных выбросов при проведении подготовительных выработок как по углю, так и по по- 1р родам.

Целью изобретения является повышение точности и ускорение процесса определения местоположения неоднородности. 15

На фиг.1 приведена схема установки электродов в горной выработке, на фиг,2 — график зависимости изменения разности потенциалов от расстояния между электродами, на фиг.3 — то же, для трехэлектродной установки и установки по предлагаемому способу с переменным MN на фиг.4 — график зависимости максимального изменения разности потенциалов обеих установок от величины расстояния до неоднородности, на фиг.5 — график зависимости отношения протяженности аномалии к расстоянию между первым измерительным электродом и питающими электродами от отношения этого расстояния к расстоянию до неоднородности.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Eia расстоянии L от забоя (фиг.1), превышающем глубину h исследования, вдоль оси горной выработки заземляют пару питающих электродов А и В, подсоединяют их к генератору 1 и вводят в массив горных пород ток. Измеряют и фиксируют, величину этого тока и разность потенциалов между двумя измерительными электродами М и N с помощью измерителя 2, а по изменению величины отношения разности потенциалов к величине тока определяют местоположение неоднородности - слоя толщиной d (аномального объекта).

Расстояние между питающими электродами А и, В может быть. любым из условия получения уверенного сигнала на измерителе 2 при малом расстоянии между электродами М и N. Первый измерительный электрод М заземляют непосредственно в забое горной выработки, 55 а второй измерительный электрод N при фиксированном положении остальных электродов последовательно с шагом измерения 5-10 м, определяемым требуемой точностью измерения, перемещают по выработке от первого измерительного электрода М к питающим электродам А и В. На каждом интервале, равном шагу измерения, измеряют и фиксируют величину тока и разность потенциалов.

Производят повторный цикл .измерений на следующей точке замера, при котором первый измерительный электрод

М располагают на расстоянии Тч (на фиг.1 не показано) от забоя, которое выбирают из соотношения 0,4L Ь1 0,6h.

Максимальную информацию о неоднородности (слое, толщиной d) получают тогда, когда расстояние 1. от первого измерительного электрода М до питающих электродов А и В выбирают из соотношения 18Ь а Е --22Ь.

Разность потенциалов между измерительными электродами по предлагаемому способу (с переменным МЫ) определяется по известной формуле для распределения потенциала точечного источника (после преобразований)

IÐiГ 1 1 1 1

U (-- — — — — + — ) + ми 47 I AN BN AM BM

1 1

АМ + МИ + 2h ВМ + MN + 2h

1 1

АМ + 2Ь ВМ + 2Ь

21+ < 1

2(i + 1) d + AM + MN+ 2h

2(i+ 1)d+ 8M+ MN+ 2h (2i — i)d + AM + 2h

2(i + 1)d + BM + 2h

) ° (1 () Формула (1) приведена для условий, когда профиль наблюдения (выработка) расположен перпендикулярно слою толщиной d с сопротивлением p . Сопротивления сред с обеих сторон слоя равны,. Забой подготовительной выработки, где заземляют первый измерительный электрод М, расположен на расстоянии h до слоя (фиг ° 1), при этом коэффициенты Кд и К, равны со1 1 ответственно — — и + -.

3 3

Формула разности потенциалов между измерительными электродами для иэIPi 1 1

U = — ((— — — )+К х мп 4 (AN AM вестного спо зондирования соба трехэлектродного ( †oa)имеет вид

1453350 ного слоя разность потенциалов изменяется на 5-10Х и более в зависимости от расстояния электрода М до слоя.

По ширине аномальной зоны (в данном

1 I

AM + MN + 2h АМ + 2h (i+ t)d+ AM+MN+ 2h

2(i + 1)d + AM + 2h (2) Используя формулы (1) и (2), рассчитывают разность потенциалов для 15 предлагаемого способа и трехэлектродного зондирования для условий, когда вертикальный слой толщиной d отсутствует и когда он находится на различном расстоянии Ь от забоя выработ- 20 ки. Сопротивление среды принималось равным 300 Ом м, а вертикального слоя — 150 Ом м. Расстояние h от забоя выработки до вертикального слоя изменялось от 0 до 100 м, толщина d 25 вертикального слоя выбиралась равной 20 м, т.е. приняты наихудшие условия по контрастности сопротивлений (в 2 раза) и малой толщине самого слоя, что обычно соответствует малоамплитудным нарушениям.

Расчеты показали, что в данных условиях изменение разности потенциалов для трехэлектродного зондирования последовательной установкой .(когда измерительные электроды остаются у забоя, а передвигается питающий электрод) влияние данного слоя уже на расстоянии h $MN = const практически не проявляется {2-3X). В обра40 щенной установке (А — у груди забоя, MN — передвигается по выработке) изменение b,U наблюдается только на первом пикете и не превышает 5Х.

При расчете были использованы сле45 дующие значения: ММ = 10 м, шаг установки 10 м, AM = 10-400 м.

В предлагаемом способе: MN = 10 м, MN = 20 м MN = 30 м, и так далее, с шагом передвижения второго элек- 50 трода 10 м АМ рассчитывалось для значений 100, 200 и 400 м. На графиках (фиг ° 2) показано процентное изменение разности потенциалов hU при наличии вертикального слоя на различном расстоянии от забоя по сравнению с ЬУ определенной в однородной среде. Даже при малой контрастности по сопротивлению и малой мощности вертикальMN случае МО = -- = 20-25 м) определяют

2 толщину вертикального слоя, а по величине изменения разности потенциалов — расстояние до него от электро" да М.

Расчетные зависимости изменения разности потенциалов для установки электродов по предлагаемому способу (с переменным MN) и для трехэлектродной установки (фиг. 3) получены при шаге наблюдений, равном 4 м, и расстоянии между измерительными электродами, равном 4 м, в трехзлектродной установке.

Из приведенных зависимостей видно, что уже при h . 10 м установка с . переменным MN имеет преимущество по сравнению с трехэлектроднай, так как величина аномалии в этом случае больше в 2,5 и более раз.

По максимальному изменению разности потенциалов от величины расстояния h до неоднородности (слоя толщиной d) (фиг.4) видно, что преимущество имеет установка с переменным MN уже при h ) О. Например, при h 20 м максимальная величина аномалии составляет 25Х для установки с переменным MN, а для трехэлектродной — 6X.

Расстояние L,, на котором первйй измерительный электрод М располагают от забоя при повторном цикле измерений, выбирают из соотношения Os4L (L 0,6Ь.

При таком условии слой толщиной d практически не оказывает влияния (менее 1X) на изменение разности потенциалов dU (фиг.2, кривые h 80 м и

h = 100 м; фиг.3, кривая h = 160 м), что позволяет на практике выявлять неоднородности впереди забоя по сравнению двух графиков, полученных при расположении первого измерительного

Электрода М в забое выработки и на расстоянии 0,4-0,6L от него. На большие расстояния относить первый измерительный электрод от забоя экономически нецелесообразно, так как изменения наблюдаться не будут.

Выбор расстояния L, превьппаюшим глубину h исследования, т.е. расстояния между первым измерительным электродом М, расположенным в забое выра5 14533 ботки, и питающими электродами, обусловлен тем, что при меньшем расстоянии между этими электродами, аномальный объект при любой электроразведоч5 ной установке фактически не оказывает влияние на измеряемую разность потенциалов. Иэ графика (фиг.5) видно, что аномальный объект (неоднородность) оказывает влияние при любом соотношении L u h и ограничивается техническими причинами (длиной выработки, возможностью аппаратуры). Однако из приведенного графика также видно, что если расстояние L от первого измерительного электрода до питающих электродов выбрано из соотношения 18h с L с 22h, то относительная протяженность аномалии практически достигает своего максимума (А — про- 20 тяженность аномалии в метрах) и в дальнейшем .Мало изменяется.

Все приведенные зависимости получены в результате расчетов на ЭВИ.

Количество (более 1000) членов беско- 25 нечных рядов выбиралось с учетом их влияния на сумму не менее 17. Зависимости на фиг.2 получены с ограниченным количеством (порядка 100) членов ряда. 30

Предлагаемый способ, по сравнению с известным способом подземного электрозондирования трехэлектродной установкой, позволяет повысить точность определения местоположения неоднород- 35 ности за счет размещения первого измерительного электрода в забое горной выработки на кратчайшем расстоянии от неоднородности, вблизи которой максимально изменяется электрическое 40 поле. При перемещении второго измерительного электрода последовательно увеличивается размер измерительной линии, что обеспечивает дальность получаемой информации впереди забоя

45 горной выработки.

Перемещение только одного измерительного электрода при фиксированном

50 положении остальных электродов сокращает время проведения работ, что ускоряет процесс определения местоположения неоднородности.

Формула и з о б р е т ения 1. Способ .выявления неоднородности иэ одиночной горной выработки, при котором вводят в массив горных пород ток через пару питающих электродов, расположенных вдоль оси горной выработки, измеряют и фиксируют величину этого тока и разность потенциалов между двумя измерительными электродами при их перемещении, производят повторный цикл измерений на следующей точке замера и по изменению величины отношения разности потенциалов к величине тока определяют местоположение неоднородности, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и ускорения процесса определения местоположения неоднород" ности, первый измерительный электрод заземляют в забое горной выработки, питающие электроды заземляют на рас- стоянии L от первого измерительного электрода, превышающем глубину h исследования, второй измерительный электрод. при фиксированном положении остальных электродов последовательно перемещают по выработке от первого измерительного электрода к питающим электродам, а при повторном цикле измерений первый измерительный элект- род располагают на расстоянии L от забоя, которое выбирают из соотношения

О, 41. с L, с О, 61..

2. Способ по п.1, отличаю— шийся тем, что расстояние L от первого измерительного электрода до питающих электродов выбирают из соотношения

18h с L с 22h.

1453350

dlfe

% 20

10 зи, %

1453350

0,$

01

Составитель А.Цветков

Техред М.Дидык Корректор В.Гирняк

Редактор Л. Гратилло

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7281/43 Тираж 483 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5