Способ определения деформаций массива горных пород и устройство для его осуществления

 

Использование: определение напряженно-деформированного состояния массива горных пород. Сущность изобретения: в зону скольжения массива горных пород бурят наклонную скважину. В скважину устанавливают обсадную трубу. Затрубное пространство заполняют цементным раствором . Опускают в скважину устройство для определения деформаций. Устройство содержит блок намагничивания и феррозонд с элементом компенсации магнитного поля При спуске размагничивают обсадную трубу. При подъеме устройства измеряют фоновые значения напряженности магнитного поля, При повторном спуске устройства с помощью блока намагничивания наносят на обсадную трубу магнитные метки . Метки наносят магнитным полем не менее 0,5 кА/м, При подъеме устройства определяют величины начальной остаточной намагниченности меток. По изменению остаточной намагниченности меток оценивают изменение напряженно-деформированного состояния массива. При длительных измерениях в зонах критических деформаций на обсадную трубу наносят дополнительные магнитные метки. 2 с. и 2 з п. ф-лы, 5 ил. (/) С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАР СТВ Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4731258/03 (22) 09.06.89 (46) 30.04.92. Бюл. N -16 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (72) С.Я.Пята, Б.А.Раннев, А.П.Шафоростов и В.С.Чмыхалов (53) 622.831 (088.8) (56) Ямщиков B.Ñ. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов, — M. Недра, 1982, с. 98, Авторское свидетельство СССР

М 422840, кл, Е 21 В 47/00, 1974. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: определение напряженноо-деформирован ного состояния массива горных пород. Сущность изобретения; в зону скольжения массива горных пород

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения напряженно-деформированного состояния массива горных пород.

Цель изобретения — повышение информативности измерений, надежности и разрешающей способности измерений, На фиг. 1 представлена конструкция устройства для определения деформаций массива горных пород; на фиг. 2 — схема установки устройства в массиве; на фиг. 3 - зависимость напряженности магнитного (s1)s Е 21 С 39/00, Е 21 В 47/00 бурят наклонную скважину. В скважину устанавливают обсадную трубу. Затрубное пространство заполняют цементным раствором. Опускают в скважину устройство для определения деформаций. Устройство содержит блок намагничивания и феррозонд с элементом компенсации магнитного поля, При спуске размагничивают обсадную трубу. При подъеме устройства измеряют фоновые значения напряженности магнитного поля, При повторном спуске устройства с помощью блока намагничивания наносят на обсадную трубу магнитные метки. Метки наносят магнитным полем не менее 0,5 кА/м. При подъеме устройства определяют величины начальной остаточной намагниченности меток. По изменению остаточной намагниченности меток оценивают изменение напряженно-деформированного состояния массива. При длительных измерениях в зонах критических деформаций на обсадную трубу наносят дополнительные магнитные метки. 2 с, и

2 з,п. ф-лы, 5 ил, поля вдоль обсадной трубы после ее размагничивания и нанесения магнитных меток; на фиг. 4 — то же, после ее деформации; на фиг.

5 — зависимость остаточной намагниченности обсадной трубы от приложенных к ней механических напряжений.

Устройство для определения деформаций массива горных пород (фиг. 1) включает корпус, выполненный в виде двух герметичных секций 1 и 2, промежуточную штангу 3, соединяющую секции 1, 2, штангу 4 для доставки устройства в обсаженную скважину, 1730451 герметичные муфты 5 — 7, соединяющие секции 1 и 2 со штангой 4 и промежуточной штангой 3, и центраторы 8 — 10.

В секции 1 размещен блок намагничивания, состоящий из последовательно соединенных источника 11 стабилизированного тока, выполненного в виде батареи накопительных емкостей, электронного ключа 12 и электромагнита 13 с полюсными наконечниками 14, 15. Корпус секции 1 снабжен двумя кольцевыми элементами 16.

17 из магнитомягкого материала, разделенными между собой цилиндром 18 из диамагнитного материала и совмещенными с полюсными наконечниками 14, 15. Для обеспечения стабильности параметров намагничивания обсадных труб различного диаметра на кольцевые элементы 16, 17 могут быть установлены сменные насадки 19, 20, В секции 2 размещен преобразователь магнитного поля, выполненный в виде феррозонда 21, снабжен ного элементом 22 компенсации магнитного поля, На схеме установки устройства в массиве (фиг. 2) обозначены: берма 23 уступа карьера, зона А скольжения крутопадающих напластований массива 24 горных пород, скважина 25, обсадная труба 26. цементный раствор 27.

Способ осуществляют следующим образом.

В массиве 24 горных пород. например, с бермы 23 уступа карьера (фиг. 2) в зону А скольжения напластований и возможного проявления горного давления бурят наклонную скважину 25, в которую устанавливают обсадную трубу 26. Для создания жесткой связи обсадной трубы 26 с массивом 24 затрубное пространство заполняют цементным раствором 27. Качество сцепления обсадной трубы 26 с массивом 24 может быть оценено по результатам акустической или радиометрической цементометрии.

В скважину 25 с помощью штанги 4 или на кабеле опускают устройство для определения деформаций, Во время спуска осуществляют предварительное размагничивание обсадной трубы 26 путем создания переменного затухающего магнитного поля. Создание такого поля осуществляется полюсными наконечниками 14. 15 электромагнита 13 (фиг. 1) при прохождении через него переменного тока, При подьеме устройства измеряют фоновые значения 28 (фиг. 3) напряженности магнитного поля.

Затем на обсадную трубу 26 при повторном спуске устройства в дискретных точках наносят магнитные метки путем пропускания через электромагнит 13 стабилизиро5

55 ванных по амплитуде импульсов постоянного тока от источника 11. В зависимости от материала обсадной трубы, характера решаемых задач и ожидаемых величин деформаций выбирают длительность импульсов и напряженность намагничивающего поля в пределах от 0,5 кА/м до насыщения, Частоту повторения импульсов регулируют с помощью электронного ключа 12, исходя из шага меток и скорости спуска устройства, При подъеме устройства определяют величины 29 начальной остаточной намагниченности меток (фиг. 3). В связи с тем, что начальная напряженность поля магнитных меток достигает 100 — 250 10 нТл, опредез ление величины 29 выполняют с компенсацией части магнитного поля элементом 22 компенсации. Начальную величину 29 напряженности магнитного поля меток принимают за исходный уровень и относительно него осуществляют контроль напряженного состояния массива горных пород по изменению величины 30 (фиг, 4) остаточной намагниченности меток. Кроме того, по интервалу

А, на котором наблюдается снижение остаточной намагниченности меток, определяют глубинуучастка массива с повышенными значениями горного давления, например зону смещения горных пород. При этом критической величине напряженного состояния горного массива соответствует уровень напряженности магнитного поля, близкий к фоновому. При длительных измерениях в зонах критических деформаций на обсадную трубу 26 наносят дополнительные магнитные метки, располагая между ранее нанесенными.

Количественную оценку напряженнодеформированного состояния массива осуществляют по тарировочной зависимости (фиг, 5) остаточной намагниченности обсадной трубы 26 от действующих на нее механических напряжений.

Данное техническое решение позволяет повысить информативность определения напряженно-деформированного состояния массива горных пород за счет выделения зон деформаций в массиве и определения действующих в них напряжений, а также снизить трудоемкость измерений на больших глубинах, Формула изобретения

1. Способ определения деформаций массива горных пород, включающий нанесение на обсадной трубе, установленной и зацементированной в скважине, реперных магнитных меток на заданном расстоянии одна от другой, периодическое измерение их положения и определение деформаций массива, отличающийся тем, что. с

1730451 целью повышения информативности измерений, обсадную трубу после ее цементации предварительно размагничивают, а магнитные метки наносят на обсадную трубу с помощью создаваемого в ней магнитного поля напряженностью не менее 0,5 кА/м, определяют величины остаточной намагниченности меток и по ним оценивают изменение напряженно-деформированного состояния массива.

2. Способ поп.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения надежности определения при длительных измерениях в зонах критических деформаций, на обсадную трубу наносят дополнительные магнитные метки, располагая их между ранее нанесенными.

3. Устройство для определения деформаций массива горных пород, включающее корпус с.размещенным в нем преобразователем магнитного поля, штангу и измерительный блок, при этом корпус закреплен на штанге, а преобразователь магнитного поля подключен к измерительному блоку, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности измерений, оно снабжено блоком намагничивания и промежуточной штангой, преобразователь магнитного

5 поля выполнен в виде феррозонда с элементом компенсации магнитного поля, а корпус выполнен в виде двух герметичных секций, соединенных между собой промежуточной штангой, причем в одной секции размещен

10 блок намагничивания, а в другой — преобразователь магнитного поля.

4, Устройство по и. 3, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что блок намагничивания содержит последовательно соединенные источник

15 стабилизированного тока, электронный ключ и электромагнит с полюсными наконечниками, при этом корпус секции снабжен двумя кольцевыми элементами из магнитомягкого материала, совмещенными

20 с полюсными наконечниками электромагнита и разделенными между собой цилиндром из диамагнитного материала, а источник стабилизированного тока выполнен в виде батареи накопительных емкостей.

1730451

1730451

Н 10 нТл

Н 10

200 300 ЦОО биге

Составитель К.Лыков

Редактор А.Маковская Техред М.Моргентал Корректор И.Горная

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1504 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5