Способ контроля формообразования подземной выработки туннельного типа

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при создании через скважины туннельных выработок в растворимых породах. В способе осуществляется звуколокационная съемка на начальном и конечном участках подземной выработки. В процессе сооружения выработки периодически измеряют электрическое сопротивление заполняющей ее жидкости, по которому рассчитывают среднее сечение выработки. Судят о форме выработки по соотношению сечений, определенных по данным звуколокации и электрометрии. 3 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при создании в растворимых породах через скважины подземных выработок, преимущественно туннельного типа.

Известен способ контроля формы методом тарировки, включающий дозированное заполнение выработки жидкостью, отличающейся по плотности от замещаемой, с контролем перемещения уровня границы между ними и определения среднего радиального размера по формуле цилиндра для каждого приращения объема [1] Однако данный способ может характеризовать только форму выработки, близкую к цилиндру вертикального типа.

Известен способ контроля формообразования подземной выработки туннельного типа через скважины, вскрывшие растворимую породу, предусматривающий заполнение скважины и выработки токопроводящей жидкостью, например техническим рассолом с последующей звуколокационной съемкой сечений выработки [2] Однако применение данного способа в выработках туннельного типа большой протяженности ограничивается следующим.

С увеличением расстояния уменьшается угол встречи сканирующего сигнала с отражающей поверхностью и, соответственно, уменьшается мощность отраженного сигнала с определенного момента ниже порога чувствительности приемного тракта аппаратуры.

Кроме того, в зависимости от микрорельефа отражающей поверхности может иметь место "рикошет" сканирующего сигнала и, как следствие, отсутствие на приеме отраженного сигнала.

Цель изобретения создание эффективного контроля формообразования туннельных выработок в соленосных породах.

Предлагаемый способ позволяет получать комплексную информацию о форме выработки по всей ее длине и обеспечивает технологический контроль формообразования в процессе ее сооружения. При этом исключается необходимость бурения дополнительных наблюдательных скважин, что облегчает процесс контроля и сокращает затраты на его осуществление.

Цель достигается тем, что в способе контроля формообразования подземной выработки туннельного типа через скважины, предусматривающем их заполнение токопроводящей жидкостью с последующей звуколокационной съемкой сечений выработки, звуколокационную съемку выполняют на начальном и конечном участках выработки, а в процессе ее сооружения периодически измеряют электрическое сопротивление заполняющей ее жидкости, по которому рассчитывают среднее сечение выработки исходя из соотношения (1) где L суммарная длина канала с токопроводящей жидкостью; R электрическое сопротивление токопроводящей жидкости на длине L; ρ- удельное сопротивление этой жидкости; h суммарная длина скважины, через которые выполняются измерения; l длина выработки, охваченная звуколокационной съемкой; S₁ сечение скважин (заполненных рабочих колонн); среднее сечение участка выработки по данным звуколокации.

О форме выработки судят по величине соотношения сечений, определяемых по данным звуколокации и электрометрии.

В процессе электрометрических измерений в качестве токовых электродов могут быть использованы рабочие колонны труб.

В торцах туннельной выработки проводят дополнительные уточняющие электрометрические измерения.

Скважину, вскрывающую соленосную породу, в средней части туннельной выработки включают в измерительный канал.

При электрометрических измерениях величину электросопротивления токопроводящей жидкости определяют по формуле
R (2) где ΔV измеренная разность потенциалов на сопротивлении токопроводящего канала длиной L;
I_к измеренное значение тока в электропроводящем канале;
I_у измеренное значение тока утечки до образования электропроводящего канала.

Переход от сопротивления токопроводящей жидкости в измерительном канале к его геометрии выполняется путем преобразования зависимости
R_o=ρ_o (3) где ρ_о- удельное сопротивление, определяемое на том же проводнике с известной геометрией;
l_о длина проводника;
S_о сечение проводника.

Для этого из суммарной длины токопроводящего канала L выделяют участки с известной геометрией: суммарная длина (глубина) скважины h сечением S₁; длина выработки l, охваченная звуколокационной съемкой, а в последующем и электрометрическими измерениями, средним сечением .

Откуда R= + + следовательно, расчетная формула для среднего сечения участка выработки имеет вид

По величине соотношения сечений, определенных по данным звуколокации и электрометрии, устанавливают зоны сужения или расширения выработки. Так, обозначив через среднее сечение по данным звуколокации, а через . последовательность средних сечений по данным электрометрии, и сравнивая их значения, получают при > расширение зоны выработки; при < S_л сужение зоны выработки; при = близкие по форме зоны выработки; при сечения по смежным электрометрическим измерениям отличаются соответственно по знаку больше-меньше.

И, следовательно, профиль туннельной выработки будет последовательно охарактеризован в соответствии с установленными в процессе измерений соотношениями размеров сечений при сохранении подобия формы.

Кроме того, поскольку токопроводящая жидкость заполняет рабочие колонны труб, поскольку эффект подачи напряжения на помещенные в нее электроды эквивалентен приложению напряжения от источника непосредственно к этим колоннам на устье скважины.

Более точную величину сопротивления токопроводящей жидкости непосредственно в туннельной выработке получают, когда измеряют разность потенциалов в торцах выработки, исключая влияние скважин.

При создании подземной туннельной выработки удвоенной протяженности от вертикальной скважины, вскрывшей соленосный пласт в средней части выработки, к ее периферийным торцам, эту скважину включают в измерительный канал.

На фиг. 1 представлена схема измерительной электрометрической установки при двухскважинном варианте формообразования туннельной выработки; на фиг. 2 схема измерительной электрометрической установки при трехскважинном варианте образования туннельной выработки; на фиг. 3 схема профильного участка туннельной выработки.

В обсаженные гидроизолированные скважины спускают рабочие колонны труб, в том числе стационарную 1 и периодически перемещаемую (по мере отработки участка выработки) 2. В них устанавливают токовые электроды 3, 4, которые подключают к источнику 5 напряжения. В цепи подключения электродов устанавливают датчики напряжения 6 и тока 7. Кроме того устанавливают измерительные электроды 8, 9 в выработке 10 (фиг.1) и на устье (фиг.2), которые подключают к показывающему датчику 11 разности потенциалов.

Профильный участок туннельной выработки, изображенный на фиг. 3, построен по результатам комплексных измерений, где на начальном участке выработки представлены сечения 12 по данным звуколокации и последовательность сечений 13 по данным электрометрии в выработке, заполненной рассолом.

Способ реализуют следующим образом.

До сбойки скважин, через которые будут выполняться измерения, в рабочие колонны труб 1, 2 (фиг.1,2), заполненные рассолом, устанавливают электроды 3, 4, которые подключают к источнику 5 напряжения, и по указаниям датчика 7 тока судят о величине тока утечки.

После сбойки скважин и создания начального участка выработки в зоне забоя вертикальной скважины проводят его звуколокационную съемку и определяют среднее сечение 12 этого участка выработки (фиг.2). На промежуточных этапах развития выработки 10 (фиг.1,2,3) до очередного перемещения башмака рабочей колонны труб 2 на смежном участке проводят электрометрические измерения с помощью электродной установки (фиг. 1,2) и определяют величину среднего сечения 13 (фиг.3) данного участка выработки. По величине соотношения сечений 12, 13 (фиг.3) судят о профиле выработки в интервале ее развития. На заключительном этапе создания выработки проводят звуколокационную съемку на конечном ее участке (после извлечения рабочей колонны труб 2), определяют среднее сечение этого участка выработки и уточняют предшествующие результаты.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ВЫРАБОТКИ ТУННЕЛЬНОГО ТИПА через скважины, вскрывшие растворимую породу, включающий заполнение скважин и выработки токопроводящей жидкостью, например техническим рассолом, звуколокационную съемку сечений выработки и определение среднего сечения S₂ участка выработки, отличающийся тем, что звуколокационную съемку выполняют на начальном и конечном участках выработки, перед сооружением выработки задают проектные постоянные технологические величины суммарной длины L канала с токопроводящей жидкостью, суммарной длины (глубины) h скважин, через которые выполняют измерения, длину l выработки, охваченную звуколокацией, и сечение S₁ скважин (рабочих колонн), а в процессе сооружения выработки периодически измеряют посредством устанавливаемых в скважину электродов электрическое сопротивление R заполняющей жидкости и определяют величину среднего сечения выработки по формуле

где ρ - удельное сопротивление токопроводящей жидкости,
затем сравнивают значения средних сечений на различных участках выработки, при этом на средних участках формообразования устанавливают по величинам средних сечений на различных участках выработки, определяемым электрометрическим, а на начальном и конечном участках по величинам средних сечений, определяемым звуколокацией и электрометрически, а при фиксируют расширение зоны выработки, при - сужение зоны выработки, а при близкие по формуле зоны выработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3