Способ контроля площади зоны разрыва горных пород

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 181280 (21) 3242761/18-25 (51 J М. Кд З с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

G 01 V 3/18

Госуларстиенный комитет

СССР но лелам изобретений и открытий

Опубликовано 1509.82. Бюллетень ¹ 34

Дата опубликования описания 150982 (53) УДК550. 837 (088. 8) О.И.Чернов, Г.И.Шемякин, М. В.Курленя тН.Г.1@F1...

У„, 4 ъ "

4::

Институт горного дела Сибирского отделен ЖН СССР -;;, / (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЛО1ЦАДИ ЗОНЫ РАЗРЫВА

ГОРН61Х ПОРОД

Изобретение относится к технике контроля параметров разрыва горных пород и, в частности, предназначено для определения площади раскрытия 5 трещины вокруг скважины.

Известен способ контроля площади зоны разрыва горных пород, основанный на регистрации раскрытия трещин при гидрорасчленении и заключающий- 10 ся в осуществлении электромагнитного возбуждения обсадной колонны скважины, для чего к ее устью подключают источник электромагнитных колебаний, выбирают частоту источника иэ условия сопоставимости системы скважина гидрорасчлененный участок угольного пласта с электрической однопроводной длинной линией, измеряют полное входное сопротивление нагрузки источника 20 электромагнитных колебаний и по величине этого сопротивления судят о площади зоны гидрорасчленения угольного пласта (1J.

Однако этот способ позволяет осуществлять контроль за изменением площади зоны гидроразрыва лишь в непроводящих породах. При хорошей проводимости, например в полиметаллических рудах, порода оказывает экранирующее воздействие и данный способ неприменим.

Наиболее близким к данному техническому решению является способ контроля площади зоны разрыва горных пород, в котором с помощью электродной установки измеряют сопротивление горных пород в зоне трещины скважины, по которому определяют площадь зоны разрыва горных пород E2).

В этом способе определяют сопро- тивление горных побод между трещиной и поверхностью горной выработки.

Эта особенность является и недостатком указанного способа, так как измеряется интегральный эффект"*от трещины и массива горных пброд, что дает невысокую точность измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля площади эоны разрыва горных пород, в кото- " ром с помощью электродной установ= " ки измеряют сопротивление горных пород в зоне трещины скважины, по которому определяют площадь зоны разрыва горной породы, размещают в скважине по обе стороны зародышевой трещины электроды и измеряют сопротивле-, ние между ними до и после разрыва породы, по соотношению которых судят

95 9008. об Н3МеНеН Н площади горной породы.

На фиг.1 показана схема проведения контроля площади зоны разрыва горных пород до осуществления разрыва; на фиг.2 — после осуществления 5 разрыва, на фиг.3 - разбиение площади зоны разрыва на условные кольца.

На фигурках приняты следующие обозначения: массив горных пород 1, скважина 2, зародышевая трещина 3, 10 пакер 4, электрод 5, труба 6, трещина после разрыва горных пород, соединительные провода 8, измеритель сопротивления 9, радиус скважины г, ширина условного кольца !5

drn ñîïðîòèâëåíèå условного кольца Rr,, При выполнении разрыва в массиве

1 бурят скважину 2, в которой создают зародышевую трещину 3 и по обе З1 стороны этой трещины устанавливают две пакера 4. Межпакерное пространство через трубу б заполняют жидкостью или газом и создают давление, при котором образуется трещина 7. Отметим, что разрыв горной породы можно осуществлять взрывным способом. В этом случае пакеры 4 и труба,б не нужны.

При использовании пакеров 4 на их боковой поверхности устанавливают электроды в виде спирали 5. При взрывном способе образования трещины эти электроды устанавливают два раза: до и после взрыва. Электроды подсоединяют к измерителю сопротивления (мосту постоянного тока) 9 с; помощью проводников 8.

Данный способ основан на увеличении сопротивления между электродами

5 при образовании трещины за счет увеличения пути, по которому проте- 40 кает ток через массив от одного электрода к другому.

Сопротивление между электродами условно можно рассматривать как два 45 последовательно соединенных и равных сопротивлений, одно из которых соответствует сопротивлению породы от одного электрода до кончика трещины,. а другое — от кончика трещины до другого электрода. Другими словами, каждое из двух сопротивлений представляет из себя кольцо, ограниченное окружностью скважины и кончиком тре-. щины. !

Разобьем это кольцо на множество других условных колец, сопротивления которых относительно своих ограничивающих окружностей равны между собой (фиг.3). Тогда сопротивление исходного кольца равно сумме сопротивлений условных колец как последователь. но соединенных. Удельное сопротивления условных колец определяются системой уравнений

9д г

1 ф\

1 о

2 рдг дг

23 ГО+аГ1+ m

У з

R g-=

2л г айаг iы w Л rl7

1о я у дг ьг Л

%3 г +аг + br .-1b< + — .

Р 1 2 " n1 2 дг

br 3= (у о+ дг1Ф дг2) (1)

3 lo o ьг гп г !о 1 2" и-1)

Очевидно, что радиус исходного кольца равен

Г=га+4г ibr i...ibf

1 2 " П или .=г,.С и„, (2) =.1 где N - количество условных колец.

Df

Примем. 1 =0,1. При этом, точо ность способа не хуже 10%, что вполне достаточно. Для увеличения точнос-.

4г ти отношение „ следует брать мень. o. шей величИйы. Используя систему уравнений (1) и выражение (2), вычислим отношение радиусов внешних окружнос- . тей условных колец к радиусу скважиI о ны, т.е, а

;где, R„, R 2, R >... R „- удельное сопротивление условных колец; — удельное сопротивление породы; д г 4г дг - расстояния между ограничивающими окружностями условных колец; га — .радиус скважины; коэффициент,учитывающий эффективную толщину колец.

Согласно условию разбиения на условные кольца R„ 82 8.=... й„.

Приравнивая каждое уравнение системы к первому уравнению и решая их относительно и г1 ьг2,дг ... b.r„, получим .новую систему уравйения

Ь

Аг2= ("о «<)

959008

1О

l значение, полученное из

О таблицы по значению n=

R — где R — сопротивле- 15

2Rn ние трещины и R„ — сопротивление любого иэ условных колец.

Коэффициент 2в знаменателеуказывает йа то,что сопротивление трещины вдва 20 раза больше сопротивления кольца, ограниченного ее кончиком и скважи- . ной. И наоборот, зная сопротивление трещины, ее радиус и радиус скважины можно определить сопротивление услов- 25 ного кольца как

2п

При этом и определяется из таблицы

У 30 по значению ", где ㄠ— радиус гО трещины. . Таким образом, по известному сопротивлению зародышевой трещины, ее радиусу и радиусу окважины, используя составленную таблицу, можно определить сопротивление условного кольца участка массива, а по сопротивлению трещины и полученному значению сопротивления условного кольца — ее радиус 0

Площадь зоны трещины очевидно равна

Так как г = 5 мм, то ㄠ— радиус трещины — должен быть равен 87 мм.

Фактический радиус трещины (определенный после разрушения образца) оказался в среднем равным 93 мм.

В таблице представлены результаты

Y вычислений отношения радиусов —"

О

При наличии такой таблицы и зная сопротивление одного условного коль» ца и радиус скважины, можно по известному сопротивлению трещины определить ее радиус как .гn г=г =г

r где r — радиус трещины, 5=Я .

Здесь форма трещины выбрана в виде круга для удобства иллюстрации расче- 45 та зоны разрыва.

Как видно, в формуле по определению сопротивления условных колец в знаменателе подставлены длины окружностей,. т.е. огибающие внешних сто- . 50 рон подобных фигур. В принципе, форма трещины может быть любой. Условие для возможности применения изобрете- . ния заключается в том, чтобы форма трещины при каждой последующей ста- 55 дии образования была примерно (в зависимости от требуемой точности) подобна форме трещины на предыдущей стадии ее образования. Практически, требуемая точность определяется чис- 60 лом подобных, фигур,, с увеличением которых можно увеличить точность определения зоны разрыва породы.

Во многих случаях, за счет применения зародышевой трещины, трещину, образованную разрывом горных пород можно считать квазикруглой, и в этом случае, правила определения площади зоны разрыва формулируются следующим образом: измеряются сопротивления до и после образования трещины, по от3 ношению где r - радиус зароды1 Ъ

О шевой трещины, определяют по таблице число условных колец соответствующих зародышевой трещине п>, умножают это число на отношение - —, где R

R сопротивление трещи нЬi; R g - сопротивление зародышевой трещины. и по полученному произведению определяют (по таблице) †„, где r — радиус трещины. Затем определяют площадь зоны разрыва как 5=юг

Одним из основных преимуществ способа является то, что на его тОчность не влияет ни состояние, ни свойства горных пород. Действительно, какие бы коэффициенты, характеризуки ие состояние и свойства горных пород, не вводить в уравнения сопротивлений условных колец, эти коэффициенты взаимно сократятся при переходе к выражению . для радиуса трещины. В предлагаемом способе применены принципы подобия, согласно которым коэффициенты, учитывающие различные факторы, у трещнн с одинаковой формой одинаковы.

Пример . В качестве измерителя сопротивления используется мост постоянного тока. Электроды выполнены из медных полос и эалужены оловянно-свинцовым припоем. Истинные размеры трещин проверяются заливкой в них эпоксидной смолы и разрушением образцов после ее затвердевания. Результаты проверки показывают хорошее совпадение истинных размеров трещин с определенными по предлагаемому способу. Так, для одного из образцов с радиусом зародышевой трещины в 10 мм и отверстием (скважиной) с радиусом в 5 мм до разрыва зафиксированно сопротивление 1,8 Ом, а после разрыва

7,2 Ом. Отношение радиусов зародыше вой трещины и скважины равно -+О =2, что согласно таблице соответствует примерно 7,5 условным кольцам у зародышевой трещины. Умножим полученное число на отношение измеренных сопротивлений которое равно =4

1 8 и получим 7,5 4=30, что согласно

rn таблице соответствует †" =17,4.

Значение данного способа для горнодобывающей промышленности состоит

959008 в тси, что он позволяет оценивать качество ведения профилактических работ по разгрузке массива методами образования искусственных трЕЩии с целью предупреждения горных ударов и выбросов, т.е. способствует безопасности работ в подземных условиях.

его значение усиливается тем обстоятельством, что перспектива добычи полезных ископаемых подземным способом связана с переходом на большие глубины, где меры по защите людей и оборудования от горных ударов и выбросов являются первостепенными.

CO

СО

1"Ъ

ОЪ л т г

l»

l с !

О

Сс

СЧ

CO ь

СЧ

° 1 ь

РЪ

МЪ а с! с

Сс

M ь с

° Ф

< 3

СЧ с

СО ь с

1»

Сс3 с ь

СО

СЧ с ь E0

00 с аА

CO с

° Ф

С Ъ. с

Ю сО

СЛ с

СЧ

С"Ъ с

an сй

1 с

%-4 сФ

Ф

СЧ с

С Ъ

Сс3

О1 с ь

Ф"Ъ а-4 с!

СЧ

ОЪ ° с

\ т 4

% !

СЪ!

СО с ь г4

CO с

С Ъ

% с

СО

an с

ln сФ с

< Ъ

С0

СО с

РЪ

C) с

an!

СЪ м

l» о

Ю

L . ч

Ю (сЪ с

Сс3

ССЪ с

° 1 с

Ф Ъ

° 1 4 с (с3 сЧ

Ю с н ь

%-! с

° !! о !,1 а3 о

1 l!l

I 1

1 1

1 1

1

С

1 1

I 1

1 I

1 1- 1

I 1.

I

1

1 с!о !

-1 1

1 1

I

1

1

3 1

I . с 1 (1- 3

3 с о

I

1 I

1 1.

1 I

I I

I I

l 8 I

1 I

1 1

I I

3I I .1 1

I g I

1

I — 3

1

1 1

Д о

I 1

I 1

Ь4

I I

1 I

I д ., I

1 i I

959008

959008

Формула изобретения

Способ контроля площади эоны разрыва горных пород, в котором с помо щью электродной установки измеряют сопротивление горных пород в зоне 5 трещины скважины, по которому определяют площадь зоны разрыва горной породы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, размещают в скважине по обе Я стороны зародышевой трещины электроды и измеряют сопротивление между ними до и после разрыва породы, по соотношению которых судят об изменении площади зоны разрыва.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 662891, кл. G 01 У 3/18, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2940710/18-25, кл. 6 01 V 3/18,. 1980 (прототип).

959008

Составитель Л.Воскобойников

Редактор Л.Авраменко ТехредМ.Надь Корректор Г.Решетник

Закаэ 7010/62 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä ул.Проектная, 4