Электродное устройство для оценки монолитности горных пород

 

О П И С А Н И Е (972318

ИЗЬБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.01.81 (21) 3238833/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл, G 01 V 3/00

Гссудлрственмй камнтет

СССР

Опубликовано 07.11.82. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 17.11.82 (53) УДК 550.837 (088.8) лв илам нзеаратеннй н еткрмтий (72) Автор изобретения

i

t

Туркменская геологическая экспедиция Управien a геологии Туркменской CCP (71) Заявитель (541 ЭЛЕКТРОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ

МОНОЛИТНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к геоэлектроразведке с использованием постоянного тока и предназначено для оценки монолитности горных пород посредством кругового профилирования, преимущественно для использования при поисках и оценке месторождений облицовочного камня, однако, может быть использовано, например, при параметрических измерениях удельного сопротивления горных пород и т.д.

При оценке качества строительного камня необходимо определение блочности, предусматривающее изучение формы естественных блоков (опредляемой расположением трещин и слоистостью), размеров возможных блоков (определяемых частотою трещин выхода блоков в доле от вынутой горной массы и характера изменения расположения и частоты трещин с глубиной.

Известны способ и устройства изучения трещинной тектоники месторождений строительного камня, которые предусматривают выбор на площади месторождения ряда одинаковых площадок, например 50х50 м и более, расчистку их от наносов, замеры трещин на поверхности горным компасом и рулеткой и статическую обработку на диаграммах (1) .

Существенным недостатком известных способа и устройств является большая трудоемкость в использовании.

Использование устройств электроразведки обеспечивает более высокую производительность геологоразведочных работ.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, которое содержит питак щие электроды, между которыми размещены измерительные электроды, размещенные между собой (2).

С помощью любого электроразведочного измерителя, подключенного к этим электродам, можно оценивать монолитность горных пород путем измерения их удельного электрического сопротивления, перемещая электроды по кругу относительно точки измерения.

В основу интерпретации круговых диаграмм положена зависимость кажущегося сопротивления от направления измерительной установки относительно элементов залегания пласта. Небольшая площадь месторождений облицовочного камня (редко больше 1 км, в основном 0,1 — 0,4 км ) делает желательным использование установок с малыми раз97231

25

3 носами питающих заземлений и измерительных электродов. Однако применение известных переносных электроразведочных приборов трудоемко,так как для измерений на местности необходимо в каждой точке наблюдения вручную фиксировать направления измерительных электродов относительно питающего электрода, что препятствует повышению производительности кругового профилирования при малых разносах питающих и измерительных электродов установки.

Цель изобретения — повышение производительности труда.

Поставленная цель достигается тем, что в электродном устройстве для оценки монолитности горных пород, содержащем питающие электроды, между которыми размеи ены измерительные электроды, разнесенные между собой, по крайней мере, один из измерительных электродов выполнен из электроизолирующего материала в виде кругового заземления, содержащего размещенные по кругу металлические скобы, заостренные концы которых выведены наружу с одной стороны электроизолирующего материала, а плоские поверхности которых размещены на другой его стороне, снабженной плоским подвижным съемным контактом, соединенным с центром кругового заземления телескопическим выдвижным штоком.

При этом ширина скоб, расстояния между ними на длинномерном круговом заземлении и длина плоского контакта обеспечивают получение непрерывной записи.

На фиг. 1 изображено электродное устройство с измерительным прибором; на фиг. 2 — прибор, разрез; на фиг. 3 — выполнение кругового заземления; на фиг. 4— схема круговой диаграммы в случае монолитных пород; на фиг. 5 — то же, при ориентированной в одном направлении трещиноватости; на фиг. 6 — то же, в случае сильно трещиноватых пород.

Устройство для оценки монолитности горных пород (фиг. 1) содержит переносной ранцевый прибор 1 и по крайней мере одно круговое заземление 2. Конструкция измерительной линии зависит от типа установки.

Для трехэлектродной установки, используют два круговых заземления — внешнее 2 и внутреннее 3. Диаметр внутреннего заземления постоянный (рекомендуется 0,5 м), диаметр внешнего может быть изменен в зависимости от детальности работ, но предпочтительно 6 м, т. е. длина его составит

19 м. При использовании двухэлектродной установки внутреннее заземление 3 отсутствует.

Прибор 1 (фиг. 1 и 2) имеет корпус 4 с крышкой 5. Конструктивные и схемные части прибора соответствуют переносному электроразведочному прибору, например компенсатору АЭ вЂ” 72, имеющему схему электронной автокомпенсации с непосредственным отсчетом измеряемой разности потенциалов

8

4 и показывающий прибор. С переносным ранцевым прибором совмещен телескопический выдвижной шток 6, несущий на своих концах схемные контакты 7 и 8 при трехэлектродной установке или съемный контакт 8 при двухэлектродной.

Выдвижной шток соединен с размещенной по вертикальной оси корпуса прибора стойкой, которая выполнена в виде двух соосных наружной 9 и внутренней 10 трубок. Наружная трубка скреплена с дном корпуса, а внутренняя может вращаться и верхним своим концом жестко скреплена с диском 11. Нижний конец наружной трубки проходит через отверстие в корпусе прибора и через упорный шарикоподшипник (фиг. 2)

12 соединен с питающим электродом 13. Второй питающий электрод 14 (фиг. 2) относится при трехэлектродной установке на расстояние, в 10 — 15 раз превышающее расстояние между измерительными электродами, т.е. в «бесконечность», и представляет собой медный стержень вбиваемый в грунт. Стержень соединен схемой прибора проводом.

При двухэлектродной установке в «бесконечность» относится также и один измерительный электрод 14 от второго питающего заземления и другого измерительного электрода и представляет собой также медный стержень, соединенный приводом с электронной схемой прибора. Внутренняя трубка несет на себе поперечный переходник 15, который соединен со штоком посредством шарнира 16. Благодаря этому телескопический выдвижной шток выполнен откидным в вертикальной плоскости. Укрепленные на боковой поверхности корпуса прибора пружинящие скобы 17 служат для фиксации штока в положении для транспортировки устройства.

На внутренней поверхности крышки прибора с зазором над диском установлен самописец 18, обеспечивающий автоматическую запись показаний разности потенциалов в измерительной линии на круговую диаграмму, помещаемую на диск. Если в качестве прибора использован электроразведочный компенсатор АЭ-72, то рекомендуется включение самописца Н вЂ” 349 без лентопротяжного механизма вместо имеющегося в приборе стрелочного прибора, и последовательно с самописцем миллиамперметра того же класса, что обеспечивает наблюдение величины сигнала в процессе записи. Для исключения вращения прибора в процессе измерения корпус прибора имеет выдвижной фиксатор 19 (фиг. 2), выполненный в виде штыря из диэлектрика, вдавливаемого в грунт. Для переноса прибора предусмотрены заплечные ремни 20 и 21.

Круговое заземление для монтажа измерительных линий устройства представляет собой гибкий жгут 22, в качестве которого целесообразно использовать, например, рези972318

10

40

Формула изобретения

50

S5 новые шланги. Они служат для нанесения измерительных электродов 23, каждый из которых выполнен в виде скобы из электропроводящего материала. Штыковые концы скоб обеспечивают контакт с грунтом, а верхние плоские их части взаимодействуют с плоским контактом 24 измерительного электрода. Длины скоб по окружности длинномерных элементов и размеры плоских контактов измерительных электродов таковы, что они обеспечивают непрерывную запись при развороте штока.

Устройство обслуживают оператор и его помошники, работает оно следующим образом.

На изучаемой площади намечают центры для круговых исследований. Выбор центров осуществляется так, что центры кругового профилирования намечают по квадратной сетке 1х1, 2х2 м и т.д. Такая упрощенная наметка центров оказывается возможной в связи со спецификой изучения монолитности горных пород. В каждый из центров помешают прибор, устанавливая его питающим электродом 13. По окружности радиусом 1,2 или 3 м разносят вокруг прибора круговое заземление, вдавливая электроды 23 в грунт.

При трехэлектродной установке питающее заземление 14 относится «в бесконечность».

При двухэлектродной в «бесконечность» относится также и измерительный электрод 7.

На поверхности горных пород отмечают направление магнитного меридиана, например, тонкой бечевкой. По этому направлению устанавливают питающее заземление 13, измерительные электроды 7 и 8 и фиксатор 19.

Самописец 18 установлен под крышкой 5 таким образом, что при выполнении вышеописанных операций направление записи самописца на диаграмме будет соответствовать данному направлению. Оператор в зависимости от требуемой детальности работ устанавливает расстояние между питающим электродом 13 и измерительными электродами 7 и 8 изменением длины выдвижения штока 6. Затем производят настройку прибора, которая заключается в последовательном подборе напряжения в питающей линии, необходимого для создания такой разности потенциалов hU в измерительной линии, при которой возможна запись изменения hU самописцем на круговую диаграмму.

После настройки прибора на питающие заземления подают подобранную разность потенциалов, на круговую диаграмму сначала записывают силу тока в питающей линии.

Она отображается окружностью 25 (фиг. 4—

6). Так как питающие заземления 13 и 14 остаются неподвижными во время записи и их сопротивления не меняются, записывать силу тока в питающей линии можно лишь в начале или в конце замеров на одной точке стояния. Затем измеряют Ы) в измеритель15

30 ной линии. Помощник оператора при трехэлектродной установке осуществляет разворот штока 6 и скольжение контактами 24 измерительных электродов 7 и 8 по скобам длинномерного элемента. При двухэлектродной установке скольжение осу1цествпяется лишь контактом измерительного электрода 8.

Теоретически, график DU на круговой диаграмме, построенной над изотронной ср»дой (в конкретном примере — llo3, монолитными породами, без трещин, вторичных изменений и т. д.) представляет собой окружность 26 (фиг. 4). Степень отклонения графика hU от теоретического (т. е. от окружности) зависит от частоты и направления трещиноватости, от вторичных изменений, от степени выветренности горных пород. Эта зависимость положена в основу интерпретации круговых диаграмм.

На фиг. 5 показаны схемы круговых диаграмм над участком с четкой системой тр»щин — позиция 27; а на фиг. 6 — над участком сильно трешиноватhlx пород — позиция 28.

Устройством можно оценивать монолитность горных пород под слоем рыхлых отложений с мощностью до двух метров при и»реносном ранцевом исполнении прибора. Устройство пригодно для оценки монолитности горных пород и под отложениями много большей толщины, например до 10 м. Для этого требуется увеличение вылета телескопического штока, удлинение гибкого кругового заземления, что, естественно, утяжеляет прибор и потребует выбора соответствующего транспортировочного средства. При отсутствии рыхлых отложений скольжение контактами 24 измерительных электродов 7 и 8 осуществляют непосредственно по поверхности горных пород и длинномерные элементы с электродами не используются.

Преимуществами изобретения являются повышение производительности полевых и камеральных работ, возможность широкого их проведения на малых площадях, а также повышение достоверности и улучшение качества получаемой информации.

Электродное устройство для оценки монолитности горных пород, содержащее питающие электроды, между которыми размещены измерительные электроды, разнесенные между собой, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности труда, по крайней мере один из измерительных электродов выполнен из электроизолирующего материала в виде кругового заземления, содержащего размещенные по кругу металлические скобы, заостренные концы которых выведены наружу с одной стороны электроизолирующего материала, а плоские поверхности которых размещены на другой его сто972318 роне, снабженной плоским подвижным съемным контактом, соединенным с центром кругового заземления телескопическим выдвижным штоком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Беликов Б. П. О методике изучения трещинной тектоники месторождений строительного камня. М., 1953, с. 1 — 32.

2. Якубовский Ю. В., Ляхов Л. Л. Электроразведка. М., «Недра», 1964, с. 74 — 76 (прототип) .

972318

22 фиг. д

0 ф р 6

27

uz. юг.б

Составитель Л. Воскобойников

Редактор А. Лежни на Техред И. Верес Корр екто р Г. О г ар

Заказ 8061/31 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП сПатент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4