Способ определения контура пустот в зоне горных работ

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик и983619 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 28. 07. 81 (21) 3323782/18-25

3 (51) M. K .

G 01 V 3/02 с присоединением заявки ЭЙ

3Ъаударственный комитет

СССР (23) Приоритет— ло делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.12.82. Бюллетень №47

Дата опубликования описания 23 . 12 .82 (53) УДК550.837. (088.8) B.Т.Умрихин, S.Ô.Èàòþûå÷êèH, Ю;Г.Мясников, Ю.Ф.Кренида и С.A.ÌåäÿíöåB (72) Авторы изобретения и

4

Ф

Украинский филиал Всесоюзного научно--иссдедоватейьского института горной механики и,маркшейдерского " де)4 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТУРА ПУСТОТ В ЗОНЕ

ГОРНЫХ РАБОТ

Изобретение относится к разведочной геофизике, а именно к ñïîñîбам определения контура пустот в зоне горных работ геофизическими методами, в частности методом сопро. тивлений,и может найти применение в инженерно-геологических изысканиях для строительства зданий и сооружений, расположенных над горными работами, может быть использован для геофизической разведки карстов, тектонических нарушений и некоторых рудных залежей.

Известен способ определения изме нения удельного сопротивления пород путем измерения разности фаз между составляющими магнитного поля, предназначенный для обнаружения наличия или отсутствия туннеля под земной поверхностью 11).

Недостатком данного способа является его ограниченные функциональные воэможности: способ рассчитан на поиск туннеля, т.е. вытянутых подземных пустот, на глубине около

30 м и поперечным сечением до 4 м причем наилучшие результаты получают при горизонтальном расположении искомых туннелей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ определения контура пустот в зоне горных работ, который заключается в том,что на земной поверхности измеряют по заданной системе профилей параметры электрического поля,возбужденного с помощью системы электродов-заэемлителей, один из электродов, подсоединенный к одному полюсу источника тока, размещают в скважине на глубине, превышающей глубину,исследуемого пространства, zo а другие электроды, подсоединенные к другому полюсу источника тока — на поверхности земли в точках, расстояние от которых до устья скважины превышает пределы

3 98361 исследуемого участка, результаты измерений корректируют между собой и по ним судят о наличии пустот.

Обычно по радиальным профилям от устья скважины измеряют разность потенциалов. По результатам измерений проекция, например, дальнего контура нефтегазоносного (высокоомного ) пласта на дневную поверхность будет отмечаться областью повышен- о ных значений потенциала и, следовательно, аномалией повышенных значений кажущегося удельного электрического сопротивления, вытянутой вдоль дальнего контура. Та часть контура,ко- 15 торая находится ближе к скважине, на графиках $ не будет находить чет° кого проявления. Поэтому после выявления залежи приступают к ее оконтуриванию. Для этого нижний питающий электрод оставляют в скважине на прежней глубине, а верхний переносят поближе к выявленному местоположению дальнего контура и заземляют на поверхности земли. При пропускании тока в землю токовые линии будут экранироваться высокоомным продуктивным пластом. Измеряя на земной поверхности разность потенциалов по профилям, исходящим в данном случае s разные стороны от питающего верхнего электрода, по повы-шенным значениям кажущихся удельных электрических сопротивлений определяют контур залежи, т.е. контур находит свое проявлейие на кривых в виде максимума, абсцисса экстремальной точки которого должна соответствовать расстоянию от верхнего питающего электрода (по проФилю в плане) до контура залежи $2 ).

Данный способ может быть применен для определения контура пустот в зоне горных работ, однако он имеет ,ряд недостатков, главным из которых является низкая надежность определения контура искомых объектов, в том числе и пустот. .Низкая надежность способа обусловлена применением для создания

50 электрического поля двухэлектродной питающей установки, один из электродов заземлен в скважине, а другой на земной поверхности. Электрическое поле двухэлектродной установ- 55 ки распространяется в пространстве симметрично относительно оси установки, т,е. в пространстве ориентиро9 4 вано преимущественно линейно, в связи с чем ориентировка оси установки в пространстве относительно исследуемого участка имеет большое значение при проведении геофизических исследований по определению контура объекта. Наилучшим является расположение обоих питающих электродов установки по оси скважины, т.е. вертикально, так как в этом случае электрическое поле будет распространяться симметрично относительно оси скважины в пределах всего исследуемого массива пород. Однако при вертикальном расположении питающей установки невозможно определить контуры объектов, располагающиеся от оси скважины на расстояниях, меньших размера зоны влияния верхнего питающего электрода на результаты измерений электрического поля. В связи с этим возникает необходимость использования по меньшей мере двух систем расположения питающих электродов .в пространстве.

Целью изобретения является повышение надежности определения контура пустот путем концентрации и симметричного распределения электрического поля относительно оси скважины.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения контура пустот в зоне горных работ, заключающемуся в измерении на земной поверхности по заданной системе профилей параметров электрического поля, созданного с помощью системы электродов-заземлителей, один из электродов, подсоединенный к одному полюсу источника тока, размещают в скважине на глубине, превышающей глубину исследуемого пространства, а другие электроды, подсоединенные к другому полюсу источника тока, - на поверхности земли в точках, расстояние от которых до устья скважины превышает пределы исследуе-, мого участка, результаты измерений корректируют между собой и по ним, судят о наличии пустот, электроды на поверхности земли размещают в вершинах правильного многоугольника, центр которого находится на устье скважины.

На фиг.1 показан принцип заземления верхних питающих электродов в вершинах квадрата; на фиг.2 — графики потенциала нормального поля для уста5 983 1 новки, используемой в данном способе; на фиг.3 — размещение электродов относительно скважины.

В пространстве между скважиной и земной поверхностью с помощью уста- 5 новки, нижний питающий электрод которой подсоединен к одному из полюсов источника тока и заземлен в скважине на глубине, превышающей глубину

1О .отработанного горизонта, к другому полюсу того же источника тока, подсоединяют четное количество, например четыре, верхних питающих электро-. да и заземляют их на земной поверхности за пределами исследуемого l5 участка в вершинах правильного многоугольника, например квадрата, центр которого находится на устье скважины. По выбранной системе профилей наблюдения, осуществляют измерения электрического поля.

Вариант 1. По радиальной системе профилей наблюдения, проходящих через устье скважины, осуществляют измерения потенциала электрического поля

25 с последующим построением эквипотенциальных линий.

Вариант 2. По прямоугольной систе-. ме профилей наблюдения, параллельных диагонали, для четырех питающих электродов (сторонам квадрата ), осуществляют измерения градиента потенциала электрического поля с последующей корреляцией наблюдаемых графиков. 35

После проведения измерений электрического поля на исследуемом участке при данном заглублении нижнего питающего электрода его (питающий электрод ) последовательно перемещают вверх40 по стволу скважины в область между отработанным горизонтом и пустотами расслоения за счет подработки и повторяют измерения электрического поля по той же системе профилей наблюде- а5 ния при оставлении верхних питающих элекродов на прежних местах.

Принцип заземления верхних питающих электродов в вершинах квадрата показан на фиг.1. Чтобы площадь исследуемого участка 1 .яе попадала в области 2 влияния на результаты измерений электрического поля верхних итающих электродов 3 8 соответ: SS ствии с требованиями теории электроразведки,полудлину диагонали многоугольника (квадрата ) выбирают равной не менее полутора

9 6 расстояниям наиболее удаленной точки 4 исследуемого участка от устья скважины, в которой помещен скважинный электрод 5, т.е.

3 - 5>/ 3/2 расстояния между точками

4и5.

Ориентировка диагоналей квадрата зависит от выбранной системы профилей наблюдения. При использоь нии радиальной системы профилей наблюдения,исходящих из устья скважины, диагонали квадрата могут быть ориентированы произвольным образом. При выборе прямоугольной системы профилей наблюдения в целях удобства обработки измеренных результатов диагонали квадрата желательно ориентировать вкрест и по простиранию пород, либо под углом 45 к линии простирания в зависимости от параллельности профилей диагоналям либо сторонам квадрата.

После монтажа питающей установки включают источник тока, добиваются равенства стекающих токов у размещенных вдали от скважины электродов, пускают электрический ток в исследуемый массив. По выбранной системе профилей наблюдения проводят съемку значений электрического поля.

Съемки можно проводить в двух вариантах.

Вариант 1. Съемку потенциала электрического поля осуществляют по радиальной системе профилей наблюдения с построением эквипотенциальных линий. По положению эквипотенциальных линий судят о положении контура пустот в пределах отработанного горизонта.

Вариант 2. Съемку градиента потенциала электрического поля осуществляют по прямоугольной системе профилей наблюдения. Пустоты отработанного горизонта, обладающие сопротивлением

= СО, будут экранировать электри", ческий ток, плотность тока над пустотами будет иметь MHHHMBJlbHble значения, На границах пустот плотность тока над пустотами будет иметь минимальные значения. На границах пустот плотность тока значительно возрастет и границы пустот будут отмечаться аномалиями повышенных значений градиента потенциала. Контур пустот определяют корреляцией наблюденныл графиков градиента потенциала.

9836

40

55

После проведения по выбранной системе профилей измерений потенциапа (градиента потенциала) питающий электрод, находящийся в скважине, перемещают вверх по ее стволу в область между обработанными горизонтом и пустотами расслоения.

Электроды 3, заземленные на земной поверхности, оставляют на прежних

) местах. Повторяют измерения потенциала (градиента потенциала) по той же системе профилей наблюдения и по результатам съемки определяют контур пустот расслоения.

На фиг.2 показаны графики потенциала 0 нормального электрического поля для используемой в способе системы размещения питающих электродов, рассчитанные для однородной среды щ0 (фиг.3) с сопротивлением f = 40 Ом при токе питания J = 500 мА и глу":ине нахождения питающего. электрода

5 в скважине и = 60 м, по профилю, располагающвмуся на оси Х. Здесь 25

3 и 3 - верхние питающие электроды

5 - нижний питающий электрод; а расстояние от электрода до устья скважины; J - величина тока, стекаю. цего через катодный электрод. 30

Потенциал в точке, находящейся на расстоянии от устья скважины для испо-Ib3yevoA в способе системы размещения питающих электродов, вычисляют по формуле

-9 4 + х- вж с+ х ах

2. .Я» х VS»+X» ) Уравнению соответствуют графики

1-6 нормального поля, вычисленные для отношений Д И = 1-6. Линия 7 обозначает границу влияния верхних питающих электродов на результаты измерений электрического поля, ее положение определяется по теории электроразведки; измерения правее линии 7 зависят от влияния верхних питающих электродов. Как видно из графиков нормального поля, распределение потенциала близко к линейному для отношени" Ol(9 = 3-6. Оптимальный размер исследуемого участка следует выбирать для таких соотношений г1(ф, у которых распределение потенциала наиболее близко к линейному.

Наименьший размер исследуемого участ19 8 ка (фиг.2) соответствует соотношению а(= 3.

Для учета влияния неоднородностей рыхлых отложений на результаты измерений электрического поля по данному способу на исследуемом участке проводят электроразведочные работы установкой электропрофилирования с малыми разностями и вертикальные электрические.

Способ предполагает равенство переходных соспротивлений всех четырех верхних питающих электродов, заземляемых на земной поверхности, и обеспечение равенства величины стекающих с этих электродов токов.

Данный способ повышает надежность определения контура пустот в зоне горных работ благодаря следующим достоинствам.

Электрическое поле сконцентрировано в исследуемом пространстве и распределено в нем симметрично относительно.оси скважины, что достигнуто за счет создания поля питаюцей установки, используемой в способе.

За счет концентрации и симметричного относительно оси скважины распределения в изучаемом пространстве электрического поля идентифицированы условия проведения геофизических исследований, т.е. на результаты измерений по выбранной системе профилей наблюдения в пределах всего исследуемого участка влияет один и тот же объем пород, что дает возможность сравнивать количественно измеренные графики электрического поля.Геофизические исследования проводятся по одной системе профилей, что создает удобства B сопоставлении измеренных графиков электрического поля..На результаты измерений электрического поля не влияют верхние питающие электроды, заземленные на земной поверхности, поэтому на измеренных графиках потенциала (градиента потенциала I можно определять положение как ближнего, так и дальнего от скважины контура искомого объекта. Это достигается за счет разнесения верхних питающих электродов за границы исследуемого участка. За счет того, что измерения электрического поля в предлагаемом способе проводятся вне области влияния верхних питающих электродов, т.е. ниже линии 7 (фиг.2 )минимальный

9836 формула изобретения

9 размер оконтуриваемого объекта не ограничивается.

Способ позволяет определять контур пустот расслоения, располагающихся над отработанным горизонтом.

Это достигается перемещением питающет го электрода, заземленного B скважине, вверх.по ее стволу в область между отработанным горизонтом и пустотами расслоения при оставлении в верхних питающих электродов на прежних местах. Измерения электрического поля в этом случае проводятся по той же системе профилей наблюдения, что и при определении контура пустот отработанного горизонта.

19 10 глубине, превышающей глубину исследуемого пространства, а другие электроды, подсоединенные к другому полюсу источника тока, — на гоаерхности земли в точках, расстояние от которых до устья скважины превышает пределы исследуемого участка, ре,зультаты измерений корректируют между собой и по ним судят о н аличии пустот, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности определения контура пустот путем концентрации и симметричного распределения электрического поля относительно оси скважины, электроды на поверхности земли размещают в вершинах правильного многоугольника, центр которого находится на устье скважины.

Способ определения контура пустот в зоне горных работ, в котором на земной поверхности измеряют по заданной системе профилей параметры электрического поля, возбуждаемого 2s с помощью системы электродов-заземлителей, один из электродов, подсоединенный к одному полюсу источника тока, размещают в скважине на

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США и Ц074309 кл. 324-1 опублик. 1978.

2. Саковцев Г,П., Резодубов А.А.

Методы скважинной электроразведки при поисках и разведке рудных место- . рождений. И., "Недра", 1968, с.9- 18 (прототип).

983619

Составитель Л. Воскобойников

Реда ктор Н. Гунь ко Техред М. Гергель Корректор М.Демчик

Заказ 9914/54 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4