Способ определения смещений массива горных пород

Номер патента: 1778300

Авторы: Горбунова, Топорков, Гончаров, Журин

Скачать ZIP архив.

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСО ЦИАЛ И СТИЧ ЕСКИХРЕСПУБЛИК п 9) ( 1)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Научно-производственное объединение по осушению месторождений полезньх ископаемых и специальным горным работам ".ВИОГЕМ"(56) Авторское свидетельство СССР У 1161703; кл, Е 21 С 39 Л 0; 1983.Ямщиков В.С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.; Недра, 1982, с, 1 Р 1- 182.(57) Использование: наблюдение засмещениями массива горных пород при Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при исследовании процессов сдвижения горных пород при подземной разработке полезных ископаемых.Известен способ определения сдвижений массива горных пород, включающий закладку реперов по основным и дополнительным профильным линиям в зоне влияния горных пород, наблюдения эа смещениями реперов, по которым судят о сдвижении массива горных пород, определение направления действия минимального и максимального тектонических напряжений, ориентирование заложенных по основным профильведении горных работ и добыче нефтии газа. Сущность изобретения: в зоне смещений массива бурят рабочуюскважину. За пределами эоны смещенийбурят опорную скважину. В обеих сква"винах проводят измерение геофизических параметров. По результатам измерений выделяют реперные слои пород,Реперные слои выделяют по величинегеофизических параметров, превышающей фоновое значение Определяют интервалы глубин наблюдения в скважи.нах, включающие не менее одного реперного слоя. Периодически определяют изменение глубин залегания реперных слоев раоочей скважины относительно глубин залегания реперных слоевопорной скважины. По изменению поло"жения реперных слоев определяют смещения массива. 2 з,п. ф-лы, 1 Й ил. ным линиям реперов по направлениям действия минимального и максимально, го тектонических напряжений.Недостатком известного способа является недостаточная точность измерения смещения в глубине массива, так как по деформации поверхности трудно перейти к расчету осадок глубинных слоев Известен способ определения смещения массива горных пород, включающий бурение скважины в направлении выработанного пространства под углом, близким к углу сдвижения массива, или вертикальную скважину, В скважине зак 1778300ладывают реперы, имеющие с поверхностью гибкие связи (стальная проволока). По изменению длины связей определяют смещение реперов я направлении оси скважины. Реперы в глубинескважины закрепляются с помощью якорных распорных устройств или детонируются.Однако известный способ имеет следующие недостатки,Использование глубинных реперов смеханическим закреплением возможнопри достаточно крепких вмещающих породах, когда одеспечивается устойчивое состояние стенок скважины на неодходимый период времени, В неустойчивых породах происходит обрушениестенок скважины, заклинивание проволок и невозможность передачи смещений репера. на поверхность, Кроме того, практика установки глубинных реперов показала всю сложность и практическую невозможность установки большого количества реперов (долее трех) 25с механическим закреплением в однойнаблюдательной скважине дез созданияусловий для взаимного трения проволок, снижающих точность измерений.Проведение измерений в скважинах, за- ЭОполненных агрессивной средой, которой, как правило, являются минерализованные воды рудных водоносных горизонтов, вызывают коррозию .проволоки, изменение ее деформационных .свойств, что снижает точность измерений.Наиболее Длизким техническим решением является способ определения смещения массива горных пород, согласно 4 Окоторому бурят скважину в зоне смещений массива, затем измеряют в нейгеофизические параметры, после чеговыделяют реперные слои пород, резкоотличающиеся ло свойствам от свойствокружающих пород, и производят циклнаблюдений за изменением глудиныреперных слоев, по которым судят осмещении горных пород,Недостатком такого спосода является низкая точность измерений, пос 50кольку смещение реперов определяютпо разности расстояния репера от фиксированной точки на земной поверхности по меткам квротажного кабеляили стального канвта. При этом в случае глудоких скважин резко возрастает погрешность измерений, вносимаяизменением длины каротажного каделя или каната в результате его вытягивания во времени я разности температуры в разных циклах измерений. Крометого, в прототипе в качестве меры положения реперов предла гается использовать либо контакт пород с резко различающимися физическими свойствами,либо максимум интенсивности регистрируемого геофизического параметра,например, гамма-излучения, Погрешность этих мер положения существеннозависит от аппаратурных погрешностейрегистрации геофизических параметров(амплитуды, скорости движения каделя, случайных флуктуаций геофизического параметра). Момент начала сдвижения в прототипе фиксируется по моменту Фиксации смещений, превышающихпогрешность измерений, что также снижает точность интерпретации измерений.Целью изобретения является повышение точности измерений, что позволит наиболее эффективно вести наблюдения за смещениями массива на большой глубине в рыхлых или сладоустойчивых породах при необходимости контроля большого количества горизонтовнаблюдений,Поставленная цель достигается тем,что, в способе, включающем бурение радочей скважины в зоне смещения массива, измерение геофизических параметров вдоль радочей скважины, выделение реперных слоев пород по значениям геофизических параметров, периодическое определение глубин залегания реперных слоев рабочей скважиныи определение смещений массива горных пород по изменениям глубин залегания реперных слоев, дополнительнобурят опорную скважину .за пределамизоны смещения массива, выделяют вопорной скважине реперные слои пород,а изменения глубин залегания реперных слоев рабочей скважины определяют относительно глубин залегания реперных слоев опорной скважины,При этом предварительно измеряютФоновое значение геофизических параметров, а реперные слои выделяют повеличине геофизических параметровпревышающей фоновое.Кроме того, устанавливают границыинтервалов наблюдения, включающие не менее одного реперного слоя в опорной скважине, определяют положение средневзвешенного значения измеряемо-.го геофизического параметра относительно границ интервалов наблюдения и принимают его в качестве глубины залегания реперных слоев.На фиг.1 изображена конечная Фаза сооружения скважины в зоне смещения массива горных пород; на Фиг.2 - конечная Фаза сооружения скважины за пределами зоны смещения массива; на Фиг,3 - Фаза выделения реперных слоев пород; на Фиг.4 - график изменения геофизицеского параметра 1 с глубиной в скважине, расположенной в зоне смещения массива; на Фиг.5 - то же вскважине, расположенной за пределамизоны смещения массива на фиг.6 - фазаопределения глубин интервалов наблюдений; на фиг. 7 - график изменения геофизического параметра 1 от глубины впределах интервалов регистрациив скважине, расположенной в зоне смещения массива пород; на Фиг,8 -то же, в скважине, расположенной эа пределами смещения массива; на Фиг.9 фаад определения относительной глубины реперных слоев; на фиг.10 - Фа"за определения величины меры положения реперного слоя в скважине, находящейся в зоне смещения кассина пород; на Фиг.11 в . то же, в скванине,расположенной за пределами зоны смещения массива; на Фиг,12 - Фаза определения смещений массина пород; на фиг,13 - график изменения геофизицеского параметра по глубине интервала.регистрации в скважине, расположенной в зоне смещения массива пород впредыдущем и последующем циклах наблюдений; на Фиг,14 -. то же, в скважине, расположенной за пределами зонысмещения пород.Способ осуществляют следующимобразом.С земной поверхности 1 бурят рабочую скважину 2 в пределах зоны смещений 3 массива горных пород 4 (Фиг.1)Затем с земной повеохности 1 дополни"тельно бурят опорную скважину 5 в массиве 4 за пределами зоны смещений 3, ограниченной поверхностью 6 нулевых смещений (Фиг.2). Скважину 5 бурят глубиной не менее глубины рабочей скважины 2 для того, чтобы обеспечить возможность сопоставления результатон наблюдений по скважинам.Во всех скважинах производят иэмерения геофизических параметров, например, интенсивности 1 естественного 5 10 5 20 25 ЗО 35 40 45 гамма-излучения пород, Измерения выполняют стандартными геофизическимиметодами с использованием каротажного зонда 7, каротажного кабеля 8 иаппаратуры 9 для регистрации геофиэицеских параметров (Фиг.3). По результатам измерений строят графикиизменения значений регистрируемогогеофизического параметра 1 по глубине Н рабочей скважины 2 (Фиг.4) иопорной скважины 5 (Фиг.5). Выбирают пороговое значение 10 геофизического параметра, превышающее Фоновое знацение параметра по глубине скважины, По участкам кривых 11 на графиках, где измеренные значения параметрон превышают пороговые значения 1 О(" ПИКИ" на кривых), определяют местоположение реперных слоев пород 12, резко отличающихся по свойствам от свойств окружающего массива (фиг.3). Для этого определяют на графиках значения глубины скважины 2 и 5, на ко" торых достигается пороговое значение1 О параметра 1,Выделяют во всех скважинах интервалы глубины наблюдений, ограниченных границами 13 так, цтобы в пределах каждого интервала шириной 11 й Ьв опорной скважине 5, расположеннойза пределами эоны смещения массивапород 4, находилось не менее одногореперного слоя пород 12 (Фиг.б), Иес"тоположенив границ 13 в массиве определяют по графикам путем предварительного выбора интервалов Ьи Ьна графиках и установления границ 14регистрации геофизических параметров(фиг.7,8), соответствующих границам13, Для достижения однозначного соответствия глубин границ 13 интерваллов в рабочей скважине 2 и опорнойскважине 5 (фиг.6) все измерения поо"изводят последовательно одним кабе-.лем 8 и на него наносят метки 15,например., магнитные, так, цтобы в момейт нахождения регистрирующего каротажного зонда 7 на глубине, соответствующей границе 13, метка 15 совпадала с произвольной точкой отсчетаглубины, например, уровнем земной поверхности 1 (фиг,б). Затем производят выполнение наблюдений за изменением глубины залегания реперных сло"ев путем проведения циклов наблюдений. Каждый цикл наблюдений включает в себя следу.ощую последователь"ность операций. Для каждой скважиныв выделенных интервалах и в каждомвыделенном реперном слое определяютвеличину меры положения 16 реперногослоя пород 12 как средневзвешенногозначения глубины относительно границь 13 интервала глубины наблюдения,например, для верхней границы 13 поЬФормулЧ - К + Оо1 т(х) с 1 хгде Ко - расстояние от верхней границы 13 интервала Ь или Ь, до верхнейграницы реперного слоя 12; Х - расстояние от верхней границы реперного слоя до произвольной точки в пределах реперного слоя на чертеже непоказано;-Ь - мощность реперного слоя,1 расстояние от верхней до нижней границы реперного слоя); 1(х) - Функцияраспределения геоФизического параметра вдоль реперного слоя.Определяют глубину (Фиг.9) мер положения 16 реперных слоев 12 в рабочих скважинах 2 относительно репер"ных слоев 12 в опорной скважине 5как разность соответствующих этим слоям величин М мер положения 16 (Фиг.10,11) . При этом не производят определение абсолютной глубины мер положения (расстояния от поверхности 1 земли до меры положения 16), а совмещение.границ, 11 регистрации, соответствующих границам 13, производят с использованием меток 15, например, путем Фиксации на диаграммах записи моментов. совмещения меток 15 с уровнем земной поверхности 1,В. рабочих скважинах, кроме того,определяют значение первого центрального момента распределения параметра (х), связанного с мощностью реперного слоя Ъ по известным Формулам,При пбвторении циклов наблюденийсравнивают между собой глубины 1 мер4положения 16 реперных слоев 12 в рабочей скважине 2 относительно мер положения 16 реперных слоев 12 в опор"ной скважине 5, полученные для каждого слоя в текущем (глубина 1 ) и йре- Одыдущем (глубина 1) циклах наблюде"ний и по разности 1 этих глубин судят о величине смещений массива впределах зоны смещений 3,кНа Фиг.12 пунктиром показано положение реперного слоя пород 12 в предыдущем цикле наблюдений в районе рабо"чей скважины 2, расположенной в зоне смещения, и его смещенное положение 17 в текущем цикле наблюдений, На Фиг.13 пунктиром показан граФик зависимости параметра 1 по глубине интервала регистрации в предыдущем цикле наблюдений, а сплошной линией - в текущем цикле наблюдений для рабочей скважины 2, Соответствующие граФики для опорной скважины совпадают во всех циклах наблюдений (Фиг.11).Момент начала смещений Фиксируют по.изменению значений центральных моментов распределения геоФизического параметра по длине реперных слоев в рабочих скважинах, что является отражением изменения мощности реперных слоев в текущем и предыдущем циклах наблюдений.П р и м е р. способ реализован следующим образом.В зоне смещений массива пробурена рабочая. скважина глубиной 800 м, вне зоны смещений массива пробурена опорная скважина глубиной 1300 м. В обеих скважинах определены зависимости изменения естественного гамма-излучения массива горных пород от глубины, определен пороговый уровень гамма-излучения в 5 мкр/час, и по критерию превышения порогового уровня в обеих скважинах выделено три реперных слоя в интервалах глубин рабочей скважи" ны; 186,3-187,7 м; 345,2-.3 М,9 м;362,6-363,5 м и три реперных слоя в интервалах глубин опорной скважины;180,9-181,8 м; 339,4-31,0 и; 353,2" 35,2 м. Определено два интервада глубин наблюдения: для первого интервала шириной 10 м (180,9-190,0 и) и для второго интервала - 16 м (339,- 365,0 м). Масштаб записи зависимости гамма-излучения по глубине принят 1;20, На кабель нанесены метки, совпадающие с уровнем земной поверхности при нахождении каротажного зонда на глубинах 180,9 м; 190,0 м; 339,1 м 365,0 м,. Затеи выполнена поинтерваль-. ная регистрация значений естественного гамма-излучения в двух циклах наб.людений. Интерпретация данных следующая: первый реперный слой в рабочей скважине в течение периода времени между циклами наблюдений не сместился, второй и третий реперные слои сместились на 0,01 м, смещения находятся в начальной стадии, что отражается в увеличении первых центральных моментов.177 ЕЗОформула и зобре тени я1, 0 пособ определения смещений массива горных пород, включающий бурение рабочей скважины в зоне смещений массива, измерение геофизических параметров вдоль рабочей скважины, выделение реперных слоев пород по значе- . ниям геофизических параметров, периодическое определение глубин залегания реперных слоев рабочей скважины и определение смещений массива горных пород по изменениям глубин залегания реперных слоев, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 15 точности способа, дополнительно бурят опорную скважину за пределами зоны смещения массива, выделяют в опорной скважине реперные слои пород, а изменения глубин залегания рвперных спо О 1 Оев рабочей скважины определяют относительно глубин залегания реперныхслоев опорной скважины,2. Опособ по и,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что предварительно измеряют фоновое значение геофизических параметров, а реперные слои выделяют по величине геофизических параметров, превышающей Фоновое.3, 0 пособ по пп,1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что устанавливают границы интервалов наблюдения,включающих не менее одного реперногослоя в опорной скважине, определяютположение средневзвешенного значенияизмеряемого геофизического параметраотносительно границ интервалов наблюдения и принимают его в качестве глубины залегания реперных слоев.Составитель Г, ГорбуноваТехред И,Иоргентал Коррек о комитета по изобретениям Москва, Ж, Раушская н ое открытиям при ГКНТ С ц. ц/5

Смотреть

Заявка

4879626, 05.11.1990

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ОСУШЕНИЮ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫМ ГОРНЫМ РАБОТАМ "ВИОГЕМ"

ЖУРИН СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ, ГОНЧАРОВ АНАТОЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ, ГОРБУНОВА ГАЛИНА ВАСИЛЬЕВНА, ТОПОРКОВ АНАТОЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: E21C 39/00

Метки: горных, пород, массива, смещений

Опубликовано: 30.11.1992

Код ссылки

<a href="http://patents.su/7-1778300-sposob-opredeleniya-smeshhenijj-massiva-gornykh-porod.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ определения смещений массива горных пород</a>

Похожие патенты