Способ определения нарушенности массива горных пород

(51) Е 21 С 3900 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСНОМУ С ТЕЛЬСТВ Захарченко,щиков моакустичесв скальных 5 - 167.В. С. Акуси контроляНаука,е К ИЯ НАЫХ ПО- ических и прием ов, из- пульсов О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Савич А. И. и др. Сейские методы изучениямассивопород. М., Недра, 1969, с. 152. Ржевский В. В., Ямщиковтические методы исследованиягорных пород в массиве.1973, с. 215 - 219 (прототип).(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕН РУШЕННОСТИ МАССИВА ГОРН РОД, включающий излучение акус импульсов в исследуемую область отраженных акустических импуль мерение амплитуды отраженных им БО 1102949 и временных интервалов между излучаемыми отраженными импульсами, отличающийсятем, что, с целью повышения точности иоперативности измерений, акустические импульсы излучают от устья скважины, пробуренной в исследуемой области массива горных пород, в ее воздушное пространство,определяют фазу отраженных импульсов, покоторой судят о виде нарушений, а общуюструктурную нарушенность массива горныхпород определяют по формулеК=12,72 10 - ,-.,гд - коэффициент структрной нарушенности;- несущая частота акустическихим п ул ьсов, Гц;с - диаметр скважины, см;- глубина скважины, м;А 1 и А - амплитуды сигналов, отраженных от забоя скважины соответственно один и два раза, мВ.Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при исследовании нарушенности и естественной трещиноватости массивов горных пород, закономерностей их изменения при ведении горных работ.Известен способ определения нарушен- ности массива горных пород, основанный на ультразвуковом каротаже скважин, вскрывающих горный массив 1.Данный способ характеризуется высокой трудоемкостью работ по производству измерений и обработке данных.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения нарушенности массива горных пород, включающий излучение акустических импульсов в исследуемую область и прием отраженных акустических импульсов, измерение амплитуды отраженных импульсов и временных интервалов между излучаемым и отраженными импульсами. При этом акус тические импульсы излучают непосредственно в массив горных пород 2. Однако данный способ позволяет фиксировать единичные ближайшие к приемоизлучателю дефекты, а дефекты в зоне тениближайших, как правило, не фиксируются.Цель изобретения - повышение точности и оперативности измерений,Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения нарушенностимассива горных пород, включающему излучение а кустических и мпульсов в исследуемую область и прием отраженных акустических импульсов, измерение амплитудыотраженных импульсов и временных интервалов между излучаемым и отраженнымиимпульсами, акустические импульсы излучают от устья скважины, пробуренной висследуемой области массива горных пород,в ее воздушное пространство, определяютфазу отраженных импульсов, по которойсудят о виде нарушений, а общую структурную нарушенность определяк 1 т по формулеК=12,72 10где К - коэффициент структурной нарушен ности;( - несущая часоа звуко импульсов; Гц,Й - диаметр скважины, см;1. - глубина скважины, м;А,иА - амплитуды сигналов, отраженныхот забоя скважины соответственно один идва раза, мВ. 50Эта формула выведена из соотношениякоэффициентов затухания акустическихимпульсов в скважинах, вскрывающих ненарушенный и нарушенный массивы. Для первого случая коэффициент затухания в идеальной (,гладкой) скважине определится как 55М 8 10 б 1 552 О 1/7 юсмин 1 и -д кЙ Во втором случае величину коэффициента затухания в нарушенной скважине можно определить из выражениягза Ь Л/ЮНа фиг. 1 приведена блок-схема установки для определения нарушенности массивов горных пород; на фиг, 2 и 3 - осциллограммы сигналов, отраженных от сужения и расширения ствола скважины соответственно; на фиг. 4 - характерная эхограмма реальной скважины.Способ осуществляют следующим образом.Оператор с аппаратурой (фиг. 1) располагается в выработке, из которой пробурены подлежащие обследованию скважины 1. После включения и прогрева аппаратуры приемоизлучатель 2 акустических импульсов устанавливают в устье скважины 1. Звуколокатор 3 вырабатывает короткие электрические рддиоимпульсы в виде отрезка синусоиды, которые преобразуют приемоизлучателем 2 в акустический сигнал. Этот сигнал распространяется от устья скважины до ее забоя 4 и после многократной циркуляции между забоем 4 и приемоизлучателем 1 затухает. При распространении акустического сигнала вдоль скважины происходит частичное его отражение от различных дефектов ствола скважины вывалов 5, трещин 6, которые характеризуются расширением ствола и пережимов 7, которые уменьшают диаметр скважины и т. д. Сигналы, отраженные от дефектов 5, 6 и , а также от забоя 4 скважины 1 преобразуются прие- . моизлучателем 2 в электрический сигнал, который затем обрабатывается в блоках усиления и обработки звуколокатора 3, на цифровом табло которого отражается глубина скважины. Кроме того, сигналы с преобразователя 3 подаются на вход осциллографа 8, наблюдаются на его экране и регистрируются с помощью специальной фото- приставки 9 с зеркальной фотокамерой 10. Питание осциллографа 8 автономное от аккумуляторной батареи 11 через стабилизатор 12.Для определения местоположения забоя 4 и дефектов 5, 6, и 7 скважины 1 скорость горизонтальной развертки осциллографа устанавливают кратной скорости распространения акустического сигнала в скважине таким образом, чтобы одному делению горизонтального масштаба соответствовали 10,5 или 2,5 м глубины скважины. Для этого необходимо вручную измерить точную глубину контрольной скважины, затем установить в ее устье приемоизлучатель 2 и, получив на экране осциллографа 8 эхограмму, ручкой плавной регулировки длительности развертки установить вступление первого (или второго, третьего и т д.) отражения на соответствующую отметку шкалыФиг 3 ВНИИПИ Заказ 4820/23 Тираж 565 Подписное Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 43электронно-лучевой трубки осциллографа. Установленную таким образом длительность развертки регулярно проверяют, производя замеры в контрольной скважине, и при необходимости производят подстройку скорости горизонтальной развертки. Далее производят снятие и регистрацию эхограмм всех исследуемых скважин,Расшифровку эхограмм осуществляют следующим образом, На эхограмме отмечают вступления сигналов, отраженных от дефектов ствола скважины и забоя, и с помощью горизонтальной масштабной сетки определяют их местоположение, затем измеряют амплитуду каждого отражения, определяют его фазу.По фазе отраженных сигналов определяют характер дефекта и состояние забоя скважины. При отражении от сужения ствола скважины или от сплошного забоя сигнал наблюдается в отрицательной фазе (фиг. 2), и при отражении от свободной границы (трещины, вывала или открытого забоя скважины, выходящей, например в зону обрушения ) - в положительной фазе (фиг. 3).По амплитудам сигналов, отраженных от забоя скважины 1 и 2 раза, определяют коэффициент затухания акустического сигнала в скважине из выражения где А,иА, - амплитуды 1-го и 2-го сигналов, отраженных от забояскважины, мм;.1 - измеренная глубина скважины, м,Коэффициент затухания является основ 10 ным параметром, характеризующим структурнурную нарушенность массива горных пород,пересекаемого скважиной, так как любоенарушение идеальности .ствола скважины,являясь следствием нарушенности массива,вызывает частичное поглощение акустичес 15 кого импульса при его распространениивдоль скважины. Для иллюстрации этогона фиг. 4 приведена эхограмма чистойскважины при большой чувствительностиканала вертикального отклонения осцилло 20 рафа,фа где хорошо видна мелкая структуа нарушенности стенки скважины, котора н рурая полностью отражает интегральную н руашенность массива, пересекаемого скважиной. 25 Данный способ позволяет значительноповысить оперативность метода исследования нарушенности пород.