Электрометрический зонд

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 21 В 47/ а Сиби етельство СС18, 1937,рименению элнарушенностИТД СО АН СС29-33 (прото к(71) Институт горногоотделения АН СССР(56) 1. Авторское свидР 56026, кл. С 01 Ч 32. Руководство потрометрического методвысокопроводящих породНовосибирск, 1979, с.тип) .(54)(57) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗОНД, состоящий из корпуса и содержащий приемные и питающие электроды, вы-. полненные в виде электрических контактов и токопроводящего кольца, соединенных кабелем с коробкой-переключателем, содержащей переключатели полярности, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения разреша ющей способности измерений, токопроводящее кольцо приемных электродов выполнено в виде электрически изолированных сегментов из упругих провод. ников, равномерно размещенных по окружности корпуса, причем каждый сегмент соединен отдельной жилой кабеля 1с переключателем полярности.Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам контроля напряженно-деформированного состояния горных массивов геофизическими методами. 5Известно устройство для электрического каротажа скважин, содержащее многоэлектродный зонд, каждый электрод которого имеет пружинные контакты, скользящие по обсадной трубе 10 скважины и выполненные в виде упругих проводников.Данный зонд может найти применение в разведочной геофизике при каротаже вертикальных скважин с обсадны ми трубами, т.е он может передвигать ся по скважине под собственным весом. Электроды создают между составляющими их упругими элементами эквипотенциальную поверхность, что исключает 20 возможность определения электрической анизотропии пород 1 .Однако для работы в подземных условиях требуются портативные зонды для каротажа разноориентированных 25 скважин (направленных вверх, вниз, горизонтально, под углом по отношению к контуру угорных выработок). Скважины не являются обсаженными, не заполнены буровым раствором. Осущест-Зо вление передвижения зондов под собственным весом исключается, перемещение должно осуществляться досылочным устройством. Это, в свою очередь, приводит к требованию малого веса зонда (не более 3 кг) и досылочных уст - ройств, осуществлению равномерного контакта по периметру сечения скважины.40Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электрометрический зонд, состоящий из корпуса и содержащий приемные и питающие электроды, выполненные в виде электрических контактов и токопроводящего кольца, соединенных кабелем с коробкой переключателей, содержащей переключатели полярности 21 .50Однако известный зонд также не позволяет определять электрическую анизотропию горных пород вокруг скважин, по которой можно делать заключение о виде напряженно-деформированного состояния горных пород: определять ориентацию квазиглавных механических напряжений. Целью изобретения является увеличение разрешающей способности измерений.Указанная цель достигается тем, что в электрометрическом зонде, состоящем из корпуса и содержащем приемные и питающие электроды, выполненные в виде электрических контактов и токо- проводящего кольца, соединенных кабелем с коробкой-переключателем, содержащей переключатели полярности, токо- проводящее кольцо приемных электродов выполнено в виде электрически изо. лированных сегментов из упругих проводников, равномерно размещенных по окружности корпуса, причем каждый сегмент соединен отдельной жилой кабеля с переключателем полярности.На фиг,1 приведен электрометрический зонд, общий вид на фиг,2 - узел 1 на фиг,1; на фиг.З - сечение А-А на фиг.2, на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.1,. на фиг.5 - сечение В-В на фиг.1 на фиг.б - схема электрокаротажа в подземной выработке, на фйг.7- принципиальная электрическая схема зонда и коробки переключателя .на фиг,8 - схема опроса падения потенциалов между приемными электродами зонда по направлениям в пространстве,Зонд состоит из приемных электродов 1, питающих электродов 2, базы 3,заглушки 4, опорного люнета 5, хомута6, многожильного. кабеля 7, удлинителя8 и коробки-переключателя 9,Питающие электроды 2 состоят(фиг.2) из корпуса 10 (текстолит илидругой изолятор), электрических контактов 11 (изогнутых стержнейф 2 ммиз нержавеющей стали), равномерноразмещенных по периметру корпуса изакороченных между собой токопроводящим кольцом 12. Токопроводящее кольцопредставляет собой эквидопотенциальную поверхность для стержневых контактов и крепится к корпусу 10 винтами 13, Для удобства размещенияэлектродов на базе зонда-и с цельюоперативной замены одного типа размеров электродов на другой либо заменывышедших из строя по техническимпричинам корпус 10 выполнен в видедвух половинок, скрепляемых между собой на базе 3 винтами 14. Кольцо 12также выполнено в виде двух полуколец, закороченных между собой черезклеммы 15 и крепящихся к корпусу винтами 13. К проводящим кольцам питаю3 1101 щих электродов 2 на клеммы 15 подведены жилы кабеля 16 (по одной на каждый электрод), Кольцо 12, прикрепля. - ясь к корпусу 10 винтами 13, осуществляет одновременно фиксацию упругих электрических контактов 11, закорачивая последние между собой.В приемных электродах 1 токопроводящее кольцо 12 подразделено на электрически изолированные между 10 собой сегменты 17 (фиг.2, сечение Б-Б), крепящиеся К корпусу 10 винтами 18. В пределах каждого проводящего сегмента 17 электрические контакты - стержни-проводники 11 закорочены 15 между собой посредством прижатия сегмента 17 к корпусу 10 винтами 18. К последним крепятся также клеммы 19, к которым крепятся отдельные жилы 20 кабеля 7. Все сегменты пронумерованы 0 против часовой стрелки, при этом середина первого сегмента располагается над продольной риской 21, проходящей вдоль базы 3. Все сегменты по своим параметрам идентичны и равномерно 25 размещены под углами (=1,2 Ц, =2 Я /п, где й - число сегментов в приемном электроде 1. Жилы кабеля 7 для первого и второго приемных электродов 1 различны. Поэ тому общее число жил в кабеле збндаравно 2 ь+2 (две жилы для питающих электродов 2). Угловые положения соответственно пронумерованных сегментов 17 приемных электродов 1 совпада. ют, т.е.-й сегмент 17 первого приемного электрода 1 находится под тем же углом Ц относительно продольной риски 21 на базе 3, что и -й сегмент второго приемного элек 40 трода 1. Все четыре электрода - пита. ющие 2 и приемные 1 крепятся к базе 3 винтами 22 через изоляторный цилиндр 23.Опорный люнет 5 служит для восприятия веса зонда и досылочного устрой- . ства с целью обеспечения равномерного контакта электродов со стенками сквйжин.)Устройство работает следующим образом.В скважину 24 (фиг.З) заданного диаметра (46, 59 и 76 мм), расположенную перпендикулярно стенке выработки 25, помещается зонд 26, Положение 55 продольной риски 21 на базе зонда 3 определяется ориентирующим устройст-.вом, Обычно направление от оси сква 7164жины к первому сегменту 17 приемных электродов 1 принимается совпадающим с вертикалью вверх. (линия отвеса), Зонд устанавливается в скважину на заданную глубину досылочным устройством (стыкуемые трубы с жестким. тангенциальным креплением). Между питающими электродами 2 (фиг.З) пропускается постоянный ток от шахтных аккумуляторов, создающий вокруг скважины электрическое поле, структура которого зависит от вида напряженно-деформированного состояния горных пород, проявляющегося в электрической анизотропии последних.Эпюра падения потенциалов между приемными электродами 1 (фиг.4 и 5) замеряется путем поочередного опроса сегментов соответственно 17 -17,.ф 17 17, то осуществляется следующим образом. Переключатели 27 и 28 (фиг.З) одновременно устанавливаются в положения соответственно 11 -17, 172 -17 и т.д. с измерением на электроразведочном приборе 29 (автокомпенсатор типа АЭ) падения потенциалов для фиксированных положений переключателей. Затем зонд поступательно смещается в другое положение по скважине, после чего производятся измерения в той же последовательности. Шаг каротажа выбирается исходя из требуемой детальности геомеханических исследований.Устройство разработано исходя из потребностей геомеханических служб горных предприятий иметь методы и средства оперативного контроля напряженно-деформированного состояния массивов по геофизическим характеристикам. Поскольку имеется физическая связь между тензором механических напряжений и тензором электрической анизотропии, то вопрос о возможности создания геофизических скважинных приборов, позволяющих изучать анизотропные свойства пород, представляет очевидную значимость.Применение предлагаемого устройст ва геомеханическими службами горных предприятий позволит существенно упростить операцию получения сведений о виде напряженно-деформированного .состояния горных массивов. Предлагаемое устройство позволяетопределять напряжения скважиннымэлектрометрическим методом, которыйсущественно упрощает эксперименты поконтролю вида напряженно-деформированного состояния горных массивов,Оперативный контроль напряженно-деформированного состояния массивовважная предпосылка повышения безопас.ности ведения горных работ1101716 Составитель.Л.Воскобойникедактор Л.Гратилло Техред Т, Маточка ректор О,Била Заказ 4755/27 дписное Патент", г.ужг тнаяу 4 ул илиал Тираж ВНИИПИ Государс по делам изо 13035, Москва, Жвенного коьитета СССРретений и открытий35, Раушская наб., д,4/5