Устройство для определения трещиноватости горных пород

(.51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СВИДЕТЕЛЬСТ 0(61) 168710 (21) 3967968/ (22) 2310,85 (46) 15,0.88 (71) Донецкий 2-0 Бюл, Р 2олитехнический инсти 3 ГОСУДАРСТВЕНКЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ тут(56) Авторское свидетельство СССР Ф 663838, кл, Е 21 С 39/00, 974Авторское свидетельство СССР В 168710, кл, Е 21 С 39/00, 985(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕ. ЩИНОВАТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД(57) Изобретение относится к области горного дела, строительства гидротехнических и подземных сооружений, а также геологических изысканий, Цель - повышение точности измерений путем определения плотности заполнения трещин (Т) породной мелочью, Устр-во состоит из зонда 1, соединенного с прибором 2 четырехжильным кабелем, Зондсвязан с водонагнетательным приспособлением 3 двумя шлан. гами, Приспособление 3 соединено суплотнительными надувными элементамидля локализации зоны вблизи Т и полостью между ними через распределительный узел 5. При приближении зонда 1, перемещающегося в скважине к Т,изменяются электрические свойствасреды, окружающей излучающую катушку5 зонда 1, что приводит к изменениювихревых токов, Наличие Т с малойэлектрической проводимостью ведет крезкому уменьшению вихревых токов иих размагничивающего действия, Этоведет к увеличению ЭДС в приемной катушке 6 зонда 1, напряжения на выходе блока 7 выпрямления прибора 2 иотклонению стрелки блока 12 регистрации в сторону увеличения показаний,Для определения наличия породной мелочи смачивают водой и Фиксируют диэлектрическую проницаемость. О плотности заполнения Т породной мелочьюсудят по отношению отклонения стрелки блока 12 после смачивания водой котклонению стрелки до смачивания.3 илаИзобретение относится к горномуделу, в частности к конструкции устройств для определения параметровтрещиноватости горных пород в масси 5ве, и может быть использовано на предприятиях горндобывающей промьшленности при физико-химическом упрочнениипород, при строительстве гидротехнических и подземных сооружений, а также в геологических заискываниях.Цель изобретения - повышение точности измерений путем определенияплотности заполнения трещин породноймелочью, 15На фиг,1 приведена структурнаясхема устройства; на фиг.2 - конструкция зонда; на фиг.3 - диаграммасила тока - длина 1-1,) на зияющейи заполненной породной мелочью трещинах,Устройство состоит из зонда 1,прибора 2 и нагнетательного приспособления 3, Прибор 2 и зонд 1 соединены 4-жильным кабелем, Зонд 1 также 25соединен с водонагнетательным приспособлением 3 двумя водопроводящимишлангами, Зонд 1 содержит генератор4 частоты, излучающую катушку 5, соединенную с генератором 4 частоты ЗОприемную катушку 6, блок 7 выпрямлении, подключенный входом к приемной катушке 6, форсуночное 8 и герметизирующее 9 устройства, Прибор 2содержит дифференциальныи усилитель 3510, прямой вход которого соединен свыходом блока 7 выпрямления, а ин версный вход - с блоком 11 регулируемого опорного напряжения, блок 12регистрации, включенный,на вход уси;. 40лителя 10, и блок 13 питания, питаю"щий генератор 4 частоты, усилитель10 и блок 11 опорного напряжения,Водонагнетательное приспособление 3содержит насос 14 и распределительный 45узел 15, который соединен с форсуночным устройством 8 и герметизирующим устройством 9 (фиг.1).Конструкция зонда представлена нафиг2. Корпус зонда представляет собой пластмассовую трубу с внутреннимдиаметром 32 мм, внешним диаметром40 мм и длиной 250-450 мм, Трубаимеет сплошную заглушку и заднюю заглушку с отверстиями для соединительного кабеля, досылочной штанги и водопроводящих шлангов, Форсуночноеустройство 8 представлено в виде отверстий,циаметром 2-3 мм, радиально расположенных в корпусе зонда и соединенных с водопроводящим шлангом16, соединяющим его через распределитель 15 с насосом 14Герметизирующее устройство 9 состоит из двух уплотнительных надувных камер 17, служащих для локализации зоны вблизитрещины, покрытых эластичной резиной18, жестко скрепленной с корпусомзонда и расположенной на одном уровне с ним, К камерам 17 подключен водоподводящий шланг 19, соединяющийих через распределительный узел 15с насосом 14, При нагнетании в камеру 17 жидкости эластичная резина 18растягивается, приобретая бочкообразную форму, и плотно соприкасается состенками скважины 20. Этим самым будет достигнута герметизация с обеихсторон полости 21 смачивания,Работа устройства осуществляетсяследующим образом,Генератор 4 частоты, расположенный взонде 1, создает переменноенапряжение с частотой 1,5 МГц, которое подается на излучающую катушку 5Вокруг излучающей катушки 5 образуется переменное магнитное поле, которое в приемной катушке 6 индуктирует .ЭДС. Если зонд находится в шпуре, топеременное электромагнитное поле излучающей катушки создает в горнойпороде вихревые токи, которые по закону электромагнитной инерции оказывают размагничивающее действие, т,е,уменьшают электромагнитное поле излучающей катушки 5 и, следовательно,ЭДС приемной катушки 6, При приближении зонда 1, перемещающегося вскважине к трещине, изменяются электрические свойства среды, окружающейизлучающую катушку, что приводит кизменению вихревых токов в средеНаличие трещины с малой электрическойпроводимостью приводит к резкомууменьшению вихревых токов и их размагничивающего действия, что обуславливает усиление электромагнитного поля излучающей катушки 5 и увеличениеЭДС, наводимой в приемной катушке 6.Это влечет за собой увеличение напряжения на выходе блока 7 выпрямления,Выпрямленная ЭДС приемной катушки 6с выхода блока 7 выпрямления подается при помощи соединительного кабеляна вход дифференциального усилителя10, расположенного в корпусе прибора2. В результате увеличивается,напря36663 Яжение на выходе усилителя 1 О и, соот- ны породной мелочью, При отсутствииветственно, отклонение стрелки блока трещины вблизи зонда 1 в приемной12 регистрации в сторону увеличения катушке 6 наводится минимальная ЭДС,показаний, Излучающая катушка 5 име- обуславливающая некоторое положение5ет направленную диаграмму излучения стрелки блока регистрации 1 мас, т.е.электромагнитных волн, причем мак- прибор будет регистрировать ток, сосимальное значение магнитной индукции ответствующий монолитному массивуимеет место на середине излучающей горных пород,катушки 5, Поэтому ЭДС приемной катушПри больших плотностях заполненияки 6 и отклонение стрелки блока 12 трещины породной. мелочью после еерегистрации достигают максимального смачивания ток, регистрируемый назначения, когда трещина будет на се- ней прибором, будет меньше 1 мас,редине излучающей катушки 5. В этот т.е. будет наблюдаться падение токамомент определяется пересечение плос на тРещине, По величине падения токакости трещины с осью скважины по мет- также можно судить о плотности эакам на досылочной штанге. полнения трещины породной мелочью,Для одной и той же породы макси- Таким образом, определив плотностьмальное значение ЭДС приемной катуш- заполнения трещины породной мелочьюки 6 и отклонение стрелки блока ре по специальным тарировочным зависигистрации пропорционально раскрытию мостям можно определить истинноетрещины, Но данное отклонение стрел- раскрытие данной трещины.ки блока регистрации также зависит Работа устройства по определениюот наличия в трещине породной мелочи плотности заполнения трещины и ееи плотности заполнения его трещины, 25 истинного раскрытия поясняется наДля определения наличия породной ме- конкретном примереДопустим, сквалочи в трещине необходимо с помощью жину 20 (фиг,2) пересекает две трефорсуночного устройства смачивать тре. щины одинакового раскрытия я; трещищину водой, Диэлектрическая прони- на 22 заполнена породной мелочьюцаемость воды ( с = 81) намного 30 плотности р и трещина 23 зияющая,больше, чем воздуха ( Е = 1) и гор- Постепенно передвигая зонд по скваной породы ( с = 4-10). Следовательно жине 20, определяют положение трещиналичие воды в трещине увеличит ди- ны 23 по максимальному отклонениюэлектрическую проницаемость и умень- стрелки блока регистрации Ь 1 сшит отклонение стрелки блока регист (фиг3). Далее передвигается зонд нарации при совмещении приемной ка- такое расстояние 1 чтобы совместитьтушки с трещиной. Если трещина зияю- точку пересечения плоскости трещиныщая (свободная от породной мелочи), и оси скважины с местом расположениято после ее смачивания вода покинет форсуночного устройства. Насосом натрещину, оставаясь в результате сма качивают жидкость в камеры 7 до техчивания лишь на ее стенках. Поэтому пор, пока не создается полная гермемаксимальное отклонение стрелки бло- тизация эластичной резиной 18 полоска регистрации после смачивания -д 1 м ти 21 смачивания, Затем, переключивбудет составлять порядка эксперимен- распределительный узел, начинают потально установленных 80-1007 от от давать воду к форсуночному устройстклонения стрелки блока регистрации ву, Закачав таким образом 250-300 млдо смачивания -Ь 1 с, Если трещина воды, обратно переключают распредезаполнена перетертой породной мело- лительный узел и сливают жидкость иэчью, то в результате смачивания вода камер 17 за счет упругости эластич(определенная часть первоначально за 50 ной резины 18,качиваемого объема) задерживается в Выждав 3 мин, опять определяюттрещине, увеличивая тем самым ди уровень сигнала на этой трещине,электрическую проницаемость, Чем совместив середину приемной катушкибельше плотность заполнения трещины с трещиной -д 1 м (фиг.3). Так какпородной мелочью, тем больше коли- . 55 д 1 м/д с0,8, следовательно, тречество воды задерживается в трещине щина - зияющая. Раскрытие трещины Би тем меньше будет отношение Ь 1 м/ находят как Г,(Ь с)./д с. По данному отношению можно Далее находят по максимальномусудить о плотности заполнения трещи- отклонению д 1 с положение трещины 22(фиг.2). Повторяют операции по смачиванию, описанные вышеПосле смачивания трещины уровень сигнала на нейсоставил д 1 м, Так как а 1 м/ д 1 с0,8,спецовательно, трещина заполнена перетертой породой и плотность заполнения которойнаходится какг 2(Ь 1 м/д 5 с). далее по специальнымтарировочным зависимостям находятэквивалентное отклонение силы токаЬ 1на этой трещине, соответствующее отклонению тока на такой же пораскрытию трещине, по зияющей, как( О, д 5 с). Раскрытие трещины К определяется как Г,( д 1., ),Устройство позволяет определятьплотность заполнения трещины породной мелочью, что дает возможностьприменять устройство в геологическихизысканиях для точного определенияфильтрационных свойств массива горных пород, отличать трещины горныхпород сдвигового типа от трещин отрыва, так как известно, что трещины 66639сдвигового типа, образующиеся поддействием максимальных касательныхнапряжений, имеют смещения береговдруг относительно друга, поэтому заполнены перетертой мелочью, крометого, по плотности заполнения трещины породной мелочью можно косвенносудить о величине данного смещения, 10Формула изобретения Устройство для определения трещиноватости горных пород по авт, св15 1 Ф 1168710, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности измерений путем определения плотности заполнения трещин породной мелочью, оно снабжено уплотнительными 20 надувными элементами для локализациизоны вблизи трещины и водонагнетательным приспособлением, соединенным с надувными элементами и полостью между ними через распределительный узел366639 юиуя еииии Составитель В,Гаври Техред Л,Се дюкова дактор М,Товтин Р Корректор С,Век аказ 67 ное4/ Производственно-полиграфическое предприятие, г, ужгород, ул,тн апоиненна треиииа 29 Ти ВНИИПИ Государспо делам изоб 3035, Москва, %аж 459венного комитетений и откр35, Раушская Пода СССРий