Способ определения местоположения подземного объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1)5 Е 21 В 43/295 БРЕТЕ ИСАНИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела(56) Временные методические указания об учете выработки газа в результате подземной газификации углей в пересчете на твердое топливо, ИГД им. А, Скочинского, 1987,Якубовский Ю,В. и др, Электроразведка, 1988, с, 249-251. Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при оконтуривании выгазованного пространства и картировании положения огневого забоя при подземнои газификации углей.Известен способ естественных потенциалов, применяемый в рудной электроразведке, Он включает поиск электрических аномалий измерением напряжений в толще пород неполяризующимися электродами (см. Хмельницкий В.К. Электроразведка, 1984, с, 79-84).Способ не обеспечивает достоверности результатов в породах с одинаковыми электрическими свойствами и непригоден в рыхлых и трещиноватых деформирующихся (сдвигающихся) породах из-за отсутствия четких аномальных значений измеряемых параметров, приуроченных именно к огневому.забою.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ОБЪЕКТА (57) Обеспечение достоверности определения огневого забоя достигается за счет инициации магнитного поля при пропускании низкочастотного переменного тока через раскаленный, реагирующий с угольным веществом, дутьевой газ. Для обеспечения надежной регистрации аномальной зоны ее определяют при совпадении трех компонент магнитного поля Кроме того, предусмотрена дополнительная ионизация дутьевого газа или раздельное измерение компонент магнитного поля, образующего ся при различном фиксированно изменяемом напряжении низкочастотного напряжения, 2 з.п, ф-лы, 3 ил. Известен способ определения положения забоя по учету выработки (" добычи" ) газа в пересчете на твердое топливо (см. "Временные методические указания об учете выработки газа в результате подземной газификации углей в пересчете на твердое топливо", ИГД им. А,А. Скочинского, лаборатория подземной газификации, 1987).Способ реализуется следующим образом. После обсадки дутьевых и отводных скважин при газификации пласта замеряют объем подаваемого воздуха и объем выработки твердого газа. Затем объем извлекаемого товарного газа пересчитывают на твердое топливо с учетом мощности пласта определяют подвигание забоя,Недостатком способа является ошибка в камере извлекаемого при газификации газа за счет потерь от утечек через трещи нную структуру сдвигающихся пород на земнуо поверхность, Эти потери не поддаются до510 15 20 25 30 35 40 45 50 стоверному учету. Кроме того, по способуневозможно определить положение криволинейного контура забоя,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения магнитного поля над заряженнымтелом (объектом), См, Якубовский Ю.В, иЛяхов Л,П. Электроразведка, М,: Недра,1988, с. 249-251,Способ реализуется путем зарядки изу-чаемого объекта низкочастотным током через питающую линию с заземлением вскважине и измерения на земной поверхности составляющих компонент магнитногополя,Недостатком способа является то, чтоон не дает достоверных результатов определения контуров трещинных зон и зонсдвижения под воздействием горных работ.Целью изобретения является повышение достоверности результатов измеренийв рыхлых трещинных сдвигающихся осадочных породах и при определении криволинейных контуров огневого забоя.Указанная цель достигается тем, чтонизкочастотный электрический ток пропускают через дутьевой поток в процессе подачи по дутьевым скважинам газа и отводапродуктов газификации по отводным скважинам, при этом переменное напряжениеподают на обсадные трубы дутьевой и отводной скважин, а положение огневого забоя определяют по местоположениюаномальных значений компонент Нх, Ну и Нгвектора напряженности магнитного поля Й,С целью повышения надежности определения местоположения аномальных значений дутьевой газ, например воздух,дополнительно ионизируют перед нагнетанием в зону газификации, например, используя промышленные озонаторы.С целью исключения случайных аномальных отсчетов замер компонент магнитного поля осуществляют несколько раз,фиксированно меняя при этом величинунизкочастотного напряжения и его частоту,Из просмотренной патентной и научнотехнической литературы авторам не известны источники, упоминающие огеометризации огневого забоя измерениемкомпонент искусственного наведенногомагнитного поля с помощью переменноготока в ионизированном газе - продукте газификации, т,е, продукте реакции окисления,Существенным отличием от прототипаи аналогов является то, что сам продуваемыйй и реализующий газ используют как проводник переменного низкочастотного тока.При этом трасса циркуляции его (тока) строго приурочена к зоне газификации, т.е. огневому забою. Авторы не пытаются определить нарушенную зону по отличительнымфизическим свойствам, как в целом ряде изобретений, а искусственно создают зону, приуроченную к линии забоя, ионизируя и пропуская ток через нагнетаемый и реагирующий газ,На фиг, 1 показана реализация способа; на фиг, 2 - геометризация линии забоя по аномальным значениям; на фиг, 3 - изолинии горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля,Способ осуществляется следующим образом, Угольный пласт 1 подвергают газификации огневым забоем 2, Для этого отводную 3 и дутьевую 4 скважины сбиваютизвестным способом, например фильтрационной сбойкой, затем инициируют горение и газифицируют пласт, нагнетая газ, например воздух, через скважину 4 и извлекая продукты газификации через скважину 3. Скважины 3 и 4 обычно пробуривают на расстоянии 25 - 50 м друг от друга, При этом скважины обсаживают металлическими трубами 5 и 6. Для контроля развития процесса газификации периодически, например, раз в неделю, производят съемку согласно предлагаемому способу, На обсадные трубы 5 и 6, оголовки которых на поверхности экранированы, подают низкочастотное напряжение (ток необходимого напряженияможно подавать из промышленной сети, пропуская его через трансформатор),При измерении магнитного поля в качестве регистраторов применяют аппаратуру АНЧ - 3, ИКС, АЭ - 72 и микровольтметры, вкачестве измерителей - магнита-индукционные датчики,Магнито-индукционный датчик (МИД) представляет собой многовитковую рамку с ферромагнитным сердечником или без него.С помощью этого комплекта аппаратуры измеряюттри ортогональные составляю; щие Нг, Ну и Нх вектора напряженности Н магнитного поля, азимут его горизонтальной составляющей Нху, а также угол а наклона вектора Н к горизонтальной плоскости и его азимут ф (фиг, 3).Горизонтальная составляющая Ну вектора Н ориентирована вдоль профиля наблюдений 1-1, горизонтальнаясоставляющая Нх - перпендикулярно к профилю 1 - 1, вертикальная составляющая Н - по вертикали к земной поверхности,При измерении первой горизонтальной составляющей рамку устанавливают так, чтобы плоскость ее витков была вертикальна к поверхности земли и перпендикулярна к профилю наблюдений, при измерении второй горизонтальной составляющей рамку устанавливают вертикально к поверхности земли и параллельно профилю, при измерении вертикальной составляющей рамку устанавливают горизонтально, Шаг перемещения рамки по профилю зависит от величины градиента магнитного поля, При высоких значениях градиента шаг наблюдений до 5 м, при низких значениях - более 5 м, Шаг наблюдений устанавливают опытным путем.Для измерения угла а рамку устанавливают вертикально и вращением ее вокруг вертикальной оси достигают максимального значения Н,у. В этом положении рамку вращают вокруг горизонтальной оси до тех пор, пока стрелочный регистратор не покажет максимальный отсчет. Данное значение напряжений в мкВ определяет величину вектора Н, а наклон рамки к горизонту - угол а. Азимут ф вектора напряженности Н определяется углом между направлением на север и плоскостью витков рамки, повернутой относительно положения с максимальным значением Нху на 90.Результаты измерений изображают в виде карты изолиний вектора напряженности магнитного поля и его составляющих, в виде графиков и карт графиков вектора напряженности, его составляющих, углов а иНа фиг, 3 изображены изолинии Нху горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля, угол наклона а этой составляющей к горизонту и ее азимут ф, Сплошными изолиниями обозначены положительные значения Нху, пунктирными - отрицательные.Иэ рассмотрения этой карты изолиний следует, что положение огневого забоя фиксируется по участку перехода от положительных изолиний к отрицательным.Для уточнения местоположения участков перехода от положительных значений Ну к отрицательным при сложной форме изолиний сеть наблюдений в таких местах сгущают, По результатам наблюдений строят графики Нху и а, Местоположение огневого забоя фиксируют по участкам перехода Ну в область отрицательных значений, а угла а - ог минимального значения к максимальному, Последнее объясняется тем, что вертикальная составляющая магнитного поля над участком сгоревшего угля имеет минимальное значение,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Азимут вектора напряженности характеризует соотношение горизонтальных составляющих Н, и Ну вектора напряженности, т,е, служит мерой его постоянства, На границе с огневым забоем значения угла ф резко изменяются.Физической основой предлагаемого способа является высокая проводимость высокотемпературного газа при реакции окисления, т,е. горения, В результате при подборе силы тока, регулируя напряжение и частоту, можно достичь стабильных значений компонент образующегося вокруг газообразного проводника магнитного поля.Вместе с тем, в силу особенностей процесса газификации высокотемпературный газ с максимальной проводимостью всегда будет находиться у кромки газифицируемого пласта, Точность же 5 - 10 м вполне достаточна для оконтуривания и подсчета запасов газифицируемого угля,Способ был опробован на Ангренской станции "Подземгаз",Газифицируемый пласт мощностью 12 м находится на глубине 150 ми вскрыт двумя системами скважин, удаленными на 30 м друг от друга и сбитыми фильтрационной сбойкой,Для определения положения огневого забоя обсадные трубы дутьевых скважин 2 были подключены к трансформатору с напряжением в 1000 В, Вторым местом подключения являются заэкранированные обсадные трубы отводных скважин 3. Частота тока 20 Гц, На поверхности синхронно с включением тока осуществляют магнитную съемку аппаратурой АНЧпо четырем профилям 7 (через 7 м) длиной 450 м (см. Хмелевский В,К. Электроразведка, М., 1984, 79 - 84) с шагом замеров в районе трещин сдвижения 3 м. По совпадению аномальных значений трех компонент магнитного поля определяют наиболее вероятное положение забоя, Очередные замеры осуществляют через неделю, то есть когда при средней скорости подвигания забоя один метр в сутки он изменяет положение, что может быть отмечено магнитной сьемной.При отсутствии совпадения местоположения аномальных значений компонент магнитного поля через дутьевую скважину от промышленного оэонатора подают газ, Это позволяет повысить надежность определения местоположения аномальных значений, Для устранения вредного влияния проходящего металлического газопровода, ближайшие к нему системы скважин подключают к электрической сети через переменный трансформатор, а измерение проводят трижды при значениях напряжений 1000, 5000, 7000 В и частотой 20, 50, 100Гц, соответственно. Местоположение забояопределяют по усредненному положениюаномальных значений параметров полявсех серий наблюдений, 5Таким образом, при реализации способа по сравнению с прототипом обеспечивается большая достоверность определенияместоположения огневого забоя в рыхлых,трещиноватых, сдвигающихся, осадочых 10породах, Кроме того, реализация способадаст возможность производить регулярныедекадные, месячные, квартальные замеры ипостоянно контролировать положение огневого забоя, а также объемы и полноту выгазовывания на пологозалегающихугленосных месторождениях,Формула изобретения1. Способ определения местоположения подземного объекта, включающий бурение системы скважин, обсадку ихметаллическими трубами, подачу в изучаемый объект низкочастотного тока через питающую линию с заземлением в скважине,измерение на земной поверхности составляющих компонент магнитного поля и отнесение зон объекта к граничным прианомальных значениях их магнитного поля,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюдостоверного определения местоположе ния огневого забоя в рыхлых трещиноватых породах и при определении криволинейных контуров забоя, низкочастотный электрический ток пропускают через дутьевой поток в процессе подачи по дутьевым скважинам газа и отвода продуктов газификации по отводным скважинам, при этом переменное напряжение подают на обсадные трубы дутьевой и отводной скважин, а положение огневого забоя определяют по местоположению аномальных значений компонент Н, Ну и Н вектора напряженности магнитного поля Н,2. Способ по и, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности определения местоположения аномальных значений, дутьевой газ дополнительно ионизируют перед нагнетанием в зону газификации, например, с помощью промышленных озонаторов,3, Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности результатов измерений за счет исключения случайных аномальных отсчетов, замер компонент магнитного поля осуществляют несколько раз, причем величину низкочастотного напряжения и его частоту фиксированно меняют.1786248 50 Составитель В,КузнецоТехред М.Моргентал Корректор Н,Милюков Редактор Б.федотов Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 каз 236 Тираж ПодписноеВНИЛПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5