Способ геоэлектроразведки

.Ж 872 1 Ч З(О 2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) АНИЕ ИЗОБРЕ ОП НИЯ ПАТЕНТ аучно-иси цветных ктивы приейдерском ского дела,мина Э.н., кий метод камня, сборных .поя, 1973, с. глубиной залегания, иначе поиски положи тельных результатов не дают.В практике горнодобывающей промышленности часто возникает необходимость повторной отработки открытым способами карьеров, отработанных ранее на большук глубину шахтным способом. Эксплуатаци таких карьеров часто осложняется проявле, нием провалов в результате выхода на по. верх ность и устот от ста р ы х го р н ые выработок. Пустоты от горных выработо, могут располагаться на самых различны, глубинах, которые первоначально опреде ляются горизонтами разработки месторождений. Со временем глубина залегания . пустот в результате их динамики уже не соответствует тому горизонту, где они возникали. При этом при большом числе(71) Иркутский государственный нследовательский институт редкихметаллов(56) 1, Сазонов В.А.Опыт и перспеменения новых методов в мвркшделе. В сб. Вопросы маркшейдерБелгород, 1969, с. 57.2. Богословский В.А., КузьОгильви А.А, Электрометрйческонтроля прочности цементногоразующегося при цементации грод. Вестник МГУ, Ь 4, Геологи62-68. Изобретение относится к геофизическим исследованиям, в частностик электрометрическйм исследованиям, и может найти применение в горнодобывающей промышленности, строительстве и т.п.при исследованиях различных динамических геологических систем электроразведочны ми способами;Известен и находит широкое примене- ние при поисках и исследованияхпустот от старых горных выработок при повторных разработках месторождений полезных ископаемых ряд геофизических методов, таких как зле ктрометрический, гравиметрический, магнитометрический, Указанные методы эффективны при поисках пустот и других статических геологических объектов, когда их размеры соизмеримы с 2(57) Использование: в области геофизических исследований, в частности в горнодобывающей промышленности и строительствепри поисках и исследованиях старых пустот. Сущность изобретения; электроразведку осуществляют с использованием метода электрометрии. Кажущееся электрической сопротивление измеряют в .течение времени, необходимого для получения не менее трех циклов измерений. При этом интервал между циклами измерений определяют в зависимостиот скорости обрушения пород. В качестве интерпретационного параметра для оценки динамики, развития обрушения используют изменение приращения кажущегося электрическо- Я го сопротивления с учетом его знака. 3 ил,Фгоризонтов отработки пустоты могут располагаться одна над другой или разнесены в пространстве, при интенсивной динамике несколько пустот могут объединяться в одну и т.д. Размер одиночной пустоты определяется размером горной выработки (выемочной камеры и т,п.). Соотношения размеров пустот и глубин их залегания, таким образом, могут быть самыми различными и имеют принципиальное значение только при выборе методов обйаружения и исследования пустот;При ведении открытых горных работ опасны все пустоты, Поэтому перед началом горно-добывающих работ необходимо эти пустоты обнаружить и погасить, но задача обнаружения пустот на больших глубинах. когда глубина залегания значительно превышает линейные размеры пустот, представляет существенные трудности и, как правило, не решается. С другой стороны, известно, что динамика пустот сопровождается значительными структурными изменениями вмещающих пород, заключающимися в возникновении зойы трещиноватости вокруг пустоты (горной выработки) ,под влияйием напряженного состояния ее свода и стенок, Зоны структурных изменений занимают уже значительные пространства и могут служить поисковым признаком, указывающим на возмокное наличие пустот, При структурных изменениях пород в своде пустоты по мере ее динамики процесс уплотнения-разуплотнения носит циклический характер. На первой стадии в породах куполов обрушения накапливается напряжение, По достижении его критических значений на пределе прочности пород наступает разгрузка (обрушение). Затем снова следует стадия накопления напряжений и снова разгрузка и тд. Удельное электрическое сопротивление (в практике работ - кажущееся электрическое сопротивление) - УЭС - пород куполов обрушения при этом также изменяется циклично, При накоплении напряжений происходит уплотнение пород и их УЭС уменьшается по сравнению с неизменными породами, При разгрузке (обрушении) происходит разуплотнение пород и их УЭС увеличивается, Кажущееся электрическое сопротивление, таким образом, периодически проходит через минимальные и максимальные свои значения. Поэтому здесь необходимы систематические (многократные) измерения. При этом циклы наблюдений должны быть согласованы с циклами экстремальных изменений кажущегося электрического сопротивления.Наиболее близким по сущности технического решения к изобретению являетсяспособ контроля прочности цементного камня по кажущемуся электрическому сопротивлению 21. По этому способу проводят долговременные многократные электрометрические наблюдения над цементной противофильтрационной завесой и по постепенному .увеличению кажущегося электрического сопротивления до установления его неИзменных значений определя 10 ют степень заполнения трещин цементом и оценивают прочность образующегося цементного камня. Основным недостатком этого способа при всей его простоте и мобильности явля 15 ется то, что он не обеспечивает достаточной информативности и достоверности при изучении нарушенных горных пород осадочного комплекса, когда такие динамические объекты, как пустоты, пь кажущемуся элек 20 трическому сопротивлению или не выделяются вообще, или их выделение малодостоверно и носит случайный характер, поскольку интервал между циклами измерений назначается произвольно и не 25 согласован с цикличностью экстремумов изменения кажущегося электрического сопротивления пород свода обрушения,Целью изобретения является увеличение информативности и достоверности спо 30 соба геоэлектроразведки при изучении нарушенньх пород осадочного комплекса.Цель достигается тем, что по способу геоэлектроразведки пб методу электрометрии, по которому на исследуемой площади 40 многократно и многократно измеряют кажущееся электричЕское:сопротивление ( р ) с интервалом Т между циклами и по изменению приращений кажущегося электрического сопротивления во времени с учетом знака 45 судят о наличии и динамике развития пус. тот; при этом интервал Т между измерениями определяют из соотношения 0,7 Чт 50 где 0,7 - константа; установленная экспериментально для пород осадочного комплекса,м;Ч- скорость подвижки нарушенных по 55 род (пустот), м/дн. Интервал Т знакопеременных изменений экстремальных знзчений рк находится в обратной зависимости от скорости 35 размещают стационарные многоразносныеизмерительные установки; при этом их размеры выбирают исходя из глубинности метода и глубины залегания пустот, возбуждают в земле электрическое поле и1787280 обрушения, Чем выше скорость, тем короче интервал Т между измерениями, При этом между ними существует такое оптимальноесоотношение (константа), при котором с учетом реальной разрешающей способно сти методов электрометрии возможно надежное измерение приращений рк. Эта константа может быть определена экспериментально, если известна одна из составляющих, например скорость обрушения. 10Обозначим через Чб - известную скорость обрушения пород на конкретном месторождении. вмещающие породы которого представлены в основном следующими разновидностями:15а) крупно-галечными конгломератами, обычно плотно сцементированными глинисто-карбонатным цементом;б) песчаниками, сцементированными глинистым материалом; 20в) песчано-конгломератсвыми отложениями с большим количеством песчано-глинистых прослоев, средне и слабо сцементированных карбонатно-глинистым материалом. 25Тб - интервал между циклами измерений, обратно пропорциональный Чб; Ч - скорость обрушения пород на любом произвольном месторождении; Т - интервал между циклами измерений, обратно 30 пропорциональный Чт, При этом эти параметры связаны следующими соотношениями: 35 Чь Ть Ч(3) 40 С = 0,17 = 0,7 (м). Таким образом, формула (3) расчета интервала Щ между циклами измерений кажу щегося электрического сопротивления взависимости от скорости (Ч) подвижки пород (пустот) приобретает следующий вид: 0,750 Т - Ч Интервал между циклами измерений кажущегося электрического сопротивления, взятый в зависимости от средней скорости 55 подвижки пород и обеспечивающий контрастные измерения изменений кажущегося электрического сопротивления, позволяет детально проследить динамику структурного изменения пород геологического разреза(1)ЧтТ = Чб Тб (2);Ч Ть Чб известна, Определив Тб, выводимформулу расчета Т - интервала между цик лами измерений р для любого объекта взависимости от скорости Чт обрушения егопород,Экспериментально установлено, чтодля скорости обрушения (подвижки) осадочных пород Чб = 3 м/мес (0,1 м/дн), Т = 7 дн,Измерения проведены над известной зонойдинамики пустоты.Основные зэпасы месторождения отобраны системами с обрушением налегающих пород, с возведением бетонныхцеликов и последующей отработкой камер сзакладкой выработанного пространствагравием, Часто на участках нижних горизонтов закладка выработанного пространстване применялась, что явилось причиной об. разования воронок обрушения, На поверхности месторождения образовалась мульда оседания. В мульде выделяются эона плавных оседаний и зона обрушения, На дневной поверхности образуются воронки обрушения. Диаметры воронок от 10 до 50 м, глубина на момент образования от 10 до 50 м. По результатам НИР и данным службы сдвижения рудника здесь выделены опасные участки возможного образования воронок обрушения, где для безопасного ведения открытых горных работ необходимо локализовать места возможного выхода пустот, определить их параметры и погасить, Средняя скорость обрушения пород на месторождении определена следующим образом; на месторождении известно не менее 15 воронок обрушения, известны и даты их выхода на поверхность, Известны и время образования подземных пустот и первоначальная глубина залегания, Так что средняя скорость обрушения определяется легко и оказалась равной 3 м/мес (0,1 м/день).Измерения по определению Тб проведены над известными зонами динамики пустот с циклом через 3 дн (фиг, 1; 1, 2, 3, 4 - порядковый номер цикла), Из представленной фигуры хорошо видно, что контрастные измерения приращений кажущегося электрического сопротивления на полуразносе АВ/2= 100 м (цикл положительного экстремума рк) обеспечиваются интервалом между измерениями Тб = 7 дн (по достижении максимальных значений р начинает убывать).Принимаем произведение Чб Тб за константу С (следует из формулы 2) и рассчитываем ее численное значение при Чб = 0,1 м/дн, Т 7 дн:. (уплотнение - разуплотнение) в результатепродвижения пустот к поверхности,На фиг, 1 дан пример определения интервала Т между наблюдениями; на фиг. 2 -пример выявления зон структурных нарушений по осредненному параметру Л; нафиг, 3 - характер изменения относительного параметра Л в зоне структурных изменений пород(А) и в неизменных породах Б),На фиг. показаны циклы 1, 2, 3, 4 наблюдений, а на фиг, 2 - графики Л и зоныструктурных нарушений соответственно 5, 6на разносе АВ = 250 м и графики Лг и зоныструктурных нарушений соответственно 7,8,Предлагаемый способ геоэлектроразведки осуществляется следующим образом,П р и м е р. Проведены исследования научастке нарушенных горных пород осадочного комплекса, представляющего опасность ведению открытых горных работ из-завозможного выхода на поверхность пустотот старых горных выработок шахты, горизонты 160, 260, 366 м) и где прямые поискипустот ввиду их небольших размеров и большой глубины залегания положительных результатов не дали, Применена установкадвухразносного срединного градиента сразносами АВ = 250 и АВ =350 м с зарядкойпланшета, Были заранее смонтированы стационарные питающие линии АВ, в которых при проведении измеренийподдерживалось постоянное значениепитающего тока 150 мА при АВ = 250 м и100 мА при АВ = 350 м, В качестве измерительной аппаратуры применен комплектИКС, Измерения проводили в течениедвух месяцев с интервалом между измерениями 7 дн (при скорости подвижки нарушенных пород 0,1 м/дн или иначе 3 м/мес).Относительная погрешность измеренийкажущегося электрического сопротивления не превышает 4, Измеряли падение потенциалов (Л О) на приемнойлинии для последующего расчета кажущегося электрического сопротивления, ЛОРк (Рк = К ) и его приращений Л покаждому циклу ( ЛпФ- - - " 100%) Рерзультаты представлялись графиками р,Л,а также осредненного параметра Л=1 Л. Анализ графиков Л позволяетпопределять область структурной нестабильности разреза, а знак параметра указываетна характер нестабильности или иначе нахарактер процесса уплотнение или разуплотнение пород), протекающего на глубинев результате движения пустот, Графики осредненного параметра Л позволяют определить точно местоположение зон нестабильности. На фиг, 2 представлен5 план графиков Л на участке карьера, где возможен выход пустот на поверхность,Здесь 1 - графики Л разноса АВ = 250 м;2 - графики Л разноса АВ = 350 м; 3 -зоны структурной нестабильности, приуроченные к АВ = 250 м; 4 - зоны струк 10 турной нестабильности, приуроченные кАВ =350 м. Один из графиков Л с учетом знакаприращений кажущегося электрического 15 сопротивления по каждому циклу измерений представлен на фиг. 3. Из представленной фигуры хорошо видна цикличность (которая носит квазигармонический характер) изменения относительного параметра 20 Л в зоне деятельности известной пустоты, которая, в свою очередь, характеризует процесс обрушения горных пород.Анализ имеющегося геолого-маркшейдерского материала позволяют сделать вы 25 вод, что выявленные зоны, как правило, в пространственном отношении совпадают с пустотами от старых горных выработок.Положительный эффект заключается в том, что благодаря выбору интервала Т в 30 строгой зависимости от скорости обрушения пород и его согласованности с экстремальными изменениями кажущегося электрического сопротивления р) становится возможным выделение пустот от старых горных выработок независимо от 35 линейных размеров пустот и глубины их залегания, т,е, использование изобретения Формула изобретения Способ геоэлектроразведки, в котором на исследуемой площади размещают стационарные многоразностные электрометрические установки, размеры которых выбирают исходя из глубины залегания пустот, возбуждают в. земле электрическое поле и многократно измеряют кажущееся электрическое сопротивление, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения информативности и достоверности способа при изучении нарушенных пород осадочного комплекса, кажущееся электрическое сопротивление измеряют с интервалом Т между циклами измерений и по изменению приращений кажущегося электрического сопротивления во времени с учетом знака судят о наличии и 50 55 позволяет увеличить информативность и достоверность метода сопротивлений и сокра .тить разведочное бурение.1787280 10 Ьф ффчоеФ 3М М дь О оСй динамике пустот, при этом интервал Т определяют исходя иэ соотношения;0,7 где 0,7 - экспериментально установленная константа для пород осадочного комплекса;% - скорость подвижки нарушенных пород или пустот, м/день,. 2,Редактор рректор С.Шекм Заказ 273, Тираж. ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4)5 ГКНТ СССР. Производственно-издателвскив комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 оставитель Л.Бутак ехред М,Моргентал ф,М Уб Ю вдзю 3