Способ определения контура пустот в зоне горных работ

ОЛ ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 983619исоеаинением заявкиеударстванный комитет СССР о делам изобретений и открытийпубликовано 2 а опубликования описания 23, 12 .82 В.Т.Умрихин, В.Ф.Матюшецкин Ю.Ф,Кренида и С.А.Медя 72) Авторы изобретени Украинскии филиал Всесоюзнинститута горной механики(5 Й) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТУРА ПУСТОТ В ЗОН ГОРНЫХ РАБОТподземных пустот, на глубине около 30 м и поперечным сечением до ч м 2, причем наилучшие результаты получают при горизонтальном расположении искомых туннелей.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ определения контура пустот в зоне горных работ, который заключается в том,что на земной поверхности измеряют по заданной системе профилей параметры электрического поля,возбужденного с помощью системы электродов-заэемлителей, один из электродов, подсоединенный к одному полюсу источника тока, размещают в скважине на глубине, превышающей глубину ,исследуемого пространства, а другие электроды, подсоединенные к другому полюсу источника тока - на поверхности земли в точках, расстояние от которых до устья скважины превышает пределы 1 о Изобретение относится к разведочной геофизике, а именно к способам определения контура пустот в зоне горных работ геофизическими методами, в частности методом сопро тивлений,и может найти применениев инженерно-геологических изысканиях для строительства зданий и сооружений, расположенных над горными работами, может быть использован для геофизической разведки карстов,тектонических нарушений и некоторых рудных залежей.Известен способ определения изме нения удельного сопротивления пород путем измерения разности фаз междусоставляющими магнитного поля, пред назначенный для обнаружения наличия или отсутствия туннеля под земной поверхностью 11.Недостатком данного способа является его ограниченные функциональ ные воэможности: способ рассчитан на поиск туннеля, т.е, вытянутых Ю;Г.Мясников,.цев1о " ссдедоватейьскогм ского"дЪл 43 98761исследуемого участка, результаты измерений корректируют между собойи по ним судят о наличии пустот.Обыцно по радиальным профилямот устья скважины измеряют разностьпотенциалов. По результатам измерений проекция, например, дальнегоконтура нефтегазоносного ( высокоомного ) пласта на дневную поверхностьбудет отмечаться областью повышенных значений потенциала и, следовательно, аномалией повышенных значенийкажущегося удельного электрическогосопротивления, вытянутой вдоль дальнего контура, Та часть контура,которая находится ближе к скважине,на графиках не будет находить чет кого проявления. Поэтому после выявления залежи приступают к ееоконтуриванию, Для этого нижний питающий электрод оставляют в скважине на прежней глубине, а верхнийпереносят поближе к выявленному местоположению дальнего контура и заземдяют на поверхности земли. При про- дпускании тока в землю токовые линиибудут экранироваться высокоомнымпродуктивным пластом. Измеряя наземной поверхности разность потенциалов по профилям, исходящим в данном случае в разные стороны от питающего верхнего электрода, по повы-.шенным значениям кажущихся удельныхэлектрических сопротивлений определяют контур залежи, т.е. контур находит свое проявлейие на кривыхв виде максимума, абсцисса экстремальной точки которого должна соответствовать расстоянию от верхнегопитающего электродапо профилюв плане) до контура залежи 12 ,Данный способ может быть применендля определения контура пустот взоне горных работ, однако он имеет,ряд недостатков, главным из которыхявляется низкая надежность определения контура искомых объектов, в томчисле и пустот,Низкая надежность способа обусловлена применением для создания50электрического поля двухэлектродной питающей установки, один изэлектродов заземлен в скважине, адругой на земной поверхности. Электрическое поле двухэлектродной установ 55ки распространяется в пространствесимметрично относительно оси установки, т,е. в пространстве ориентиро 9 4дано преимущественно линейно, в связи с цем ориентировка оси установки в пространстве относительно исследуемого уцастка имеет большое знацение при проведении геофизических исследований по определению контура объекта. Наилучшим является расположение обоих питающих электродов установки по оси скважины, т,е. вертикально, так как в этом случае электрическое поле будет распространяться симметрично относительно оси скважины в пределах всего исследуемого массива пород. Однако при вертикальном расположении питающей установки невозможно определить контуры объектов, располагающиеся от оси скважины на расстояниях, меньших размера зоны влияния верхнего питающего электрода на результаты измерений электрического поля. В связи с этим возникает необходимость использования по меньшей мере двух систем расположения питающих электродов .в пространстве.Целью изобретения является повышение надежности определения контура пустот путем концентрации и симметричного распределения электрического поля относительно оси скважины,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения контура пустот в зоне горных работ, заключающемуся в измерении на земной поверхности по заданной системе профилей параметров электрического поля, созданного с помощью системы электродов-заземлителей, один из электродов, подсоединенный к одному полюсу источника тока, размещают в скважине на глубине, превышающей глубину исследуемого пространства, а другие электроды, подсоединенные к другому полюсу источника тока, - на поверхности земли в точках, расстояние от которых до устья скважины превышает пределы исследуе-, мого участка, результаты измерений корректируют между собой и по ним, судят о наличии пустот, электроды на поверхности земли размещают в вершинах правильного многоугольника, центр которого находится на устье скважины. На фиг.1 показан принцип заземления верхних питающих электродов в вершинах квадрата; на фиг,2 - графики потенциала нормального поля для уста5 98361новки, используемой в данном способе;на фиг.3 - размещение электродов относительно скважины.В пространстве между скважинойи земной поверхностью с помощью уста- Бновки, нижний питающий электрод которой подсоединен к одному из полюсовисточника тока и заземлен в скважине на глубине, превышающей глубину1 О.отработанного горизонта, к другомуполюсу того же источника тока, подсоединяют четное количество, например четыре, верхних питающих электро-.да и заземляют их на земной поверхности за пределами исследуемого15участка в вершинах правильного многоугольника, например квадрата,центр которого находится на устьескважины. По выбранной системе профилей наблюдения, осуществляют измерения электрического поля.Вариант 1. По радиальной системепрофилей наблюдения, проходящих черезустье скважины, осуществляют измерения потенциала электрицеского поля25с последующим построением эквипотенциальных линий,Вариант 2. По прямоугольной системе профилей наблюдения, параллельныхдиагонали, для четырех питающихэлектродов ( сторонам квадрата ), осуществляют измерения градиента потенциала электрического поля с последующей корреляцией наблюдаемых графиков, 35После проведения измерений электрического поля на исследуемом участкепри данном заглублении нижнего питающего электрода его питающий электрод ) последовательно перемещают вверх 40по стволу скважины в область междуотработанным горизонтом и пустотамирасслоения за счет подработки и повторяют измерения электрического поляпо той же системе профилей наблюдения при оставлении верхних питающихэлекродов на прежних местах. Принцип заземления верхних питающих электродов в вершинах квадрата показан на фиг.1, Чтобы площадь исследуемого участка 1 яе попадала в области 2 влияния на результаты измерений электрического поля верхних гчптающих электродов 3 в соответ: 55 ствии с требованиями теории электроразведки,полудлину диагонали многоугольника ( квадрата ) выбирают равной не менее полутора Э 6расстояниям наиболее удаленной точки ч исследуемого уцастка от устья скважины, в которой помещен скважинный электрод 5, т,е.3 - 5 Ъ 3/2 расстояния между точками 1 и 5.Ориентировка диагоналей квадрата зависит от выбранной системы профилей наблюдения. При использоь. нии радиальной системы профилей наблюдения,исходящих из устья скважины, диагонали квадрата могут быть ориентированы произвольным образом. При выборе прямоугольноц системы профилей наблюдения в целях удобства обработки измеренных результатов диагонали квадрата желательно ориентировать вкрест и по простиранию пород, либо под углом 15 о к линии простирания в зависимости от параллельности профилей диагоналям либо сторонам квадрата.После монтажа питающей установки включают источник тока, добиваются равенства стекающих токов у размещенных вдали от скважины электродов, пускают электрический ток в исследуемый массив. По выбранной системе профилей наблюдения проводят съемку значений электрического поля.Съемки можно проводить в двух вариантах.Вариант 1, Съемку потенциала электрического поля осуществляют по радиальной системе профилей наблюдения с построением эквипотенциальных линий. По положению эквипотенциальных линий судят о положении контура пустот в пределах отработанного горизонта. Вариант 2. Съемку градиента потенциала электрического поля осуществляют по прямоугольной системе профилей наблюдения. Пустоты отработанного горизонта, обладающие сопротивлением У = Со, будут экранировать электри, ческий ток, плотность тока над пустотами будет иметь минимальные значения, На границах пустот плотность тока над пустотами будет иметь минимальные значения. На границах пустот плотность тока значительно возрастет и границы пустот будут отмечаться аномалиями повышенных значений градиента потенциала. Контур пустот определяют корреляцией наблюденныл графи. ков градиента потенциала.После проведения по выбранной системе профилей измерений потенциапа ( градиента потенциала) питающий электрод 5, находящийся в скважине, перемещают вверх по ее стволу в область между обработанными горизонтом и пустотами расслоения. Электроды 3, заземленные на земной поверхности, оставляют на прежних)местах. Повторяют измерения потенциала ( градиента потенциала) по той же системе профилей наблюдения и по результатам съемки определяют контур пустот расслоения,Потенциал в точке, находящейся на расстоянии от устья скважины для используемой в способе системы размещения питающих электродов, вычисляют по формуле 35 Э.) 40 Уравнению соответствуют графики1-6 нормального поля, вычисленные для отношений Д И = 1-6. Линия 7 обозначает границу влияния верхних питающих электродов на результаты измерений электрического поля, ее положение определяется по теории электроразведки; измерения правее линии 7 зависят от влияния верхних питающих электродов, Как видно из графиков нормального поля, распределение потенциала близко к линейному для отношений 919 = 3-6, Оптимальный размер исследуемого участка следует выбирать для таких соотношений ц 1"и , у которых распределение потенциала наиболее близко к линейному, Наименьший размер исследуемого участ 50 15На фиг.2 показаны графики потенциала Ц нормального электрического поля для используемой в способе системы размещения питающих электродов, рассчитанные для однородной среды щ 0 ( Фиг,3) с сопротивлением= 10 Ом при токе питания 1 = 500 мА и глу":ине нахождения питающего. электрода 5 в скважине и = 60 м, по профилю, располагающвмуся на оси Х. Здесь 253 и 3 - верхние питающие электроды 5 - нижний питающий электрод; а расстояние от электрода до устья скважины; 1 - величина тока, стекаю. щего через катодный электрод, 30 19 8ка (Фиг,2) соответствует соотношению аа = 3.Для учета влияния неоднородностей рыхлых отложений на результаты измерений электрического поля по данному способу на исследуемом участке проводят электроразведочные работы установкой электропрофилирования с малыми разностями и вертикальные электрические.Способ предполагает равенство переходных соспротивлений всех четырех верхних питающих электродов, заземляемых на земной поверхности, и обеспечение равенства величины стекающих с этих электродов токов,Данный способ повышает надежность определения контура пустот в зоне горных работ благодаря следующим достоинствам.Электрическое поле сконцентрировано в исследуемом пространстве и распределено в нем симметрично относительно.оси скважины, что достигнуто за счет создания поля питающей установки, используемой в способе, За счет концентрации и симметричного относительно оси скважины распределения в изучаемом пространстве электрического поля идентифицированы условия проведения геофизических исследований, т.е, на результаты измерений по выбранной системе профилей наблюдения в пределах всего исследуемого участка влияет один и тот же объем пород, что дает возможность сравнивать количественно измеренные граФики электрического поля.Геофизические исследЬвания проводятся по одной системе профилей, что создает удобства в сопоставлении измеренных графиков электрического поля..На результаты измерений электрического поля не влияют верхние питающие электроды, заземленные на земной поверхности, поэтому на измеренных графиках потенциалаградиента потенциала ) можно определять положение как ближнего, так и дальнего от скважины контура искомого объекта. Это достигается за счет разнесения верхних питающих электродов за границь 1 исследуемого участка, За счет того, что измерения электрического поля в предлагаемом способе проводятся вне области влияния верхних питающих электродов, т,е, ниже линии 7( фиг,2 )минимальный9836 Формула изобретения 20 Способ определения контура пустот в зоне горных работ, в котором на земной поверхности измеряют по заданной системе проФилей параметры электрического поля, возбуждаемого и с помощью системы электродов-заземлителей, один из электродов, подсоединенный к одному полюсу источ. ника тока, размещают в скважине на 9размер оконтуриваемого объекта не ограничивается.Способ позволяет определять контур пустот расслоения, располагающихся над отработанным горизонтом.Это достигается перемещением питающег го электрода, заземленного в скважине, вверх,по ее стволу в область между отработанным горизонтом ипустотами расслоения при оставлении 1 о верхних питающих электродов на прежних местах. Измерения электрического поля в этом случае проводятся по той же системе проФилей наблюдения, что и при определении контура 15 пустот отработанного горизонта,19 10глубине, превышающей глубину исследуемого пространства, а другие электроды, подсоединенные к другому полюсу источника тока, - на поверхности земли в точках, расстояние от которых до устья скважины превышает пределы исследуемого участка, ре,зультаты измерений корректируют между собой и по ним судят о бе зличии пустот, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности определения контура пустот путгм концентрации и симметричного распределения электрического поля относительно оси скважины, электро. ды на поверхности земли размещают в вершинах правильного многоугольника, центр которого находится на устье скважины. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США У ЦО 1309,кл. 321-1 опублик. 1978.2, Саковцев Г, П., Резодубов А. А.Методы скважинной электроразведкипри поисках и разведке рудных месторождений, И., "Недра", 1968, с.9- 18983619 ФигЗ Составитель Л.ВоскобойниковРедактор Н.Гунько Техред М.Гергель Корректор М.Демчик одп ис но 4 Л иал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 каз 9914/54 Тираж 717ВНИИПИ Государственного компо делам изобретений13035, Москва, Ж, Раушс тета СССР открытий ая наб.,