Способ определения нарушенности горного массива и устройство для его осуществления

(19 С 39/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ АВТО ру. ательский маркшейев, Г.И.бу-,С, К.Забур. нарушений в приконтурно пород. Сущность изобрете массиве горных я: на исследуеченны т опреде- Ьна обнао, способ СОакола. аи массизазоры),вырабо нности, в глубиеделить едставия известжность опГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследоинститут горной геомеханики идерского дела(56) Авторское свидетельство СССРМ 1328517, кл. Е 21 С 39/00, 1987.Глушко В.Т. и др. Геофизический контроль в шахтах и тоннелях, М.: Недра, 1987,с, 104-109,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАРУШЕННОСТИ ГОРНОГО МАССИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: определение скрытых Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения состояния горного массива, в частности определения нарушенности, не выходящей наобнажения горных выработок,Известен способ определения нарушенности горного массива, заключающийся в том, что на исследуемом участке массива создают электрическое поле и измеряют его . потенциал. Регистрируют разность потенциалов и фиксируют, наличие заколов, которые и свидетельствуют о нарушенности горного массива. Способ осуществляется с помощью устройства, содержащего источник питания постоянного тока, который соединен через амперметр с питающими мом участке массива устанавливают. питающие, измерительные и компенсационные электроды. Питающие и компенсационные электроды подключают через регулирующие переменные сопротивления к выходу генератора переменного тока противофазно. Измерительные электроды через узкополосный усилитель соединяют с милливольтметром. Пропускают ток через питающие электроды и создают в массиве наведенное электрическое поле. Через компенсационные электроды -пропускают ток противоположной полярности, Величины токов, протекающих междупитающими и компенсационными электродами, выбирают пропорционально квадратам расстояний между электродами. Определяют величину Б потенциала между измерительными электродами. По полученной величине потенциала определяют глубину . залегания С., нарушения. 2 с,п. ф-лы, 3 ил 1 табл., 1 пр,электродами, и регистратор, подклк измерительным электродам.Указанный способ не позволяелять нарушенности, не выходящиежения горного массива. Кроме тогосуществим только при наличии зтакже при наличии между заколомвом открытых трещин (воздушныевыходящих. на обнажения торныхток. В большинстве случаев наруштрещины, расслоения встречаютсяне массива, и данным способом оприх наличие и местоположениЕ не иляется возможным. Устройство для осуществленного способа имеет низкую надеределения нарушенности, не выходящей наобнажения горного массива из-за влиянияполяризации электродов и промышленныхэлектрических помех. Приэлектродные эффекты и электрические помехи в основном 5обусловлены введением в горный массивпостоянного тока,Таким образом, известные способ и устройство не обеспечивают необходимойточности и при определении нарушенности, 10не выходящей на обнажения горных выработок.Целью изобретения является повышение точности определения нарушенности,не выходящей на обнажения горных выработок,Указанная цель достигается тем, что поспособу определения нарушенности горного массива, включающему создание на исследуемом участке массива наведенного 20электрического поля и измерение его потенциала, по которому определяют нарушенность массиваосуществляют компенсациюнаведенного электрического поля токомпротивоположной полярности, величину которого определяют из соотношения2=11ЮЫа глубину залегания нарушенности Ь определяют по формуле30Устройство для осуществления способа, содержащее источник питания, генера тор переменного тока, выход которого соединен с питающими электродами, измерительные электроды, подключенные к входу узкополосного усилителя, и соединенный с ним милливольтметр, снабжено компенса ционными электродами и регулирующими переменными сопротивлениями, при этом компенсационные электроды подключены через регулирующие сопротивления к выходу генератора переменного тока противо фазно питающим электродам.На фиг. 1 представлена схема установки А 182 ММД 281 и распределение наведенного электрического поля в ненарушенной породе; на фиг. 2 - структурная схема устройст ва; на фиг. 3 - распределение потенциала вдоль электропрофиля по разрезу при наличии нарушенности в горном массиве,Способ осуществляется следующим образом. 55На исследуемом ненарушенном участке массива устававливают питающие 1 и измерительные 2 электроды вдоль электропрофиля 3 (фиг, 1). Расстояние между питающими и измерительными электродами, а также положение центра установки определяют по размеченным на электропрофиле пикетам. После совмещения центра установки с пикетом профиля, установления и подключения электродов измеряют разность потенциала Ь 0 и тока 1 и вычисляют удельное электрическое сопротивление рк на ненарушенном участке по известной формулеЬО1где К= л коэффициент уста- новки,Затем на электропрофиле устанавливают компенсационные электроды 4 на расстоянии, равном половине расстояния от центра до питающих электродов 1, и подключают к электродам 1 и 4 питающие и компенсационные токи. Через электроды А и А 2 (фиг, 1) пропускают ток положительной, а через электроды В и 82 - отрицательной полярности, Сила токов в цепи электродов А 18 и А 282 равна соответственно 1 и 12.В связи с противоположной направленностью токов 1 и 12 создаваемые ими в ненарушенной среде геоэлектрические поля будут, в зависимости от соотношения токов и расстояний между питающими электродами, полностью или частично компенсироваться, В случае полной компенсации разность потенциалов между измерительными электродамиМй равна нулю. Иначе говоря, разности потенциалов, создаваемые.между измерительными электродами в каждой из питающих линий, в момент компенсации равны по величине и противоположны по знаку, т.е, 01= - 02, Так как Л О -Л А 1 М А 1 М РК 212 МйЛ А 2 М А 2 й следовательно,11 2д М д и д 2 М д 2 нПриМй А 181 и А 282 последнее выражение может быть представлено в виде равенства12= 112 / 1 1 (1)Уравнение (1) устанавливает соотношение между разносами питающих электродов и величинами протекающих между ними токов, необходимое для полной компенсации наведенного электрического поля в районе измерительных электродов в ненарушенных породах,Характер распределения силовых (сплошные линии) и эквипотенциальных (пунктир) линий наведенного электрического поля, создаваемого установкой А 182 МЙА 281 в ненарушенной породе. приведен на фиг. 1 б. При этом соотношение разносов между электродами А 2 В 2 и А 1 В 1 принято равным 1:2.Затем установку А 1 ВгММАгВ перемещают по нарушенному участку вдоль элект ропрофиля с шагом, равным Мй. При наличии нарушенности 5 происходит перераспределение электрических полей, создаваемых электродами А 1 В 1 и А 2 В 2. В результате этого условие компенсации их в 10 районе измерительных электродов нарушается, и на последних появляется разность потенциалов,. величина которой с учетом знаков питающих токов определяется соотношением 15ДО Ц А 1 В 1 ДУ д 2 в 2 (2) или.7 г гтак как 2= и Мй= а, то, производя1подстановку, получают 20 25 ЗО экг 1 а Рк 1 ал г л1 Е 1гж . Д . 35 Из последнего равенства следует, что регистрируемая разность потенциалов пропорциональна разности сопротивлений нарушенных и ненарушенных пород. 40Введенный в породу электрический ток проникает в толщу пород на значительную глубину, но его плотность уменьшается по мере удаленияот электродов А 1 и В 1. Эффективной глубиной (расстояние распрост ранения тока в породе) считается граница, выше и ниже которой распространяется 50 общего количества тока, введенного в породу. Глубина этой границы зависит от соотношения сопротивлений нарушенных и 50 ненарушенных пород, равного Ь= ркг/рк 1. Путем изменения соотношения1/ 2 и 1/2 создают наивысшую плотность тока на той глубине горного массива, где ожидаются нарушенности. При. этом о присутствии нару шенности судят по величине потенциала, не равного нулю, а по максимальному значению потенциала оценивают глубину с местоположения нарушенности, которая соответствует расстоянию, равномуу/й Ь гщ,"=з л ЛОпри соотношении сопротивлений нарушенных и ненарушенных породД( )(4,Устройство для осуществления предлагаемого способа (фиг, 2) содержит источник 6 питания постоянного тока, генератор 7 переменного тока, узкополосный усилитель 8, сопротивления 9, питающие электроды 1, компенсационные электроды 4, измерительные электроды 2 и регистратор 10.Устройство работает следующим образом,Постоянное напряжение от источника 6 по проводам подается на генератор 7, вырабатывающий переменный ток строго фиксированной низкой частоты (5 + 0,01) Гц. Выход генератора соединен с питающими 1 и компенсационными 4 электродами установки. Амплитуда тока, протекающего через питающие и компенсационные электроды, подбирается (с помощью вопротивления й 1 и Вг) такой, чтобы. она удовлетворяла уравнению (1), Таким образом, в ненарушенной породе наведенные электрические поля от питающих и компенсационных электродов полностью скомпенсированы,При наличии нарушенности на измерительных электродах 2 установки возникает разность потенциалов с частотой, соответствующей рабочей частоте генератора, которая поступает на вход усилителя 8 с узкополосной частотной характеристикой, обеспечивающей прохождение через усилитель только полезных сигналов рабочей частоты. С выхода усилителя 8 полезный сигнал подается на регистратор 10, где и фиксируется, Погрешность измерения полезных сигналов (Ь 0) не более 2.Использование генератора, вырабатывающего ток строго фиксированной частотой 5 Гц, и узкополосного усилителя, обеспечивающего прохождение только полезных сигналов рабочей частоты, позволяет исключить поляризацию электродов и влияние промышленных электрических помех, Узкополосный усилитель предназначен для обеспечения помехоустойчивости измерений при воздействии промышленных помех, Уровень подавления промышленной частоты 50 Гц достигает 80 дБ,Низкая частота 5 Гц позволяет проводить интерпретацию результатов наблюдений с использованием закономерностей полей постоянного тока.Предлагаемый способ и устройство прошли опытно-методическую проверку на рудниках комбината "Ачполиметалл", вьчастности на четырех участках 13-16 гор Северного геологического блока, где в массивах горных пород, сложенных доломитами и доломитизированными известняками, вдоль горных выработок было проведено электропрофилироааиие обнаженных стенок массива и пород кровли установкой А 1 В 2 ММАгБ с длиной питающей линии 0=2; 3. 5; 6 и 10 м и МИ=-0,2 0,6; 1,2. 1,6 м. Интерпретация данных измерений сводилась .к получению гоафика распределения потенциала по электропрофилю. Судя по кривой (фиг. 3), полученной поданным измерения, максимальное значение потенциала составляет ЬО=-170 мВ и соответствует глубине залегания иарушенности 2,4 м, Полученный результат подтвержден бурением скважин с отбором керна и измерением удельного электрического сопротивления кернового материала ркг .Кроме того, предлагаемый способ и устройство апробированы.на участке 19 гор рудника Глубокий при изучении состояния искусственного массива из твердеющей закладки, где в закладочном массиве определены нарушенности на глубине 3,1 м (см, таблицу),В таблице приведены результаты определения нарушенности, не выходящей на обнажения горных выработок, полученные с использованием предлагаемого технического решения, и сравнение этих результатов по данным бурения скважин с отбором керного материала.Таким образом, способ позволяет повысить точность определения нарушенности, не выходящей на обнажения горных выработок, по сравнению с трудоемким процессом бурения скважин и отбором керного материала, Точность определения нарушен;ости предлагаемым способом составляет 5-15 О, и зависит от глубины проникновения в породу тока и соотношения нарушенных и неиарушенных пород, Способ может найти пФ менение при исследованиях нарушен- ности искусственного массива из твердеющей закладки.Ф ор мул а изобретения 1, Способ определения нарушенности горного массива, включающий создание на исследуемом участке массива наведенного электрического поля и измерение его потенциала, по которому определяют иарушенность массива, отл ича ю щи йся тем, 5 что, с целью повышения точности определения нарушенности, не выходящей на обнажения горных выработок, осуществляют компенсацию наведенного электрического поля током противоположной полярности, 10 величину которого определяют из соотношения2= 111-2 /Ьгде 1 - величина тока, протекающего междупитающими электродами, А;15 12 - величинатока, протекающегомеждукомпенсационными электродами, А;1.1, (.2 - расстояние между соответственно питающими и компенсационными электродами, м;20 а глубину залегания нарушенности Ь определяют по формуле1 а Ь 11 Рк 13 лЛО25 где а - расстояние между измерительнымиэлектродами, и;Ь - отношение удельных электрическихсопротивлений нарушенных и ненарушенных пород(3 Ь 4);30 рк - удельное электрическое сопротивление ненарушенных пород, Ом м,ЛО - наибольшее значение измеряемого потенциала, В,2, Устройство для определения нарушенности горного массива, содеркащее источник питания, генератор переменного тока, выход которого соединен с питающими электродами, измерительные электроды, подключенные к входу узкополосного усилителя, и соединенный с ним милливольтметр, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено компенсационными электродами 45и регулирующими переменными сопротивлениями, при этом компенсационные электроды подключены через регулирующие сопротивления к выходу генератора переменного тока противофазно питающим электродам.50С 3 а О 3 а аь м м м оао х 30 3. 1О 1 Ф О Ох 1 О Э О 11 ОЭФ 1 х, л хэ оа хл Ое Пак х О,3 Ч а ах х Х Ф 1 У Э Ф 3- х о в с П а 1 1ь 1 11 Х 3 Э Э О хна х ло э асЩ ф Х)Х хфо 1э оо ах сФ оОЭ в31 СЛ П 3 1 Э 1 ЭХ 31Тираж . Подписноеного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 35. Москва, Ж, Раушская наб 4/5