Способ геоэлектроразведки

 

Использование: в области геофизических исследований, в частности в горнодобывающей промышленности и строительстве при поисках и исследованиях старых пустот. Сущность изобретения: электроразведку осуществляют с использованием метода электрометрии. Кажущееся электрическое сопротивление измеряют в течение времени, необходимого для получения не менее трех циклов измерений. При этом интервал между циклами измерений определяют в зависимости от скорости обрушения пород. В качестве интерпретационного параметра для оценки динамики развития обрушения используют изменение приращения кажущегося электрического сопротивления с учетом его знака. 3 ил.

,. Ж,, 1787280 А3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s G 01 Ч 3/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к геофизиче- глубиной залегания, иначе поиски положи ским исследованиям. в частностй-к электро- тельных результатов не дают. метрическйм исследованиям, иможет найти В практике горнодобывающей промышприменение в горнодобывающей промыш- ленности часто возникает необходимость ленности,строительствеит.п. приисследо- повторной отработки открытым способом ваниях различных динамических: карьеров, отработанных ранее на большук геологических систем электроразведочны-: глубину шахтным способом. Эксплуатаци . ми.способами; таких карьеров часто осложняется проявле

Известен и находит широкое примене- . нием провалов в результате выхода на по. ние при поисках и исследованиях fiycToT от верхность пустот от старых горные старых горных выработок при повторных выработок. Пустоты от горных выработо, разработках месторождений полезных ис- могут располагаться на самых различны, копаемых ряд геофизических методов, та- глубинах, которые первоначально опреде- ких как зле ктрометрический, ляются горизонтами разработки месторожгравиметрический, магнитометрический. дений. Со временем глубина залегания

Указанные методы эффективны при поисках . пустот в результате их динамики уже не сопустот и других статических геологических ответствует тому горизонту, где они возниобъектов, когда их размеры соизмеримы с кали. При этом при большом числе

1 . (21) 4944057/25 (22) 13.06.91 (46) 07.01. 93. Бюл. t4 1

{71) Иркутский государственный научно-исследовательский институт редких и цветных металлов (72) Л.И,Бутаков (73) Л.И.Бутаков (56) 1, Сазонов В.А.Опыт и перспективы применения новых методов в маркшейдерском деле. В сб. Вопросы маркшейдерскогодела, Белгород, 1969, с. 57.

2. Богословский В.А., Кузьмина Э.Н., Огильви А.А. Электрометрйческий метод контроля прочности цементного камня, образующегося при цементации горных пород. Вестник МГУ, Ь 4, Геология, 1973, с.

62-68.

2 (54) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ (57) Использование: в области геофизических исследований, в частности в горнодобывающей промышленности и строительстве при поисках и исследованиях старых пустот. Сущность изобретения: электроразведку осуществляют с использованием метода электрометрии. Кажущееся электрическое сопротивление измеряют в . течение времени, необходимого для получения не менее трех циклов измерений. При этом интервал между циклами измерений определяют в зависимости от 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.

Ф

1787280 горизонтов 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 возмо>кное 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 т..д. Удельное электрическое сопротивление (в практике работ — кажущееся электрическое сопротивление) — УЭС вЂ” 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 является способ контроля прочности цементного камня по кажущемуся электрическому сопротивлению (21. По этому способу ïðîâîдят долговременные многократные электрометрические наблюдения над цементной противофильтрационной завесой и по постепенному .увеличению кажущегося электрического сопротивления до установления его неИзменных значений определя10 ют степень заполнения трещин цементом и оценивают прочность образующегося цементного камня.

Основным недостатком этого способа при всей его простоте и мобильности явля15 ется то, что он не обеспечивает достаточной информативности и достоверности при изучении нарушенных горных пород осадочного комплекса, когда такие динамические объекты, как пустоты, по кажущемуся элек20 трическому сопротивлению или не выделяются вообще, или их выделение малодостоверно и носит случайный харак- тер, 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 спо30 соба геоэлектроразведки при изучении нарушенных пород осадочного комплекса.

Цель достигается тем, что по способугеоэлектроразведки по методу электрометрии, по которому на исследуемой площади

40 многократно и многократно измеряют кажущееся электричЕское:сопротивление (рк ) 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

50 где 0,7 — константа, установленная экспериментально для пород осадочного комплекса,м;

V>- скорость подвижки нарушенных по55 род (пустот), м/дн.

Интервал Т знакопеременных изменений экстремальных значений рк находится в обратной зависимости от скорости

j5 размещают стационарные многоразносные. измерительные установки; при этом их размеры выбирают исходя из глубинности метода и глубины залегания пустот, возбуждают в земле электрическое поле и

1 187280 обрушения, Чем выше скорость, тем короче интервал Т между измерениями, При этом между ними существует такое оптимальное соотношение (константа), при котором с учетом реальной разрешающей способно- 5 сти методов электрометрии возможно надежное измерение приращений р<. Эта константа может быть определена экспериментально, если известна одна из составляющих, например скорость обрушения. 10

Обозначим через Чб — известную скорость обрушения пород на конкретном месторождении. вмещающие породы которого представлены в основном следующими разновидностями: 15 а) крупно-галечными конгломератами, обычно плотно сцементированными глинисто-карбонатным цементом; б) песчаниками, сцементированными глинистым материалом; 20 в) песчано-конгломератсвыми отложеI ниями с большим количеством песчано-глинистых прослоев, средне и слабо сцементированных карбонатно-глинистым материалом. 25

Тб — интервал между циклами измерений, обратно пропорциональный Чб; VT— скорость обрушения пород на любом произвольном месторождении; Т вЂ” интервал между циклами измерений, обратно 30 пропорциональный Чт. При этом эти параметры связаны следующими соотношениями:

Vb Tb

Vr (3) 40

С = 0,1 7 = 0,7 (м).

Таким образом, формула (3) расчета интервала Щ между циклами измерений кажу45 щегося электрического сопротивления в зависимости от скорости (V>) подвижки пород (пустот) приобретает следующий вид:

0,7

50 Т вЂ” = — (1) Чт Т = Ve Тб (2);

VT Tb

Ve известна. Определив Тб, выводим формулу расчета Т вЂ” интервала между цик лами измерений р< для любого объекта в зависимости от скорости VT обрушения его пород, Экспериментально установлено, что для скорости обрушения (подвижки) осадочных пород Чб = 3 мlмес (0,1 м/дн), Т = 7 дн.

Измерения проведены над известной зоной динамики пустоты.

Основные зэпасы месторождения отобраны системами с обрушением налегающих пород, с возведением бетонных целиков и последующей отработкой камер с закладкой выработанного пространства гравием, Часто на участках нижних горизонтов закладка выработанного пространства не 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 M. 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 l5 воронок обрушения, известны и даты их выхода на поверхность. Известны и время образования подземных пустот и первоначальная глубина залегания, Так чтосредняя 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, t 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 Te = 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 Ve = 0,1 м/дн, Т 7 дн:

Интервал между циклами измерений кажущегося электрического сопротивления, взятый в зависимости от средней скорости подвижки пород и обеспечивающий контрастные измерения изменений кажущегося электрического сопротивления, позволяет детально проследить динамику структурного изменения пород геологического разреза

1787280 (уплотнение — разуплотнение) в результате продвижения 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»; на фиг, 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 зоны структурных нарушений соответственно 5, 6 на разносе АВ = 250 м и графики Л1» и зоны структурных нарушений соответственно 7, 8, Предлагаемый способ геоэлектроразведки осуществляется следующим образом, Пример. Проведены исследования на участке нарушенных горных пород осадочного комплекса, представляющего опасность ведению открытых горных работ из-за возможного выхода на поверхность пустот от старых горных выработок (шахты, горизонты 160, 260, 366 м) и где прямые поиски пустот ввиду их небольших размеров и большой глубины залегания положительных результатов не дали. Применена установка двухразносного срединного градиента с разносами АВ = 250 и A8 = 350 м с зарядкой планшета. Были заранее смонтированы стационарные питающие линии АВ, в которых при проведении измерений поддерживалось постоянное значение питающего тока 150 мА при АВ = 250 м и

100 мА при АВ = 350 м, В качестве измерительной аппаратуры применен комплект

ИКС-50. Измерения проводили в течение двух месяцев с интервалом между измерениями 7 дн (при скорости подвижки нарушенных пород 0,1 м/дн или иначе 3 м/мес).

Относительная погрешность измерений кажущегося электрического сопротивления не превышает 4О/,, Измеряли падение потенциалов (Л U) на приемной линии для последующего расчета кажущегося электрического сопротивления

ЛU рк (рк = К ) и его приращений Л по

J каждому циклу (ЛПФ - - —" 100%). РеР1 зультаты представлялись графиками рк,Л, а также осредненного параметра Л*=

1ЛI . Анализ графиков Л позволяет и определять область структурной нестабильности разреза. а знак параметра указывает на характер нестабильности или иначе на характер процесса (уплотнение или разуплотнение пород), протекающего на глубине нестабильности. На фиг. 2 представлен

5 план графиков Л* на участке карьера, где возможен выход пустот на поверхность, 10

20

30

35 позволяет увеличить информативность и достоверность метода сопротивлений и сокра40 .тить разведочное бурение.

55 в результате движения пустот. Графики осредненного параметра Л* позволяют определить точно местоположение зон

Здесь 1 — графики Д* разноса АВ = 250 м;

2 — графики Л* разноса АВ = 350 м; 3— зоны структурной нестабильности, приуроченные к АВ = 250 м; 4 — зоны структурной нестабильности, приуроченные к

АВ =350 м.

Один из графиков Л с учетом знака приращений кажущегося электрического сопротивления по каждому циклу измерений представлен на фиг. 3. Из представленной фигуры хорошо видна цикличность (которая носит квазигармонический характер) изменения относительного параметра

Л в зоне деятельности известной пустоты, которая, в свою очередь, характеризует процесс обрушения горных пород.

Анализ имеющегося геолого-маркшейдерского материала позволяют сделать вывод, 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 строгой зависимости от скорости обрушения пород и его согласованности с экстремальными изменениями кажущегося электрического сопротивления (рк) становится возможным выделение пустот от старых горных выработок независимо от 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

1787280

10 динамике пустот, при этом интервал Т определяют исходя иэ соотношения;

0,7 т= - где 0,7 — экспериментально установленная константа для пород осадочного комплекса:

V> — скорость подвижки нарушенных пород или пустот, м/день, 1787280 о z e b В

О 2 6 S ФО 12 N N 18 03. 2

ФйаЗ

Редактор

Заказ 273, Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035. Москва. Ж-35. Раушская наб., 4)5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Ъй; з

Ф

Ig о о ж

Яч

С>

I о г ю а в ro

Составитель Л.Бутаков

Техред М,Моргентал . Корректор С.Шекмар