CC BY
34
-------------------------------------------- © В.М. Логачева, А.С. Гукасов,
О.А. Ефремова, 2011
УДК 658.382.2:553.277
В.М. Логачева, А.С. Гукасов, О.А. Ефремова
ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНО-ПОЛЕВОГО МЕТОДА ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
Представлена структурная схема геолого-геофизических исследований надугольного комплекса пород для прогнозирования в нем нарушенных и обводненных зон и обоснованы параметры подземно-скважинного и наземно-скважинного методов проведения электрических измерений.
Ключевые слова: электростатический метод, электрометрия, обводненность, проры-воопасность.
Опыт применения электрометрических работ по прогнозу нарушенных и обводненных зон в надуголь-ных породах выемочных столбов шахт показал, что применение одного метода или модификации недостаточно для обеспечения эффективного и достоверного прогноза. При этом установлено,
что рациональным является применение электростатического метода, в котором в качестве поискового выбрана модификация полевого электрометрического метода (рис.
1 а, б) и детализационного, комбинированного полевого и подземного способа электрометрии (КСППЭ) (рис. 1 в).
Рис. 1. Горно-геофизическое обоснование применения КСППЭ: а, б - полевой электрометрический метод (1 - геологическое нарушение, 2 - геоэлектрические горизонты, 3 - линии электрического тока, 4 - измеритель, АВ - точечные питающие электроды, MN - измерительные электроды; т\... т5; рк1...рк5 - соответственно мощность и кажущееся сопротивление геоэлектрических горизонтов); в - комбинированный подземно-полевой способ электрометрии (1 - горные выработки, 2 - измеритель, 3 - геологическое нарушение, 4 - линия электрического тока, 5 - питающие электроды в скважинах, 6 - источник питания электрического поля).
Размещение питающих электродов в обсадной скважине для изучения геологического разреза обретает все большее значение не только в связи с достаточным развитием сети скважин, но и потому, что это открывает новые возможности в повышении разрешающей способности метода электроразведки.
Физический процесс характера сте-кания тока с поверхности металлической трубы колонны в исследуемую геологическую среду представлен на основе теории линейных заземлителей. Анализ расчетов показал, что величина стекающего с забоя скважин тока (при заземлении источника на устье) уменьшается в 10 раз по отношению к заданному. Для обеспечения необходимой силы тока пропускания (задающего) применяется универсальная электроразведочная станция (УЭРС).
Методика проведения электрометрических исследований включает в себя следующие этапы: площадные (основные) поисковые электрометрические измерения в модификации срединного градиента с заземлителем АВ на обсадные трубы (наземно-скважинный электрометрический метод - НСЭМ), рис. 2 а; детализаци-онные профильные электрометрические измерения в штреках с заземлением АВ с поверхности на устье обсаженных скважин (подземно-скважинный электрометрический метод - ПСЭМ), рис. 2 б.
Наземно-скважинная электрометрия прогнозирования прорывоопасных зон проводится в следующей последовательности. На дневной поверхности обеспечивается геодезическая привязка площади выемочного столба, подлежащего исследованию, затем эта площадь разбивается геофизической сетью - пикетами наблюдений, а питающие электроды АВ заземляются на устья обсадных колонн скважин, расположенных за пределами выемочного столба. Станция УЭРС располагается в удобном для ма-
шины месте. НСЭМ применяется для получения общей картины распределения геолого-электрических характеристик в разрезе и по площади выемочного столба.
По результатам опытных работ на шахтах, изучению и анализу схем раскройки шахтных полей и сети бурения скважин, а также, учитывая величину глубинности исследований ^ которая связана соотношением АВ = (10 - 15)^ получены следующие размеры питающей линии: АВ = 500, 1000, 1500 и 2000 м. Разносы измерительных электродов ММ определяются размерами изучаемых объектов и требуемой детальностью исследований.
Для устранения помех от неоднородностей в поверхностном слое необходимо применять два разноса, например, при длине выемочного столба 500м: АВ = 500 м и А'В1 = 1000 м, а при 1000 м: АВ = 1000 м и А'В1 = 2000 м.
При проведении ПСЭМ в цепи АВ используется мощное электрическое поле, которое позволяет создать на уровне изучаемого горизонта необходимую плотность тока, регистрируемую измерителями, приблизив таким образом измерительную установку к объекту исследований. Кроме того, это поле обеспечивает получение информации о степени обводненности массива по штрекам в выработках с металлической крепью, где погрешность измерений не превышает 8-10 %. Для оценки степени обводненности угленосных пород вокруг выработки и возможной прорывоопасно-сти в них необходимо выполнить измерения в подготовительных и оконтуро-вочных выработках в четырех направлениях: по кровле, почве и стенкам.
Общими выводами для ПСЭМ и НСЭМ являются их основные параметры для условий шахт бассейна, которые приводятся в табл. 1.
Рис. 3. Технологические схемы проведения измерений: а - метод наземно-скважинной электрометрии (НСЭМ); б - метод подземно-скважинной (ПСЭМ) электрометрии Размеры параметров установок и электрического поля при проведении
Название показателей Значение показателей
Размер питающей линии АВ в долях глубины исследования (И) 10-15
Размер приемной линии МN , м 10
Разность потенциалов Ди^, мВ (с учетом помех) 50
Сила тока питающей линии АВ, А 15-40
Напряжение в цепи АВ, В 400-300
Получаемые по результатам измерений графики отличаются чрезмерной из-резанностью, что затрудняет интерпретацию и однозначное толкование сигнала,
осложненного различного рода помехами, В этом случае обработку и интерпретацию рекомендуется проводить специальными методами.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------------
Логачева В.М. - кандидат технических наук, кафедра физики,
Гукасов А. С. - старший преподаватель, кафедра физики,
Ефремова О. Ф. - ассистент, кафедра вычислительной техники и информационных технологий, Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева. г. Новомосковск.
РАЗМЕРЫ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ АННОТАЦИЙ
Не будь к сонету, критик, слишком строг, Пускай бездарен он и скучен очень часто,
Но в нем не более четырнадцати строк,
А ведь в иных стихах бывает полтораста!
С. Маршак
Библиографические аннотации книг обычно составляют авторы. Им хочется втиснуть в небольшое пространство на обороте титульного листа максимум рекламной информации о своем произведении и, если их не ограничить, аннотации займут всю площадь, предназначенную для другой служебной информации. Библиотечные библиографы сражаются с авторским эгоизмом ножницами, иногда удаляя наиболее содержательную часть аннотации.
Наше издательство решило прислушаться к шутливым рекомендациям поэта, и ограничить размер библиографической аннотации 14 строками. Кроме того, редакторам поручено привести аннотации к полезному для читателей и работников библиотек и магазинов виду. Ограничения пошли на пользу: исключение малозначимых отступлений и самовосхвалений сделало аннотации содержательней и удобочитаемей.
Л. Гитис
