SU1730451A1 - Method for determination of rock mass deformation and device for its realization - Google Patents

Abstract

Использование: определение напр женно-деформированного состо ни  массива горных пород. Сущность изобретени : в зону скольжени  массива горных пород бур т наклонную скважину. В скважину устанавливают обсадную трубу. Затрубное пространство заполн ют цементным раствором . Опускают в скважину устройство дл  определени  деформаций. Устройство содержит блок намагничивани  и феррозонд с элементом компенсации магнитного пол  При спуске размагничивают обсадную трубу. При подъеме устройства измер ют фоновые значени  напр женности магнитного пол , При повторном спуске устройства с помощью блока намагничивани  нанос т на обсадную трубу магнитные метки . Метки нанос т магнитным полем не менее 0,5 кА/м, При подъеме устройства определ ют величины начальной остаточной намагниченности меток. По изменению остаточной намагниченности меток оценивают изменение напр женно-деформированного состо ни  массива. При длительных измерени х в зонах критических деформаций на обсадную трубу нанос т дополнительные магнитные метки. 2 с. и 2 з п. ф-лы, 5 ил. (/) СUse: Determination of the stress-strain state of a rock mass. SUMMARY OF THE INVENTION: An inclined borehole is drilled into the slip zone of the rock mass. In the well establish casing. The annulus is filled with cement mortar. A device for detecting deformations is lowered into the well. The device contains a magnetization unit and a flux probe with a magnetic field compensation element. When descending, the casing tube is demagnetized. When the device is lifted, the background values of the magnetic field intensity are measured. When the device is re-launched, a magnetic casing is applied to the casing with a magnetization unit. The labels are applied with a magnetic field of at least 0.5 kA / m. When lifting the device, the values of the initial residual magnetization of the tags are determined. Based on the change in the residual magnetization of the marks, the change in the stress-strain state of the array is estimated. With long-term measurements in the zones of critical deformations, additional magnetic marks are applied to the casing. 2 sec. and 2 з п. ф-лы, 5 Il. (/) WITH

Description

XJ со ОXJ with O

4 СЛ4 SL

Изобретение относитс  к горному делу и предназначено дл  определени  напр женно-деформированного состо ни  массива горных пород.The invention relates to mining and is intended to determine the stress-strain state of a rock mass.

Цель изобретени  - повышение информативности измерений, надежности и разрешающей способности измерений.The purpose of the invention is to increase the information content of measurements, reliability and resolution of measurements.

На фиг. 1 представлена конструкци  устройства дл  определени  деформаций мас- сива горных пород; на фиг. 2 - схема установки устройства в массиве; на фиг. 3 - зависимость напр женности магнитногоFIG. 1 shows the structure of a device for determining the deformations of a rock mass; in fig. 2 - device installation diagram in the array; in fig. 3 - dependence of magnetic intensity

пол  вдоль обсадной трубы после ее размагничивани  и нанесени  магнитных меток; на фиг. 4 - то же, после ее деформации; на фиг. 5 - зависимость остаточной намагниченности обсадной трубы от приложенных к ней механических напр жений.the floor along the casing after demagnetization and the application of magnetic marks; in fig. 4 - the same, after its deformation; in fig. 5 shows the dependence of the residual magnetization of the casing on the mechanical stresses applied to it.

Устройство дл  определени  деформаций массива горных пород (фиг. 1) включает корпус, выполненный в виде двух герметичных секций 1 и 2, промежуточную штангу 3, соедин ющую секции 1,2, штангу 4 дл  доставки устройства в обсаженную скважину,A device for determining rock mass deformations (Fig. 1) includes a housing made in the form of two sealed sections 1 and 2, an intermediate rod 3 connecting section 1.2, a rod 4 for delivering the device to a cased well,

герметичные муфты 5-7, соедин ющие секции 1 и 2 со штангой 4 и промежуточной штангой 3, и центраторы 8 - 10.sealed couplings 5-7, connecting sections 1 and 2 with rod 4 and intermediate rod 3, and centralizers 8-10.

В секции 1 размещен блок намагничивани , состо щий из последовательно соединенных источника 11 стабилизированного тока, выполненного в виде батареи накопительных емкостей, электронного ключа 12 и электромагнита 13 с полюсными наконечниками 14, 15. Корпус секции 1 снабжен двум  кольцевыми элементами 16. 17 из магнитом гкого материала, разделенными между собой цилиндром 18 из диамагнитного материала и совмещенными с полюсными наконечниками 14. 15. Дл  обеспечени  стабильности параметров намагничивани  обсадных труб различного диаметра на кольцевые элементы 16, 17 могут быть установлены сменные насадки 19, 20.Section 1 contains a magnetization unit consisting of a series-connected constant-current source 11 made in the form of a battery of storage capacitors, an electronic key 12 and an electromagnet 13 with pole pieces 14, 15. The case of section 1 is equipped with two ring elements 16. 17 of magnetically soft material separated by a cylinder 18 of a diamagnetic material and aligned with pole pieces 14. 15. To ensure the stability of the parameters of the magnetization of casing pipes of different diameters on the ring stems elements 16, 17 can be removable nozzle set 19, 20.

В секции 2 размещен преобразователь магнитного пол , выполненный в виде феррозонда 21. снабженного элементом 22 компенсации магнитного пол .Section 2 contains a magnetic field transducer, made in the form of a ferrosonde 21. Equipped with a magnetic field compensation element 22.

На схеме установки устройства в массиве (фиг. 2) обозначены: берма 23 уступа карьера, зона А скольжени  крутопадающих напластований массива 24 горных пород , скважина 25, обсадна  труба 26. цементный раствор 27.The device installation diagram in the massif (Fig. 2) indicates: berm 23 of the pit pit, zone A of the steeply dipping layers of the rock mass 24, well 25, casing 26. cement mortar 27.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

В массиве 24 горных пород, например, с бермы 23 уступа карьера (фиг 2) в зону А скольжени  напластований и возможного про влени  горного давлени  бур т наклонную скважину 25, в которую устанавливают обсадную трубу 26. Дл  создани  жесткой св зи обсадной трубы 26 с массивом 24 за- трубное пространство заполн ют цементным раствором 27. Качество сцеплени  обсадной трубы 26 с массивом 24 может быть оценено по результатам акустической или радиометрической цементометрии.In the rock massif 24, for example, from the berm 23 of the pit ledge (Fig 2) to the slip area A and the possible occurrence of rock pressure, an inclined well 25 is drilled into which the casing 26 is installed. To create a hard connection of the casing 26 array 24 is filled with cement mortar 27. The adhesion quality of casing 26 with array 24 can be assessed by the results of acoustic or radiometric cementmetry.

В скважину 25 с помощью штанги 4 или на кабеле опускают устройство дл  определени  деформаций. Во врем  спуска осуществл ют предварительное размагничивание обсадной трубы 26 путем создани  переменного затухающего магнитного пол . Создание такого пол  осуществл етс  полюсными наконечниками 14 15 электромагнита 13 (фиг. 1) при прохождении через него переменного тока. При подьеме устройства измер ют фоновые значени  28 (фиг. 3) напр женности магнитного пол .A device for detecting deformations is lowered into the well 25 by means of a rod 4 or on a cable. During descent, preliminary demagnetization of casing 26 is carried out by creating an alternating damped magnetic field. The creation of such a field is accomplished by pole tips 14–15 of electromagnet 13 (FIG. 1), when alternating current passes through it. When lifting the device, background values of 28 (Fig. 3) of the magnetic field intensity are measured.

Затем на обсадную трубу 26 при повторном спуске устройства в дискретных точках нанос т магнитные метки путем пропускани  через электромагнит 13 стабилизированных по амплитуде импульсов посто нного тока от источника 11. В зависимости от материала обсадной трубы, характера решаемых задач и ожидаемых величин деформаций выбирают длительность импульсов и напр женность намагничивающего пол  в пределах от 0,5 кА/м до насыщени . Частоту повторени  импульсов регулируют с помощью электронного ключа 12, исход  изThen, when the device is re-launched at discrete points, magnetic marks are applied to the casing 26 by passing, through an electromagnet 13, constant amplitude DC pulses from source 11. Depending on the casing material, the nature of the tasks and the expected strain values, the pulse duration and The magnitude of the magnetizing field ranges from 0.5 kA / m to saturation. The pulse repetition rate is controlled with an electronic key 12, based on

0 шага меток и скорости спуска устройства.0 step labels and the speed of the descent device.

При подъеме устройства определ ют величины 29 начальной остаточной намагниченности меток (фиг, 3). В св зи с тем, что начальна  напр женность пол  магнитныхWhen the device is lifted, the initial residual magnetization values of the labels 29 are determined (FIG. 3). Due to the fact that the initial intensity of the magnetic field

5 меток достигает 100 - 250 103 нТл, определение величины 29 выполн ют с компенсацией части магнитного пол  элементом 22 компенсации. Начальную величину 29 напр женности магнитного пол  меток прини0 мают за исходный уровень и относительно него осуществл ют контроль напр женного состо ни  массива горных пород по изменению величины 30 (фиг. 4) остаточной намагниченности меток. Кроме того, по интервалу5 marks reaches 100–250 103 nT, the determination of the value 29 is performed with compensation of a part of the magnetic field by the compensation element 22. The initial magnitude 29 of the magnetic field strength of the marks is taken as the initial level and relative to it the stress state of the rock mass is monitored by changing the value 30 (Fig. 4) of the residual magnetization of the marks. In addition, by interval

5 А, на котором наблюдаетс  снижение остаточной намагниченности меток, определ ют глубину участка массива с повышенными значени ми горного давлени , например зону смещени  горных пород. При этом кри0 тической величине напр женного состо ни  горного массива соответствует уровень напр женности магнитного пол , близкий к фоновому. При длительных измерени х в зонах критических деформаций на обсад5 ную трубу 26 нанос т дополнительные магнитные метки, располага  между ранее нанесенными.5A, in which a decrease in the residual magnetization of the marks is observed, determines the depth of the section of the massif with elevated values of rock pressure, for example, a zone of displacement of rocks. In this case, the critical value of the stress state of the mountain massif corresponds to the level of the magnetic field strength, which is close to the background one. During long-term measurements in the zones of critical deformations, additional magnetic marks are placed on the casing 26, located between the previously applied ones.

Количественную оценку напр женно- деформированного состо ни  массива осу0 ществл ют по тарировочной зависимости (фиг. 5) остаточной намагниченности обсадной трубы 26 от действующих на нее механических напр жений.A quantitative estimate of the stress-strain state of the array is carried out by the calibration dependence (Fig. 5) of the residual magnetization of the casing 26 from the mechanical stresses acting on it.

Данное техническое решение позвол 5 ет повысить информативность определени  напр женно-деформированного состо ни  массива горных пород за счет выделени  зон деформаций в массиве и определени  действующих в них напр жений, а такжеThis technical solution makes it possible to increase the information content of the determination of the stress-strain state of an array of rocks by identifying the deformation zones in the array and determining the stresses acting in them, as well as

0 снизить трудоемкость измерений на больших глубинах.0 to reduce the complexity of measurements at great depths.

Claims (4)

Формула изобретени  1. Способ определени  деформаций массива горных пород, включающий нане5 сение на обсадной трубе, установленной и зацементированной в скважине, реперных магнитных меток на заданном рассто нии одна от другой, периодическое измерение их положени  и определение деформаций массива, отличающийс  тем, что. сClaim 1. Method for determining rock mass deformations, including placing on a casing pipe installed and cemented in a borehole, reference magnetic marks at a given distance from one another, periodic measurement of their position and determination of array deformations, characterized in that. with целью повышени  информативности измерений , обсадную трубу после ее цементации предварительно размагничивают, а магнитные метки нанос т на обсадную трубу с помощью создаваемого в ней магнитного пол  напр женностью не менее 0,5 кА/м, определ ют величины остаточной намагниченности меток и по ним оценивают изменение напр женно-деформированного состо ни  массива.In order to increase the informativity of the measurements, the casing is, after cementation, preliminarily demagnetized, and magnetic marks are applied to the casing with the help of a magnetic field created in it with a strength of at least 0.5 kA / m, the values of the residual magnetization of the marks are determined and the change stress-strain state of the array. 2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  надежности определени  при длительных измерени х в зонах критических деформаций, на обсадную трубу нанос т дополнительные магнит- ные метки, располага  их между ранее нанесенными.2. A method according to claim 1, characterized in that, in order to ensure reliable determination during long-term measurements in the zones of critical deformations, additional magnetic marks are placed on the casing, located between the previously applied ones. 3.Устройство дл  определени  деформаций массива горных пород, включающее корпус с размещенным в нем преобразователем магнитного пол , штангу и измерительный блок, при этом корпус закреплен на штанге, а преобразователь магнитного пол  подключен к измерительному блоку, отли03. A device for determining rock mass deformations, including a housing with a magnetic field transducer located in it, a rod and a measuring unit, while the housing is fixed to the rod and the magnetic field transducer is connected to the measuring unit, 0 5five 00 5five чающеес  тем, что, с целью повышени  информативности измерений, оно снабжено блоком намагничивани  и промежуточной штангой, преобразователь магнитного пол  выполнен в виде феррозонда с элементом компенсации магнитного пол , а корпус выполнен в виде двух герметичных секций, соединенных между собой промежуточной штангой, причем в одной секции размещен блок намагничивани , а в другой - преобразователь магнитного пол .In order to increase the informativity of the measurements, it is equipped with a magnetization unit and an intermediate rod, the magnetic field transducer is made in the form of a ferrozond with a magnetic field compensation element, and the housing is made in two sealed sections interconnected by an intermediate rod, and in one the section contains a magnetization unit, and in the other a magnetic field transducer. 4. Устройство по п. 3, отличающее- с   тем, что блок намагничивани  содержит последовательно соединенные источник стабилизированного тока, электронный ключ и электромагнит с полюсными наконечниками , при этом корпус секции снабжен двум  кольцевыми элементами из магнитом гкого материала, совмещенными с полюсными наконечниками электромагнита и разделенными между собой цилиндром из диамагнитного материала, а источник стабилизированного тока выполнен в виде батареи накопительных емкостей.4. The device according to claim 3, characterized in that the magnetization unit contains a series-connected source of stabilized current, an electronic key and an electromagnet with pole pieces, and the section body is equipped with two annular elements made of a magnetically soft material combined with pole pieces of an electromagnet and separated by a cylinder of a diamagnetic material, and a source of stabilized current is made in the form of a battery of storage tanks. соwith in чо со гH 1tP ,HTAin cho with rH 1tP, HTA ЮОSO А.Маковска A.Makovska 100 300 400 (DU2.5Составитель К.Лыков Техред М.Моргентал100 300 400 (DU2.5 Compiled by K.Lykov Tehred M. Morgenthal ЗДОZDO Корректор И.Горна Corrector I.Gorn