Электрометрический зонд

 

ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗОНД, состояпщй из корпуса и содержащий приемные и питающие электроды, выт полненные в виде электрических контактов и токопроводящего кольца, соединенных кабелем с коробкой-переключателем , содержащей переключатели полярности, отличающийся тем, что, с целью увеличения разреша ющей способности измерений, токопроводящее кольцо приемных электродов выполнено в виде электрически изолированных сегментов из упругих проводников , равномерно размещенных по окружности корпуса, причем каждый сегмент соединен отдельной жилой кабеля с переключателем полярности. (Л

о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<уВ0ни

4 1 16 (21) 3569938/18-25 (22) 31.03.83 (46) 07.07.84; Бюл. N- 25 (72) В.Н.Опарин, M.Â.Êóðëåíÿ и А.Г.Дылевич (71) Институт горного дела Сибирского отделения АН СССР (53) 550.832(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 56026, кл. G 01 V 3/18, 1937.

2. Руководство по применению электрометрического метода нарушенности высок опроводящих пород. ИТД С0 АН СССР, Новосибирск, 1979, с. 29-33 (прототип) . 1 Р G 01 N 3/18 // Е 21 В 47/00 (54)(57) ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗОНД, состоящий из корпуса и содержащий приемные и питающие электроды, вы-. полненные в виде электрических контактов и токопроводящего кольца, соединенных кабелем с коробкой-переключателем, содержащей переключатели полярности, отличающийся тем, что, с целью увеличения разреша* ющей способности измерений, токопроводящее кольцо приемных электродов выполнено в виде электрически.изолированных сегментов из упругих проводников, равномерно размещенных по окружности корпуса, причем каждый сегмент соединен отдельной жилой кабеля 9 с переключателем полярности.

1101716

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам контроля напряженно-деформированного состояния горных массивов геофизическими методами. 5

Известно устройство для электрического каротажа скважин, содержащее многоэлектродный зонд, каждый электрод которого имеет пружинные контакты, скользящие по обсадной трубе 10 скважины и выполненные в виде упругих проводников.

Данный зонд может найти применение в разведочной геофизике при каротаже вертикальных скважин с обсадны- 15 ми трубами, т.е. он может передвигать. ся по скважине под собственным весом.

Электроды создают между составляющими их упругими элементами эквипотенциальную поверхность, что исключает 20 возможность определения электрической анизотропии пород (1) .

Однако для работы в подземных условиях требуются портативные зонды для каротажа разноориентированных 25 скважин (направленных вверх, вниз, горизонтально, под углом по отношению к контуру угорных выработок).

Скважины не являются обсаженными, не заполнены буровым раствором. Осущест-3р вление передвижения зондов под собственным весом исключается, перемещение должно осуществляться досылочным устройством. Это, в свою очередь, приводит к требованию малого веса зонда (не более 3 кг) и досылочных уст— ройств, осуществлению равномерного контакта по периметру сечения скважины.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электрометрический зонд, состоящий из корпуса и содержащий приемные и питающие электроды, выполненные в виде 45 электрических контактов и токопроводящего кольца, соединенных кабелем с коробкой переключателей, содержащей переключатели полярности P2g .

Однако известный зонд также не позволяет определять электрическую анизотропию горных пород вокруг скважин, по которой можно делать заключение о виде напряженно-деформированного сос-55 тояния горных пород: определять ориентацию квазиглавных механических напряжений.

Целью изобретения является увеличение разрешающей способности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в электрометрическом зонде, состоящем из корпуса и содержащем приемные и питающие электроды, выполненные в виде электрических контактов и токопроводящего кольца, соединенных кабелем с коробкой-переключателем, содержащей переключатели полярности, токопроводящее кольцо приемных электродов выполнено в виде электрически изолированных сегментов из упругих проводников, равномерно размещенных по окружности корпуса, причем каждый сегмент соединен отдельной жилой кабеля с переключателем полярности.

На фиг.1 приведен электрометрический зонд, общий вид на фиг.2 — узел

1 на фиг.1" на фиг.3 — сечение А-А на фиг.2, на фиг.4 — сечение Б-Б на фиг.1, . на фиг.5 — сечение В-В на фиг.1 на фиг.б — схема электрокаротажа в подземной выработке, на фйг.7принципиальная электрическая схема зонда и коробки переключателя .на фиг.8 — схема опроса падения потенциалов между приемными электродами зонда по направлениям в пространстве.

Зонд состоит из приемных электродов 1, питающих электродов 2, базы 3, заглушки 4, опорного люнета 5, хомута

6, многожильного. кабеля 7, удлинителя

8 и коробки-переключателя 9.

Питающие электроды 2 состоят (фиг.2) из корпуса 10 (текстолит или другой изолятор), электрических контактов 11 (изогнутых стержнейф 2 мм из нержавеющей стали), равномерно размещенных по периметру корпуса и закороченных между собой токопроводящим кольцом 12. Токопроводящее кольцо представляет собой эквидопотенциальную поверхность для стержневых контактов и крепится к корпусу 10 винтами 13, Для удобства размещения электродов на базе зонда-и с целью оперативной замены одного типа размеров электродов на другой либо замены вышедших из строя по техническим причинам корпус 10 выполнен в виде двух половинок, скрепляемых между собой на базе 3 винтами 14. Кольцо 12 также выполнено в виде двух полуколец, закороченных между собой через клеммы 15 и крепящихся к корпусу винтами 13. К проводящим кольцам питаю716

3 1101 щих электродов 2 на клеммы 15 подведены жилы кабеля 16 (по одной на каждый электрод). Кольцо 12, прикрепля.— ясь к корпусу 10 винтами 13, осуществляет одновременно фиксацию упругих электрических контактов 11 закорачивая последние между собой.

В приемных электродах 1 токопроводящее кольцо 12 подразделено .на электрически изолированные между 10 собой сегменты 17 (фиг.2, сечение

Б-Б), крепящиеся 1» корпусу 10 винтами 18. В пределах каждого проводящего сегмента 17 электрические контакты — стержни-проводники 11 закорочены15 между собой посредством прижатия сегмента 17 к корпусу 10 винтами 18. К последним крепятся также клеммы 19, к которым крепятся отдельные жилы 20 кабеля 7. Все сегменты пронумерованы 20 против часовой стрелки, при этом середина первого сегмента располагается над продольной риской 21, проходящей вдоль. базы 3. Все сегменты по своим параметрам идентичны и равномерно 2S размещены пад углами (p

=1,2,..., (у, =2Я /П, где )1 — чИсло сегментов в приемном электроде 1.

Жилы кабеля 7 для первого и второго приемных электродов 1 различны. Поэ- 30 тому общее число жил в кабеле збнда равно 2ь+2 (две жилы для питающих электродов 2). Угловые положения соответственно пронумерованных сегментов 17 приемных электродов 1 совпадают, т.е. L -й сегмент 17 первого приемного электрода 1 находится под тем же углом )»< относительно продольной риски 21 на базе 3, что и

k-й сегмент второго приемного элек40 трода 1. Все четыре электрода — питающие 2 и приемные 1 крепятся к базе

3 винтами 22 через изоляторный цилиндр 23.

Опорный люнет 5 служит для восприятия веса зонда и досылочного устрой- . ства с целью обеспечения равномерного контакта электродов со стенками сквйжин.

Устройство работает следующим образом.

В скважину 24 (фиг.3) заданного диаметра (46, 59 и 76 мм), расположенную перпендикулярно стенке выработки

25, помещается зонд 26. Положение 55 продольной риски 21 на базе зонда 3 определяется ориентирующим устройством. Обычно направление от оси сква4 жины к первому сегменту 17 приемных электродов 1 принимается совпадающим с вертикалью вверх. (линия отвеса) °, Зонд устанавливается в скважину на заданную глубину досылочным устройством (стыкуемые трубы с жестким. тангенциальным креплением). Между питающими электродами 2 (фиг.3) пропускается постоянный ток от шахтных аккумуляторов, создающий вокруг скважины электрическое поле, структура которого зависит от вида напряженно-деформированного состояния горных пород, проявляющегося в электрической анизотропии последних.

Эпюра падения потенциалов между приемными электродами 1 (фиг.4 и 5) замеряется путем поочередного опроса .) сегментов соответственно 17» -17„, 17 -172...., 17n-17),. Это осуществляется следующим образом. Переключатели

27 и 28 (фиг.3) одновременно устанавливаются в положения соответственно

1?, 171 ° 172 -172 и т д с измерением на электроразведочном приборе 29 (автокомпенсатор типа АЭ-72) падения потенциалов для фиксированных положений переключателей. Затем зонд поступательно смещается в другое положение по скважине, после чего производятся измерения в той же последовательности.

Шаг каротажа выбирается исходя из требуемой детальности геомеханических исследований.

Устройство разработано исходя из потребностей геомеханических служб горных предприятий иметь методы и средства оперативного контроля напряженно-деформированного состояния массивов по геофизическим характеристикам. Поскольку имеется физическая связь между тензором механических напряжений и тензором электрической анизотропии, то вопрос о возможности создания геофизических скважинных приборов, позволяющих изучать анизотропные свойства пород, представляет очевидную значимость.

Применение предлагаемого устройст ва геомеханическими службами горных предприятий позволит существенно упростить операцию получения сведений о виде напряженно-деформированного .состояния горных массивов.

Предлагаемое устройство позволяет определять напряжения скважинным электрометрическим методом, который существенно упрощает эксперименты по

1101716

6 контролю вида напряженно-деформированного состояния горных массивов.

Оперативный контроль напряженно-деформированного состояния массивов важная предпосылка повышения безопасности ведения горных работ °

1101716

Составитель .Л. Воскобойников

Редактор Л.Гратилло Техред Т. Маточка Корректор О.Билак

Заказ 4755/27 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная 4