Способ определения смещений массива горных пород в скважинах,обсаженных гибкими трубами

 

Изобретение относится к области исследований деформаций горных пород (ГП) от влияния открытых и подземных горных выработок. Изобретение позволяет с высокой точностью определять направления и величины смещений и деформацию сдвига ГП. Дпя этого в наблюдательной скв-ажине, заложенной в деформирующемся массиве, фиксируют точки на обсадных трубах. Затем проводят инклинометрическую съемку до и после деформирования ствола скважины. По результатам съемок определяют координаты зафиксированных точек (ЗТ) в исходном и сдеформирог. ванном положениях ствола скважины. По ним определяют величину и направление смещения ЗТ, определяющих веi . личину и направление смещения ГП в массиве. Деформацию t сдвига ГП (Л в массиве в зоне ЗТ определяют по формуле tg (©р + о( ) - tg

СОЮЗ СОЕЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ горных выработок. Изобретение позволяет с высокой точностью определять направления и величины смещений и деформацию сдвига ГП. Для этого в наблюдательной скважине, заложенной в деформирующемся массиве, фиксируют точки на обсадных трубах. Затем проводят инклинометрическую съемку до и после деформирования ствола скважины. По результатам съемок определяют координаты зафиксированных точек (ЗТ) в исходном и сдеформиро-.. ванном положениях ствола скважины.

По ним определяют величину и направление смещения ЗТ, определяющих ве.личину и направление смещения ГП в массиве. Деформацию т сдвига ГП в массиве в зоне ЗТ определяют по формуле f tg (g + Ы ) — tg (9 +

+ oL), где 6 и Π— зенитный угол ствола скважины в ЗТ в исходном и сдеформированном положениях; Ы— угол наклона к горизонту вектора перемещения ЗТ. 2 ил, 1 табл.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 3859736/22-03 (22) 22.02.85 (46) 15.10.86. Бюл. * 38 (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) И.А.Петухов, А.М.Мочалов и Г.Ц„Созыкин (S3) 622.235(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 385041, кл. E 21 С 39/00, 1967.

Калштениус Т.А. и др. Определение горизонтального смешения грунтов в полевых условиях. Проблемы инженерной геологии. М.: Мир, 1964, с. 284294. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕЩЕНИЙ

МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД В СКВАЖИНАХ, ОБСАЖЕННЫХ ГИБКИМИ ТРУБАМИ (57) Изобретение относится к области исследований деформаций горных пород (ГП) от влияния открытых и подземных

„„SU„„1263848 А 1 (бР4 E 21 С 39/00 С 01 С 15 4

1263848

Изобретение относится к области измерения смещений и деформаций внутри массива и может быть использовано при исследовании деформаций массива горных пород от влияния открытых и подземных горных выработок, в откосах различных земляных сооружений, а также при изучении оползней бортов карьеров и ествественных склонов, 10

Массивы горных пород в бортах карьеров, в откосах различных земляных сооружений и естественных склонах до разрушения претерпевают значительные смещения и деформации.

Так, например, смещения прибортовых массивов высоких бортов карьеров до разрушения достигают нескольких метров, а относительные деформации растяжения и сдвига для песчано-глинистых пород соответственно (6080) 10 и (100-150) 10, Это позволяет по величине смещений и деформаций прибортового массива судить о степени опасности для устойчивости откосов наблюдаемых деформаций.

Целью изобретения является повышение точности определения смещений массива горных пород.

На фиг. 1 изображены профили деформирующегося откоса в исходном

1 и сдеформированном 2 положениях, расположение наблюдательнОй скважины до 3 и после 4 деформации прибортового массива, эона деформирования 5 откоса с границами 6.

На фиг. 2 изображен участок искривленного ствола скважины с обсадной трубой 7, в стенки которой вмон- 40 тированы реперы 8, и помещенный в обсадную трубу на мерном тросекабеле 9 измерительный снаряд 10, состоящий из инклинометра 11 и магнитогерконового датчика 12, присоединенного к нижнему башмаку инклинометра.

+ 7

h-Р

sinQ.

1 (3) 1 соя О,Z =(Z о и

11 cos8—

i=1

1 (4) cos 6 ) -(Z

I — у ь-Р

cos„,, ); у= tg (Я +Ы ) — tg (О +

50 + ), (5) где лХ и ьЕ

Способ осуществляют следующим образом.

С поверхности деформирующегося откоса бурят наблюдательную скважину, при этом перебуривают зону деформирования прибортового массива горных пород таким образом, чтобы забой скважины располагался в неэатронутом деформациями массиве.

Скважину обсаживают полиэтиленовой эластичной трубой,в стенки которой вмонтированы реперы, представляющие собой, например, закрепленные на шурупах на некотором расстоянии друг от друга стальные пластины, которые являются зафиксированными точками. После обсадки скважины проводят инклинометрическую и магнитогерконовую съемку исходного положения ствола скважины измерительным снарядом, состоящим иэ инклинометра и присоединенного к нему магнитогерI конового датчика. По результатам съемки вычисляют координаты реперов в исходном и сдеформированном положениях ствола скважины, а по координатам определяют величину и направление смещения реперов и деформацию сдвига внутри массива, Поскольку пластмассовые эластичные трубы в стволе скважины, пластично деформируясь, перемещаются совместно с массивом, по смещениям реперов определяют смещения примыкающего к ним массива, а по измеренным непосредственно в месте крепления репера зенитным углам ствола скважины и направлению перемещения репера определяют деформации сдвига примыкающего к реперу массива

Вычисления выполняют по следующим формулам:.оi = arc.tg а4

4Х (2) и аХ=Х вЂ” Х= (Х + 2i sin9+ о 1

i=1 п з1п6 ) - (Х +

i=1

+ 1 s1I16 )1

S — - полный вектор смещения репера; с - угол наклона к горизонту вектора смещения репера; — горизонтальные и вертикальные сосставляющие полноAZ

<К = arc tg дХ

S 1263848 инклинометра на работу магнитогерконового датчика.

are

0,184

Через 15 дней, за которые в деформирующемся массиве борта карьера произошли оползневые подвижки, в заложенной наблюдательной скважине была вновь проведена комплексная съемка положения искривленного ствола и реперов в скважине. По данным комплексной съемки было установлено положение искривленного в результате оползневых деформаций массива ствола скважины и вычислены координаты и перемещения заложенных в обсадные трубы стальных реперов °

Расчеты выполнены в условной системе координат, а которой для удобства оси координат проведены через устье скважины, причем ось Z направлена вертикально вверх — вдоль начального положения ствола скважины, а ось Х направлена горизонтально в направлении перемещений в оползающем массиве — нормально простиранию бор25 та карьера.

Результаты измерений и расчетов смещений и деформаций сведены в таблицуТак, для репера, расположенного на глубине 26,15 м, его перемещения составили

5 дХ = (Х + .t . sing + 2 л

i --1

5 35 ъ sine ) (Х + Q I. sinИ. +

i=1

+ f р sin0 ) f0,349 + 10 sin 0+

+ 10 sin О + 2 sin (-05) + 2 sin (1 ) + 2 sin (3 ) + 009 sin» 4p (-4,75 ) — (О + 10 sin О + 10 в1п p +

+ 2 sin О + 2 в п 0 + 2 sin 0 +

+ 0,150 sin Π) 0,349 — 0,165

0,184 м;

45 !

I дЕ (Л 2. Cos Р

1=1

cos О ) (Z I. cos О; сов О ) (-О, 102 — 10 cos О"

1О сов Π— 2 cos (-0,5 ) — 50

2 сов (-1 ) — 2 cos (-3" )-0,09 сов (-4,75 ))= - (Π— 10 cos Π— 10 сов О-2совО-2cos0

2 cos Π— О, 150 сов О ) = — 26, 189+

+ 26,150 = — 0,039 м.

Угол наклона вектора перемещения репера составил

12.

Абсолютная величина смещения репера равна

5 = 0,188 м.

Ан ало гич но вы числялись пе ремещения и всех других реперов (см. таблицу) .

Деформация сдвига горных пород внутри массива определена непосредственно по измеренным инклинометром зенитным углам сдеформированного ствола скважины в месте крепления репера и углу наклона вектора перемещения репера. Так, для репера, расположенного на глубине 26,15 м, деформация сдвига горных пород составила

У= tg (О. + ) — g (8 +d)

tg (4,75 — 12 ) - tg (Π— 12 ) — tg (-7,25 ) — tg (-12 ) -0,1272 +

+ О 2126 = 0.0854(4,9 ).

Таким образом, по наолюдательной скважине получены величины векторов смещений и деформации сдвига горных пород внутри массива зоны деформирования в плоскости смещения приборто-. вого массива.

Формула изобретения

Способ определения смещений массива горных пород в скважинах, обсаженных гибкими трубами, включающий измерение горизонтального смещения горных пород и определение деформации сдвига горных пород, о т л ичающийсятем, что, сцелью повышения точности определения смещений, определяют координаты зафиксированных точек обсадных труб в исходном и сдеформированном положениях ствола скважины, rio эамеренным координатам определяют величину и направление смещения зафиксированных точек, а деформацию сдвига горных пород в массиве определяют из соотношения

7= tg (6, +к) — tg (8, +ы), где т — деформация сдвига горных пород массива в зоне зафиксированно точки

1263848 вала инклинометркческои съемки соответственно

Х, ЕиХ,Z в исходном и сдеформированном положениях скваи скважины;

Х,Z, и Х,, о

О и &.

I и f ь-р ь-р ях скважины; средний зенитный угол п-р интер- и6 г,.р го вектора смещения репера; координаты репера соответственно в исходном и сдеформированном положениях ствола скважины; длина 1-го интервала инклинометри- 10 ческой съемки соответственно в исходном и сдеформированом положениях координаты устья (или дна) скважины в исходном и сдеформированном положениях ствола; средний зенитный угол д-ro интервала инклинометрической съемки соответ- д5 ственно в исходном и сдеформированном положениях скважины (зенитный угол измеряется от отрицательного направления вертикаль ной оси Z и принимается положительным, если он отсчитывается против часовой стрелки, и отрицательным,если он отсчитывается

40 по часовой стрелке); расстояние по стволу скважины от точки и пос45 леднего инклинометрического замера, предшествующего замеру на репере до фиксируемого ре50 пера Р (п-р-интервал) соответственно в исход ном и сдеформированном положени55 жины; у — деформация сдвига горных пород массива в зоне репера;

8 и6 зенитный

P Р

1 ствола скважины в месте крепления репера соответственно в исходном и сдеформированном поло жениях ствола скважины °

Пример ° При выполнении спософ ир щемся участке борта карьера высотою 85 м была пробурена вертикальная наблюдательная скважина глубиной 55 м, которая была обсажена полиэтиленовыми трубами с внешним диаметром 110 см.

В стенки обсадных труб были вмонтированы реперы, представляющие собой закрепленные на шурупах на расстоянии 2 м друг от друга обрезки стальных труб.

После заложения скважины в ней были проведены одновременно инклинометрическая и магнитогерконовая съемки. Комплексной съемкой были установлены: вертикальность заложения наблюдательной скважины (отклонение оси ствола от вертикали не превышали !

15 ) и исходные координаты заложенных в зоне деформирования реперов, соответствующие гл)бинам 20, 22,24, 26, 28, 30 32, 34, 36, 38 и 40 м от устья скважины. Комплексная съемка проводилась измерительным снарядом, состоящим из инклинометра МИ-30 (длина секции инклинометра 110 см) . и магнитогерконового датчика (длина секции датчика 10 см), навинчивающегося на нижний башмак гильзы инклинометра. При этом расстояние между магнитной стрелкой инклинометра и присоединенным к нему датчиком исключало влияние последнего на магнитную стрелку. В инклинометре МИ-30 отсутствуют детали из ферромагнитных сплавов, что исключало влияние

1263848

9 и Π— зенитный угол ствола р р скважины в зафиксированной точке соответственно в исходном и сдеформированном положениях ствола скв ажины.

d.— угол наклона к го. ризонту вектора перемещения зафиксированной точ ки.

Глубина инклино" метричес ких замеров, м ертиальая сос авляВщая еремеения епера, а Z,èì

349

-102 364

"16,2

О

О устье

О

10,0

0,25

20,0

0,29

-101 Э 61 16,2

0,25 347

20,07

20,10 0

0 75

22, ОО

0,80

-14 > 7

Э13

0,75 303

-79

22,08

22,12, О

1,25

24, 00

1,25 248

255 -1Э,3 1,32

"58

24,08

24,13 О

26,00

4,75

4, 75 184 . "39 188 -12, О 4,88

26, 09

26,15 О

28, 00

1,25

1,25 116

-22., 28,10 О

»8 -10 7

1,29

28,07

0,75

0,25

30,00

30,12 0,25 . . 30,04

0,75 53

0,77

55 -9,5

0,25

12, 00

20 -8,3

0,27

0 25 19

32,02

32,11 О

34, 00

О О

34,02

34,12 О

О

36,00

О О

36,ОЭ

36,14 О зиереная глуина рееров в сходом поло енин кванины, м

Измеренный зеки ный угол ствола в исходнои поло ненни сквахииы ме, «В град.

Измеренная глубина ре перон в сдеформ рованном полонении скв вины, м

Измеренный зенитный, угол ствола в сдефор мированном поло некии, В,,9 град. оризон альная оставяющая еремеения епера, Xt мм

Абсолют ая ве ичина ектора еремеення епера, /S/ мм

Угол наклона к горизонту вектора переме пения репера, Ы, град.

Деформация сдвига горных пород в зоне репера,9, град е

1263848

Продолкение таблицы

1 2 3 4 5 6 7 е 9 10

«0,25

-0,25

3&,00

-0,25 О

38,03

38,15

40,00

40,04

40,17

50,00

55 забой х) Смещение устья скввкины, определенное маркшейдерскими (геодезическими) инструменталвнымн измерениями. хх) Смещение репера, для которого приведен полный расчет в указанном примере выполнения способа. фиа2

Составитель Г.Алексеева

Редактор Х.Бандура ТехредВ.Кадар Корректор Г.Решетник

Заказ 5537/33 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4