Способ опробования горных пород и руд по гамма-излучению

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бондарев В. И., Агеев В. Н. Вероятностно-статистическое обоснование корреляционной зависимости модуля деформации песчаных грунтов от модуля упругости // Реферативный сборник научно-исследовательских работ СГИ.— Свердловск, СГИ.— 1973,—С. 62—65.

2. Бондарев В. И., Писецкий В. Б. Сейсмическая аппаратура для инженерно-геологических исследований//Геофизическая аппаратура.— Л.: Наука, 1972. Вып. 50,— С. 143—150.

3. Рекомендации по применению сейсмической разведки для изучения физико-механических свойств рыхлых грунтов в естественном зало ании / В. И. Бондарев.— М.: Стройизыскания, 1974.—142 с.

4. Рекомендации по применению вертикального сейсмического профилирования в инженерно-геологических скважинах с целью оценки физико-механических свойств рыхлых грунтов/В. И. Бондарев, В. Б. Писецкий, В. Н. Агеев, Г. Г. Вербицкий,—М.: Стройизыскания, 1976,—30 с.

5. Руководство по эксплуатации 1-й части системы «Грунт-2»/В. И. Бондарев, В. Б. Писецкий, С. М. Крылатков,— М.: Стройизыскания, 1982.—128 с.

УДК 550.83

А. В. Давыдов

СПОСОБ ОПРОБОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД ПО ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЮ

Опробование горных пород и руд по гамма-излучению производится радиометрами направленного приема излучения. В настоящее время на производстве используются два типа радиометров опробования — однодетекторные и двухдетекторные [5]. В однодетекторных радиометрах направленность опробования создается частичной экранировкой детектора от мешающего (фонового) излучения вне зоны опробования (полная экранировка невозможна по весогабаритным характеристикам свинцовых экранов) и двойным измерением интенсивности излучения на точках опробования: с открытым и закрытым окном в зону опробования (с применением специального фильтра окна). Более производительными являются двухдетекторные радиометры, в которых интенсивность излучения одновременно измеряется вторым (фоновым) детектором и вычитается из измерений первого детектора, помещенного в специальный экран с окном в зону опробования, с определенным коэффициентом приведения. Однако детекторы в таком радиометре занимают разное геометрическое положение относительно зоны опробования, а соответственно приведение измерений фонового детектора к положению основного детектора (решение системы двух уравнений относительно интенсивности излучения из зоны опробования) осуществляется с определенной погрешностью, которая может возрастать до существенных значений (более 10 %) при большой фоновой интенсивности излучения (например, в условиях горных выработок) и при больших градиентах интенсивности излучения на площади опробования (при резко неравномерном распределении содержаний радиоактивных элементов в породах), т.е. именно тогда, когда требуется повышенная точность измерений. Разное положение детекторов относительно зоны опробования накладывает определенные ограничения и на размеры детекторов, а соответственно и на чувствительность приборов.

Возможен и другой, спектральный способ получения системы двух уравнений и их решения относительно интенсивности излучения из зоны опробования, при этом способ реализуется с использованием только одного детектора. Сущность способа заключается в следующем.

Детектор радиометра спектрометрического типа (сцинтилляцион-ный счетчик) открыт в зону опробования и экранирован от фонового излучения свинцовым фильтром толщиной 4—8 мм. Регистрация излучения производится в двух энергетических интервалах спектра: низкоэнергетическом и высокоэнергетическом с граничной энергией разделения интервалов порядка 200—250 кэВ. Регистрируемые детектором скорости счета сигналов от поверхности опробования в низко- и высокоэнергетических интервалах будут определяться выражениями:

М"=Р"чУ+Я"-Рт

где N — суммарная скорость счета сигналов от излучения из зоны опробования, Р — то же от пород вне зоны опробования (условно — зоны фона, при этом излучение из данной зоны проходит на детектор через свинцовый фильтр), Р' и Р" — относительные доли скорости счета соответственно в низко- и высокоэнергетическом интервалах, /?' и Р" — то же для скорости счета Р, М' и М" — скорости счета в низко-и высокоэнергетическом интервалах. При этом Р'-\-Р"= 1, /?'-{-/?"= 1, М'-\-М"=Ы-\-Р и Р'/Р" >/?'//?" за счет разных условий прохождения излучения из зоны опробования и зоны фона на детектор. Индексы (', ") здесь и в дальнейшем относятся соответственно к первому (низ-коэнергетнческому) и второму (высокоэнергетическому) интервалам регистрации.

Решая систему уравнений (1) относительно скорости счета N для излучения из зоны опробования, получаем:

— К"-М",

/С'=Р"/

/С"=Р'/

При установленной граничной энергии ¿Г^ разделения интервалов регистрации излучения значения коэффициентов Р и Я могут быть определены измерениями на поверхности однородной по содержанию радиоактивных элементов среды при полностью открытом детекторе (без свинцового фильтра) и при детекторе, полностью закрытом свинцом фильтром.' Для перехода от скорости счета N к содержанию радиоактивных элементов (в зоне опробования) проводится определение пересчетного коэффициента радиометра в рабочем положении на рудных моделях по типовой методике для радиометров гамма-опробования.

Форма спектра естественного гамма-излучения руд и горных пород, особенно в области энергий до 500 кэВ, практически постоянна. Спектральная эффективность регистрации сцннтилляционных детекторов зависит от их типа, размеров, энергии излучения и условий прохождения излучения на детектор. Статистическая погрешность измерения зависит от данных факторов и является функцией граничной энергии Её разделения интервалов регистрации излучения. Из выражения (2) для дисперсии отсчетов А7 (/ — экспозиция) можно записать:

В

где значения К и М определяются положением на спектре естественного гамма-излучения и параметрами детектора (без учета прямой зависимости М от содержания радиоактивных элементов). Если аппроксимировать каким-либо аналитическим выражением аппаратурные спектры естественного гамма-излучения, региструемые от однородной среды открытым детектором и детектором, закрытым свинцовым экраном, то не представляет затруднений проведение анализа выражения (5) по минимуму дисперсии на оптимальное значение положе-

ния Численный анализ, проведенный непосредственно по аппаратурным спектрам для детекторов Мг/ (Т1) размерами от 16X20 до 25X40 со свинцовыми фильтрами толщиной от 4 до 8 мм показал, что функция (5) имеет минимум внутри зоны значений Eg от нижней границы Egl до верхней границы Eg2, на которых выполняются условия:

1. М'=М" при Eg=Egl,

2. /?'=/?" при Eg=Eg2.

Значение Eg¡ определяется установкой такой границы Eg, при которой наблюдается равенство скоростей счета в низко- и высокоэнергетических интервалах регистрации в рабочем положении прибора на поверхности излучающей среды. Условие (7) эквивалентно равенству скоростей счета в этих же интервалах па поверхности той же среды при полном экранировании детектора, т. е. при перекрытии окна свинцового фильтра в зону опробования фильтром такой же толщины.

Условия

Способ имеет возможность упрощения измерений и настройки. Преобразуем выражение (2) к виду:

ЛГ=/

Если установить границу интервалов регистрации непосредственно по условию (7), то выражение (8) превращается в уравнение

Ы=К'-

<Э=

где К — общий пересчетный коэффициент прибора (имп/сек на % и, определяемый на рудной модели), Р — содержание эквивалентного урана в зоне опробования. Установление значения Ед по условию (7) хотя и несколько не оптимально с позиции минимума статистической погрешности, но удобно для практики в силу своей однозначности и простоты построения измерительной схемы прибора.

Интенсивность естественного гамма-излучения в низкоэнергетической области спектра (многократно рассеянное излучение при измерениях в условиях естественного залегания пород) зависит также от эффективного атомного номера горных пород. При существенных изменениях атомного номера пород по площади опробования это может приводить к появлению дополнительной погрешности измерений. Для исключения данного фактора наиболее простой метод— закрытие входного окна датчика дополнительным свинцовым фильтром толщиной 1 —1,2 мм, что несколько снижает чувствительность прибора, но не изменяет условии его настройки и градуирования. Однако более эффективным и создающим дополнительные возможности в опробовании руд можно считать другой метод: непосредственное измерение эффективного атомного номера пород в зоне опробования [2] и соответственно учет его значения в пересчетном коэффициенте или непосредственную стабилизацию пересчетного коэффициента [31.

Использование детектора радиометра в спектрометрическом режиме требует либо автостабилизацни энергетической шкалы преобразования измерительного тракта прибора, либо ее периодического контроля и подстройки в процессе работы. При установке границы по условию (7) периодический контроль затруднении не представляет и может выполняться без дополнительных контрольных лзотопов (по естествен-

ному излучению пород). Автостабилизация энергетической шкалы радиометра, удовлетворяющая условиям измерений, также может быть выполнена без дополнительных (реперных) источников излучения по средней энергии спектра естественного гамма-излучения [4], которая в энергетическом интервале 300—1000 кэВ практически постоянна, или по особенностям формы спектра излучения [1].

При использовании сцинтилляционных детекторов основной свинцовый экран выполняется в виде цилиндрического стакана с торцевым окном в зону опробования, при этом установка угловой чувствительности блока детектирования и ее изменение производится в довольно широких пределах перемещением детектора в экране относительно выходного окна. Прибор не имеет никаких ограничений по размерам детектора и по соотношению интенсивностей основного и мешающего излучений.

библиографический список

1. А. с. № 1514116. Способ определения содержания радиоактивных элементов в горных породах/А. В. Давыдов, В. А. Давыдов, А С. Серых.—1989.

2. А. с. № 1570523. Способ определения эффективного атомного номера горных пород и устройство для его осуществления / А. В. Давыдов, Г. Г. Коргуль, А. Г. Шам-паров.—1990.

3. А. с. № 1167969. Способ коррекции плотности потока излучения при гамма-каротаже и опробовании руд и устройство для его осуществления / А. В. Давыдов, Г. Г. Коргуль, А. Г. Шампароз.—1985.

4. А. с. № 1327687. Способ стабилизации коэффициента энергетического преобразования измерительного тракта радиометрической аппаратуры и устройство для его осуществления / А. В. Давыдов, А. Г. Шампаров, А. С. Серых.—1987.

5. Хайкович И. М„ Шашкин В. Л. Опробование радиоактивных руд по гамма-излучению—М.: Энергоатомиздат, 1984,—160 с.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Разработчик — Сковородников И. Г.

Устройство предназначено для определения направления потока подземных вод по измерениям в одиночных буровых скважинах, может найти применение при подготовке строительства крупных инженерных сооружений, изучении фильтрации воды из водохранилищ, осушении горных выработок, подготовке подземных хранилищ.

Устройство опускается в скважину на шнуре или тросе. Глубина скважины не ограничена.

Преимущества:

— отличается простотой конструкции и малой стоимостью;

— абсолютная погрешность в определении направления потока составляет ±5°.

Устройство обеспечивает получение первичных документальных материалов, фиксирующих направление потока подземных вод и направление магнитного меридиана.