УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Устройство относится к горному делу, строительству, гидроэнергетике и транспортному строительству, в том числе к трубопроводному транспорту и может применяться в местах оползневых явлений для принятия своевременных мер при угрозе аварий от перемещения слоев грунта в толще и на поверхности склона неустойчивых пород. При этом необходимо отслеживать в автоматическом режиме момент начала смещения любых слоев на оползневом склоне по отношению к базовому неподвижному слою (Волков В.А. и др. «Изучение структуры активного блокового оползня на примере Карамышевской набережной р.Москвы», «ГеоРиск», ISSN 1997-8689, №3, 2012, стр.8-13).
Известно «устройство регистрации движения грунта в местах с возможными оползневыми явлениями по трассе пролегания трубопровода, содержащее корпус, измерительный рычаг, шарнир, узел отсчета перемещений, регистрирующий блок, отличающееся тем, что измерительный рычаг состоит из неподвижного анкера и N подвижных звеньев, соединенных между собой шарнирами, количество звеньев зависит от глубины неустойчивых пород, составляющих оползень, причем узел отсчета перемещений установлен в каждое подвижное звено измерительного рычага, а регистрирующий блок содержит систему сбора и передачи данных для отправки информации в режиме реального времени на диспетчерский пункт» (Патент RU 2467123, опубл. 20.11.2012 г.).
Недостатками данного устройства являются сложность и наличие негерметичных шарниров, что снижает механическую и приборную надежность устройства, содержащего электронные узлы отсчета перемещений в каждом подвижном звене.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой полезной модели является «устройство для измерения глубинных деформаций горных пород, включающее анкер, гибкую тягу в защитных трубках, измеритель перемещений, регистратор начала сдвижений и сигнализаторы горизонтальных смещений, выполненные в виде электропроводных контуров, отличающееся тем, что в него дополнительно введены влагомеры, терморезисторы, таймер и электропроводящая фольга, при этом влагомеры и терморезисторы установлены совместными группами через равные промежутки на внешней стороне каждой защитной трубки и связаны вместе с таймером с регистратором начала сдвижений, причем электропроводные контуры размещены на внутренней поверхности защитных трубок, а электропроводящая фольга, вход которой соединен с таймером, а выход - с регистратором начала сдвижений, размещена внутри защитных трубок по всей их длине оппозитно электропроводным контурам» (Патент на полезную модель RU 104968, опубл. 27.05.2011 г.).
Недостатками данного устройства являются сложность изготовления и монтажа, а, следовательно, высокая стоимость, взаимная подвижность и не герметичность соединения защитных трубок, следовательно, ненадежность контакта в условиях влажности между электропроводными контурами и электропроводящей фольгой.
Задача, на решение которой направлена полезная модель - создание дешевого и конструктивно простого, а следовательно надежного устройства для мониторинга геодинамических процессов в оползневой зоне.
Для решения этой задачи предложено устройство для мониторинга геодинамических процессов в оползневой зоне, включающее сигнализаторы горизонтальных смещений грунта в защитных трубках, причем сигнализаторы горизонтальных смещений представляют собой струнные датчики деформации растяжения и сжатия, жестко закрепленные попарно и оппозитно у одного из концов каждой защитной трубки на внутренней ее поверхности в осевой плоскости защитной трубки. Устройство содержит не менее двух защитных трубок, которые собраны жестко и герметично в единую обсадную трубу, заглушенную снизу, со взаимным угловым положением так, что все струнные датчики располагаются в одной осевой плоскости обсадной трубы, и дополнительно снабжено измерительным блоком, связанным электропроводами со струнными датчиками деформации растяжения и сжатия.
Технический результат заключается в том, что:
- герметичная жесткая сборка защитных трубок в одну обсадную трубу, заглушенную снизу, обеспечивает защиту от влаги, а значит, надежность всех электрических соединений и общую простоту и надежность устройства;
- использование в качестве сигнализаторов горизонтальных смещений грунта стандартных струнных датчиков деформации растяжения и сжатия упрощает и удешевляет конструкцию устройства;
- размещение нижней заглушенной части обсадной трубы в базовом неподвижном слое оползневой зоны позволяет при установке нескольких одинаковых устройств получить объемную картину геодинамических процессов во всей оползневой зоне, определить точное положение линии скольжения в каждом сечении оползневой зоны;
- использование в автоматическом режиме периодически «опрашиваемых» струнных датчиков, жестко установленных через равные промежутки на внутренней стенке обсадной трубы, обеспечивает статистически достоверную своевременную информацию о прогибах обсадной трубы, вызванных смещением подвижных слоев грунта оползневой зоны над ее неподвижным слоем.
- попарное расположение датчиков в осевой плоскости обсадной трубы, сориентированной в направлении вероятного движения оползня, вблизи каждого герметичного стыка защитных трубок, дает полную информацию о величине и знаке локальных прогибов по высоте обсадной трубы, позволяющую мониторить динамику движения грунта во всем оползневом слое и определять его толщину.
На фиг.1 показана нижняя часть устройства в разрезе схематично, состоящая из четырех защитных трубок; на фиг.2 показан в разрезе схематично фрагмент оползневой зоны с несколькими устройствами, подверженными деформации от сдвига слоев грунта.
Устройство для мониторинга геодинамических процессов (измерения деформаций горных пород) в оползневой зоне включает сигнализаторы горизонтальных смещений 1 закрепляемые в защитных трубках 2. В свою очередь защитные трубки 2 собраны между собой жестко и герметично, например, сваркой, и в сборе представляют собой единую обсадную трубу 3, заглушенную снизу и размещаемую в первоначально прямолинейной скважине 4, которая пробурена на некоторую глубину базового неподвижного слоя 5 (ложа оползня), который отделен поверхностью (на рисунке - линией) скольжения 6 от подвижных слоев 7. Сигнализаторы горизонтальных смещений 1 подвижных слоев грунта 7 представляют собой стандартные струнные датчики деформации растяжения и сжатия, жестко закрепленные, например, сваркой, вблизи концов защитных трубок 2 на их внутренней поверхности попарно в осевой плоскости обсадной трубы 3. При этом данная осевая плоскость совмещена с наиболее вероятным направлением движения грунта - в сторону уклона поверхности оползневой зоны.
В ходе последовательной сварки нескольких защитных трубок 2 и опускания в скважину обсадной трубы 3 электропровода от датчиков 1 (на рисунке условно не показаны) собраны в виде жгута, защищенного для тепловой и электрической изоляции, например, стеклотканевой обмоткой, и выведены через верхний конец обсадной трубы 3 для подключения к измерительному блоку (на рисунке условно не показан).
Устройство работает следующим образом.
После бурения измерительной скважины 4 и установки в ней обсадной трубы 3, полученной последовательной сваркой защитных трубок 2, нижняя часть которой заглушена снизу и размещается в устье скважины 4 в неподвижном слое 5, возможный зазор между стенками скважины 4 и стенками обсадной трубы 3 заполняется песком для плотного контакта между ними. Электропровода от сигнализаторов горизонтальных смещений 1 представленные струнными датчиками деформации растяжения и сжатия (датчики 1) подключают к измерительному блоку, размещенному на поверхности земли вне обсадной трубы 3 (электропровода и измерительный блок на рисунке условно не показаны).
Измерительный блок в автоматическом режиме периодическими электроимпульсами возбуждает колебания струны каждого датчика 1, фиксирует величины частоты колебаний всех струн датчиков 1 и сравнивает с начальными значениями. Если происходят их изменения, по тарировочной зависимости каждого датчика 1 определяются величины локальных деформаций растяжения или сжатия стенок обсадной трубы 3, а по ним вычисляется прогиб в соответствующем измерительном сечении обсадной трубы 3. Величина и направление всех прогибов обсадной трубы 3 показывают изменение ее формы, а следовательно, глубину, величину и направление смещения слоев 7 оползневой зоны. При наличии нескольких устройств, как показано на фиг.2, возможно компьютерное построение статистически достоверной объемной картины движения грунта и определение точного положения линии скольжения 6, что позволяет своевременно принять меры по защите от оползня.
Таким образом, благодаря отличительным признакам предлагаемого устройства: герметичному и жесткому соединению отдельных защитных трубок с измерительными элементами в одну обсадной трубы, выбору в качестве измерителей надежных струнных датчиков деформации растяжения и сжатия, расположению их вблизи концов защитных трубок для надежного закрепления внутри попарно и оппозитно в осевой плоскости трубы в целом - решается поставленная задача полезной модели.