Способ диполь-дипольного электропрофилирования угленосного массива горных пород для прогноза участков неоднородности угольного пласта
METHOD OF DIPOLE-DIPOLE ELECTROPROFILING OF COAL-BEARING ROCK MASS FOR PREDICTION OF SECTIONS OF COAL BED INHOMOGENEITY

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли и, в частности, к способам прогнозирования горно-геологических условий добычи угля.
Известен способ определения состояния массива горных пород, состоящий в том, что из специального приемопередатчика посылают электромагнитные импульсы в массив горных пород и принимают импульсы, отраженные поверхностью раздела между слоями пород с различными электрическими свойствами. После обработки результатов измерений получают сведения о расположении породообразующих слоев (Патент Франции №2587408, кл. Е21С 39/00, E21D 9/06, опубл. 1987.). Недостатками указанного способа являются его невысокая достоверность, связанная со сложностью измерений и расчетов, а также невозможность определения неоднородностей угольного пласта, т.к. осуществляется зондирование пород кровли или почвы.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ геоэлектроразведки для прогноза участков неоднородной кровли угольных пластов (Патент №2021506 России, кл. Е21С 39/00 (1990.01), заключающийся в том, что в двух горных выработках заземляются два токовых электрода А и В и измерительные электроды, возбуждают электрическое поле через токовые электроды А и В, измеряют его величину через измерительные электроды при этом электроды перемещают по заданной схеме, токовый электрод А заземляется в одной горной выработке, рядом с ним заземляется первый измерительный электрод М, на расстоянии 1.5-2 км от них заземляется второй токовый электрод В, а второй и третий измерительные электроды N1 и N2 заземляются во второй горной выработке, при этом все электроды заземляются в низкоомных породах кровли, а измерения производят, изменяя расстояния между электродами M,N1 и N2.
Недостатками данного способа являются низкая точность прогноза вследствие больших (более 1,5 км) разносов электродов и невозможность определения неоднородностей угольного пласта, т.к. все электроды заземляются в кровле пласта.
Техническим результатом изобретения является определение электрических неоднородностей и повышение точности прогноза участков неоднородности угольного пласта.
Указанный технический результат достигается тем, что питающий АВ и приемный MN диполи размещаются в оконтуривающих выработках исследуемого участка угольного пласта, электроды А и М заземляют в кровле выработки, а электроды В и N - в почве выработки, при этом диполи установки перемещаются вдоль выработок, обеспечивая узкую зону зондирования пласта, а обработка результатов измерений позволяет с хорошей точностью спрогнозировать положение зоны неоднородности в угольном пласте.
Предлагается способ диполь-дипольного электропрофилирования угленосного массива горных пород для прогноза участков неоднородности угольного пласта, включающий размещение электродов четырехэлектродной установки в оконтуривающих изучаемый участок выработках, возбуждение электрического поля через токовые электроды А и В, измерение его величины через измерительные электроды при этом электроды перемещают по заданной схеме.
Отличием является то, что электроды питающего диполя АВ размещают в одной выработке, электроды приемного диполя MN - в другой выработке, при этом электроды А и М размещают в кровле пласта, электроды В и N - в почве пласта, питающий и приемный диполи в процессе измерений перемещают по заданной схеме, а результаты измерений наносят на план горных работ в виде кривых кажущегося электросопротивления, по которым судят о местах неоднородности угольного пласта.
Заявляемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано размещение электродов установки, на фиг. 2 показана возможная схема проведения измерений исследуемого участка, нанесены точки возбуждения сигнала и точки наблюдения сигнала, на фиг. 3 - результаты измерений в виде профилей кажущегося удельного электросопротивления (УЭС).
На фиг. 1 показаны: 1 - оконтуривающие горные выработки; 2 - породы кровли угольного пласта; 3 - породы почвы угольного пласта; 4 - угольный пласт; 5 - генератор электрического тока (G1), питающие электроды показаны А и В; 6 - приемник электрического тока, микровольтметр (R1), приемные электроды показаны М и N. Исследуемый участок угольного пласта, ограничен горными выработками 1.
На фиг. 2 показаны: 1, 2 - оконтуривающие, исследуемый участок угольного пласта, горные выработки; 3 - исследуемый, оконтуренный горными выработками участок угольного пласта; 4 - точки возбуждения электрического поля, обозначены В(1-9); 5 - точки наблюдения электрического поля, обозначены Н(1-12)
На фиг. 3 показаны полученные профили распределения кажущегося УЭС (Пn), построенные по результатам измерения выполненных по схеме представленной на фиг. 2
Сущность изобретения состоит в следующем.
В исследуемом блоке, содержащем угольный пласт, в оконтуривающих горных выработках 1,2 намечают точки возбуждения электрического тока (В) и точки наблюдения (Н)(точки измерения пройденного через пласт электрического тока). Точки возбуждения (В) и наблюдения (Н) выбираются из соображения обеспечения пути протекания электрического тока, через исследуемый участок пласта. Возможная схема измерений представлена на фиг. 2. Схема размещения электродов установки диполь-дипольного электропрофилирования (ДЦЭП) представлена на фиг. 1. Согласно схеме ДЦЭП, в точке возбуждения устанавливается генератор электрического тока 4 со стабилизацией электрического тока, т.е. Iген=Const. С помощью диполя АВ (питающие электроды), который питается от генератора, возбуждается электрическое поле в пласте полезного ископаемого, в частности в угольном пласте, для этого питающий электрод А заземляется в породы кровли, а питающий электрод B в породы почвы пласта горной выработки. В точке наблюдения с помощью приемника (микровольтметра) 5 к которому подключен диполь MN (приемные электроды), производится замер напряжения ΔUmn, для этого приемный электрод М заземляют в породы кровли, а приемный электрод N в породы почвы пласта. Указанное размещение электродов является существенным отличием от прототипа, позволяет сфокусировать пути протекания электрического тока от генератора до приемника, через пласт угля и ближнюю зону по породам кровли и почвы, в узкую зону, что позволяет с высокой точность определять неоднородности угольного пласта, а также нарушения кровли и почвы угольного пласта.
к
Указанный технический результат достигается тем, что питающий АВ и приемный MN диполи размещаются в оконтуривающих выработках (1, 2) исследуемого участка угольного пласта (3) фиг. 2., согласно схеме диполь-дипольного установки представленной на фиг. 1. Электроды А и М заземляют в кровле выработки, а электроды В и N - в почве выработки, при этом диполи установки перемещаются вдоль выработок, обеспечивая узкую зону зондирования пласта. Для каждой точки возбуждения Вn (4) фиг. 2, производится n - замеров в точках наблюдения Нn (5) фиг. 2. Количество замеров для каждой точки возбуждения, выбирается из соображений детальности изучения исследуемого участка. Необходимо выполнять повторные измерения в точках наблюдения при возбуждение электрического поля из смежных точек возбуждения, схематично измерения приведены на фиг. 2. Далее производится расчет кажущегося удельного сопротивления ρ для каждого положения генераторного и приемного диполей по формуле (1). Полученные значения являются профилями кажущегося удельного электрического сопротивления (УЭС) участка изучаемого угольного пласта. Для получения общего профиля кажущегося УЭС пласта, полученные профили участка пласта, наносятся на общий график, пример представлен на Фиг-3. Мысленно, графически или используя специализированное программное обеспечение формируют общий контур, который получается от наложения отдельных профилей на общем графике в единой системе координат. Таким образом, полученный контур является общим профилем распределения кажущихся УЭС в изучаемом угольном пласте. Анализируя полученный профиль распределения УЭС, выделяют зоны с повышенными или пониженными значениями УЭС. Данные зоны в угольном пласте являются аномалиями, и приурочены к структурным или геологическим нарушениям. На фиг 3. выделяется зона пониженного УЭС (15-30 пикеты П), эта зона приурочена к двум разрывным малоамплитудным геологическим нарушениям и была подтверждена геологической службой шахты. Также были выявлены зоны пониженного УЭС на пикетах 47-48 и 57-58, в этих зонах при отработке выемочного блока были выявлены размывы угольного пласта с частичным замещением осадочными породами.
к
п
п
г
где: ρ - удельное кажущееся электросопротивление; ΔU - разность потенциалов, измеренная в точке наблюдения; I - ток возбуждения; К - поправочный коэффициент, для применяемой схемы измерений К=1,03; К - геометрический коэффициент установки.
AM
BM
AN
BN
где L, L, L, L - расстояние между электродами установки.