Методы изучения строения массива горных пород

 

Изучение строения массива горных пород может производиться пря­мыми и косвенными методами. Прямые методы заключаются в визуаль­ном осмотре и описании строения и трещиноватости пород на обнажениях в горных выработках или по буровым скважинам. В горных выработках всю длину обнажения пород разбивают на отдельные участки и произво­дят зарисовку или фотографирование системы трещин с их качественным и количественным описанием. Для оценки микротрещин производится от­бор представительных проб. Метод наиболее надежен, но требует прямо­го доступа к горным породам.

Для изучения массива, не вскрытого горными выработками, исполь­зуются буровые скважины. Строение и трещиноватость массива оценива­ются по извлекаемому керну или путем осмотра стенок скважины. В по­следнем случае используют специальные устройства, позволяющие дис­танционно передавать изображение стенок скважины наблюдателю. К та­ким устройствам относятся: буроскопы, представляющие собой систему оптических труб, работающих по принципу перископа; скважинные фото­аппараты со вспышкой; фототелевизионные установки.

Косвенные методы реализуются в следующих основных направле­ниях.

1. Метод оценки строения массива в процессе бурения скважин. Идея метода состоит в том, что параметры процесса бурения в значитель­ной степени зависят от строения массива, и в этом качестве они могут слу­жить косвенной оценкой трещиноватости пород. При этом в ходе бурения скважин оцениваются следующие показатели:

• Фиксируются состояние и выход бурового керна (число кусков на 1 м скважины), которые могут служить интегральной характеристикой трещиноватости массива.

• Измеряется скорость чистого бурения скважины в различных участках массива (хронометраж), которая зависит от наличия слабых прослоев, тектонических нарушений и крупных трещин. Современные буровые станки оснащаются автоматически записывающей аппаратурой. Кроме того, провалы или прихваты бурового инструмента позволяют доста­точно надежно определять пустоты, карстовые полости, крупные на­рушения.

• Анализируется частота колебаний бурового снаряда. Буровой инстру­мент в результате его взаимодействия с разрушаемой породой генери­рует высокочастотные колебания, которые по штанге передаются и фиксируются на поверхности. При встрече долота с трещиной нару­шается стационарный режим и возникает низкочастотная составляю­щая колебаний. Причем, чем больше величина раскрытия трещины, тем значительней амплитуда этих колебаний.

• Определяется поглощение промывочной жидкости в ходе бурения или расход жидкости при последующем нагнетании. Эти величины харак­теризуют объем открытых трещин.

2. Электрометрический метод. Основан на предварительно установ­ленной зависимости удельного электрического сопротивления от величины трещиноватости горных пород. Благодаря сравнительной простоте из­мерений электросопротивления изучение массива может быть выполнено достаточно подробно. Более того, по данным электрометрии можно оце­нить характер и качество заполнения трещин. Недостатком метода являет­ся наличие больших погрешностей, связанных с высокой чувствительно­стью электропроводности пород к влажности массива, к характеру смыка­ния трещин, образующих токопроводящие каналы.

3. Акустический метод. Заключается в измерении скорости распро­странения упругой волны или коэффициента затухания по разным направ­лениям в массиве («прозвучивание»). Данные показатели очень чувстви­тельны к изменению трещиноватости пород и в расчетах горных процес­сов часто используют акустический показатель трещиноватости , где - скорость волны, соответственно, в трещиноватом мас­сиве и в образце, принимаемом как аналог ненарушенного массива.

4. Локационные методы. Сущность методов состоит в следующем. Источник колебаний излучает волну в массив, которая после отражения от неоднородности или поверхности пласта приходит на приемник. Фиксиру­ется время прихода сигнала, и по известной скорости волны в исследуе­мом массиве определяется расстояние до препятствия. Локация может вес­тись с помощью упругих или электромагнитных волн.

5. Теневые методы. Предусматривают двусторонний доступ к масси­ву и основаны на «прозвучивании» или просвечивании массива в разных направлениях.