CC BY
55
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ СКВАЖИННОГО
ИНКЛИНОМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА В ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЯХ
Дмитрий Васильевич Барышников
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им.
Н.А. Чинакала Сибирского отделения российской академии наук, 630091, Россия, г. Новосибирск, ул. Красный проспект, 54, младший научный сотрудник, тел. (383)217-05-41
В статье приведены результаты лабораторных испытаний скважинного инклинометри-ческого комплекса. Установлены погрешности определения угла наклона скважины в точке и высотных отметок профиля скважины в зависимости от базы зонда.
Ключевые слова: инклинометр, зонд, скважина, погрешность, осадка.
DIRECTIONAL SURVEY SYSTEM ERROR ESTIMATION IN LABORATORY TESTS
Dmitry V. Baryshnikov
Federal State-Funded Institution of Science, N.A. Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 54 Krasny prospect, Novosibirsk 630091, Russia, Junior researcher, Phone: (383)217-05-41
The paper discusses laboratory tests of a directional survey system. The author has estimated errors in point measurements of borehole inclination and in surveys of heights along the course of the borehole depending on the span.
Key words: directional survey tool, probing device, borehole, error, height reduction.
При отработке крутых рудных тел слоевой нисходящей системы разработки с твердеющей закладкой безопасность горных работ определяется устойчивостью искусственной кровли. Образование пустот на контакте смежных по высоте слоев, вызванных технологическим недозакладом и усадкой закладки, способствует активизации процесса сдвижения подрабатываемой искусственной толщи по мере накопления отработанных слоев. Достижение критической величины осадки массива может привести к к обрушению кровли в очистные выработки.
Для обоснования оптимальных параметров разработки и нормативной прочности закладки на начальном этапе очистных работ необходимо изучить закономерности сдвижений формируемого искусственного массива. Наиболее достоверные параметры его сдвижений (осадки) могут быть получены по результатам натурных наблюдений. Эффективным средством контроля осадок массива является метод инклинометрии. Суть метода заключается в измерении углов наклона измерительной скважины по всей ее длине, по которым производится расчет вертикальных отметок профиля скважины в контролируемом слое. Для этого в закладочном массиве выбуривается субгоризонтальная скважина, которая обсаживается полиэтиленовой трубой с последующей цементацией затрубного пространст-ва.Режимные наблюдения за изменением углов наклона по глубине обсаженной скважины позволяет оценить прогибы контролируемого слоя закладки [1].
Для организации контроля за сдвижением подрабатываемого искусственного массива в ИГД СО РАН разработан малогабаритный скважинный зонд, выполненный с использованием двух перпендикулярно расположенных датчиков углов наклона - инклинометров. Он позволяет вести наблюдения в субго-ризонтальных скважинах и контролировать вертикальные смещения подрабатываемого слоя закладки [2].
Для оценки погрешности определения контролируемых параметров проведены лабораторные испытания комплекса в полиэтиленовой трубе длиной 5.2 м с внешним диаметром 0110 мм и внутренним 090 мм, используемой для обсадки скважины.
1. Оценка погрешности измерения угла наклона трубы в точке Измерения проводились при комнатной температуре (~20°С) в трех точках трубы с различными значениями углов наклона. Для обеспечения представительской выборки в каждую точку зонд устанавливался 42 раза. На рис.1 приведены диаграммы полученных значений углов наклона.
а.
12 -|
-4,19 -4,2 -4,21 -4,22 -4,23 -4,24 -4,25 -4,26 Угол наклона, град.
б.
12
-2,79 -2,8 -2,81 -2,82 -2,83 -2,84 -2,85 -2,86 -2,87 Угол наклона, град.
в.
12
-1,6 -1,63 -1,64 -1,65 -1,66 -1,67 -1,68 -1,69 -1,7 Угол наклона, град.
Рис. 1. Диаграмма распределения погрешность определения истинного значения угла наклона в точке: а - точка «1», б - точка «2», в - точка «3»
График распределения измеренных углов наклона обсадной трубы подчиняется нормальному закону распределения.Стандартное отклонение в точке «1» установки ~1.01', в точке «2» - 1.16', и в точке «3» - 1.1'.
2. Оценка погрешности определения профиля трубы
Для выбора оптимальных параметров базы зонда проведены исследования по определению отметок профиля трубы методом инклинометрии и их отклонений от значений, полученных с помощью нивелирования (эталонное значение).
Величина среднеквадратического отклонения разности вертикальных отметок трубы, определенных нивелированием и методом инклинометрии, определяется из выражения:
= 11 ?= 1 (Д^-Дг) ) ,
где - разность высотных отметок трубы, полученных с помощью
нивелирования и методом инклинометрии, - математическое ожи-
дание отклонения высотных отметок профиля скважины от эталонного значения, п- количество точек отсчета по длине трубы.
На рис.2 показана зависимость среднеквадратического отклонения вертикальных отметок профиля скважины по данным нивелирования и определенных методом инклинометрии от размера базы зонда. Измерения инклинометри-ческим зондом проводились при равенстве шага передвижки и базы зонда.
Рис. 2. График зависимости стандартного отклонения от базы зонда
Из графика на рис. 2 видно, что увеличение базы зонда приводит к уменьшению величины расхождения эталонного профиля и профиля, восстановленного по данным инклинометрических измерений.
При определении профиля скважины методом инклинометрии ошибка определения вертикальной отметки будет накапливается пропорционально количеству точек отсчета, т.е. с увеличением длины скважины. Поэтому была определена величина отклонения вертикальной отметки на конце трубы от эталонного значения для значений базы зонда (рис. 3).
Рис. 3. Отклонение вертикальной отметки забоя скважины от эталонного значения при разных базах зонда
Поскольку задачей исследований является определение с помощью метода инклинометрии величины осадки закладочного массива во времени, было определено среднеквадратическое отклонение осадки конца трубы по данным инклинометрии при изменении его высотной отметки от фактического значения (рис. 4).
Рис. 4. Отклонение осадки конца трубы от эталонного значения
при разных базах зонда
Анализ результатов лабораторных испытаний показал, что с увеличением базы инклинометрического зонда снижается погрешность определения профиля
скважины одиночном цикле измерений (см. рис.3), так и при определении осадок контролируемой скважины при режимных наблюдениях (см. рис.4).
В заключении отметим, что полученные результаты являются основой для оценки погрешности определения осадок инклинометрическим методом и выбора геометрических размеров зонда и шага передвижки с целью достижения необходимой точности определения осадок закладочного массива в зависимости от длины контролируемой скважины.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Барышников В.Д., Барышников Д.В. Организация и проведение наблюдений за сдвижениями закладочного массива при его подработке. ГИАБ, №12, МГГУ, Москва, 2008.
2. Барышников В.Д., Качальский В.Г., Барышников Д.В. Опыт применения инклино-метрического метода для контроля за сдвижениями закладочного массива при подземной разработке месторождений. Гео-Сибирь-2007, том 5, СГГА, Новосибирск, 2007.
© Д.В. Барышников, 2013
