В массиве

Натурные методы по характеру проведения испытаний разделяются на имитирующие лабораторный эксперимент (как правило, с изменением масштаба); пенетрационные; геофизические: расчетные.

Применение методов, имитирующих лабораторный эксперимент, требует предварительной подготовки блока пород, частичного его отделения от окружающего массива. Этими методами проводят определение прочностных параметров пород, частично гидравлических и тепловых свойств массивов. Методы дают информацию о свойствах горных пород в массиве достаточно больших объемов, однако они трудоемки и не позволяют получить требуемого количества данных.

С помощью пенетрационных методов, основанных на внедрении в горные породы различного рода инденторов, можно получить информацию о прочностных, упругих, пластических свойствах и горно-технологических параметрах пород. Основное их достоинство – быстрота и простота определений. Однако исследуемый объем породы при каждом испытании очень мал.

Все пенетрационные методы – косвенные. Для оценки тех или иных физическпх характеристик пород они должны быть предварительно протарированы в лабораторных условиях (при одновременном определении изучаемого параметра каким-либо лабораторным методом).

К группе геофизических методов относятся все имеющиеся модификации этих методов исследования массивов пород.

Использование в этих методах мобильных физических полей, проникающих достаточно глубоко в массивы пород, позволяет давать действительно интегральную характеристику значительных объемов массива.

Расчетные методы включают в себя группу методов расчета физических свойств пород в массиве по свойствам образцов, определяемым в лаборатории, а также методы расчета одних физических параметров пород по другим, определенным в натуре. В последнем случае широкое применение находят взаимосвязи свойств пород.

Так определяют прочностные параметры по скорости распространения упругих волн, плотность пород – по поглощению гамма-лучей, проницаемость пород – по результатам электрокаротажа скважин и т. д.

Расчетными методами при известных закономерностях изменения свойств пород от структурных факторов массива можно произвести корректировку значений, полученных в лабораторных условиях, на массив.

Объемную массу горных пород в массиве измеряют либо непосредственно – путем выемки некоторого объема пород из массива, взвешивания его и определения объема получившейся выемки в массиве, либо различными геофизическими методами. Для этих целей можно использовать гравиметрию и плотностной гамма-гамма-каротаж (ГГК-П). Последний основан на эффекте взаимодействия гамма -квантов с электронами атома вещества (комптон-эффект). Рассеяние гамма-квантов при этом пропорционально количеству электронов в свою очередь, зависящему от объемной массы(р) породы.

Упругие свойства пород в массивах определяют, как правило, различными вариантами сейсмических методов.

Значения скоростей распространения упругих волн в верхних частях массива горных пород определяют в результате интерпретации годографов отраженных волн.

Коэффициенты проницаемости и фильтрации в массивах горных пород часто определяют непосредственным экспериментом, например, путем опытной откачки воды из какой-либо центральной скважины, около которой пробурены наблюдательные скважины.

Коэффициенты фильтрации и направление движения подземных вод устанавливают также с помощью гидрогеологического варианта метода заряда. В скважину, пересекающую изучаемые водные потоки, засыпают соль, которая растворяется и превращает воду, окружающую скважину, в электролит – своеобразное подвижное низкоомное тело, которое можно зарядить и с поверхности следить за изменением эквипотенциальных линий во времени, характеризующим перемещение заряженного электролита в пласте.

Скорость и направление фильтрации вод можно определить также методом радиоактивных изотопов.

Проницаемость пород определяют также по данным электрокаротажа скважин методом бокового электрического зондирования.

Пористость определяют по данным акустического каротажа (используется зависимость между пористостью и временем распространения упругих волн), по данным нейтронного каротажа (используется связь между содержанием воды в полностью водонасыщенной породе и ее пористостью), по данным измерений потенциалов собственной поляризации с использованием тарировочных графиков, а также по результатам электрокаротажа.

Широко применяют также инденторные методы для определения прочности горных пород в массиве

Более предпочтительны геофизические методы определения прочности пород, основанные на зависимости ее от свойств, легко определяемых в массивах, например, скорости распространения и коэффициента поглощения упругих колебаний.

Тепловые свойства горных пород в массиве определяют специальными прямыми методами по термограммам, полученным в результате термического каротажа.

Диэлектрическую проницаемость массивов пород определяют по распространению электромагнитных волн в породах (скорости, коэффициентам поглощения и отражения), а также непосредственно методом диэлектрического каротажа скважин или имитацией лабораторного эксперимента с накладными датчиками (развернутый конденсатор).

Естественная радиоактивность горных пород измеряется радиометрами непосредственно с поверхности либо в скважинах (гамма-каротаж).

Магнитная проницаемость массивов пород устанавливается либо по данным магниторазведки, либо в результате магнитного каротажа скважин.

Практически все физические свойства пород в массиве с той или иной достоверностью могут быть также рассчитаны по данным лабораторного эксперимента. Расчетные методы требуют знания отличительных структурных особенностей массива и характера зависимости свойств от этих особенностей.

Контрольные вопросы

1.Для чего необходимо изучать свойства горных пород в массиве?

2. Для чего необходимо изучать свойства горных пород на образцах?

3. Какие методы получения информации о свойствах горных пород вам известны?