В статье пойдет речь об использовании инклинометров при проведении подземного мониторинга.
Системы подземного мониторинга более затратны, чем наземного, главным образом, за счет необходимости бурения скважин. Однако при необходимости определить местоположение поверхности скольжения или исследовать распространение подземных подвижек пород инструменты подземного мониторинга позволяют получить дополнительные, более надежные и более подробные данные. Измерения подземных деформаций могут также потребоваться в случае, когда предполагается, что подвижки могут быть не обнаружены при помощи инструментов наземного мониторинга.
Для откосов в грунте или вскрышном слое идеальными инструментами для подземных измерений являются инклинометры, хотя для грубых замеров могут также использоваться датчики сдвига. Если ожидается, что деформация откоса происходит вдоль узких зон сдвига, следует отдать предпочтение экстензометрам.
Подвижки, представляющие опасность для откосов в скальных породах, часто меньше, чем для откосов в грунте, и, как правило, приурочены к определенным поверхностям. Поэтому в данном случае более подходящими представляются инструменты для определения сдвиговых подвижек, а необходимая точность измерений деформаций, как правило, выше. Из-за этих требований предпочтение отдается кабельным датчикам-рефлектометрам (time domain reflectometry, TDR) и другим датчикам сдвига, стационарным скважинным экстензометрам и стационарным инклинометрам, хотя иногда, особенно в случаях прогнозируемых нарушений в массиве породы, также применяются портативные инклинометры.
Многоточечные экстензометры, рефлектометры TDR и стационарные инклинометры позволяют проводить оперативный мониторинг подземных деформаций и, при необходимости, могут быть связаны с системой сигнализации.
Ниже пойдет речь об инклинометрах.
Инклинометры.
Инклинометры применяются для измерения горизонтального смещения скважины по поверхностям нарушений в толще грунта или скальной породы. Существует два типа инклинометров. Один тип представляет собой портативный инклинометрический зонд, который устанавливается в скважине и служит для измерений деформации по всей длине скважины относительно ее забоя. Такие инструменты могут использоваться в скважинах с отклонением от вертикали не более 50°. Другой тип состоит из одного или нескольких датчиков, которые размещаются стационарно в скважине и регистрируют боковое смещение.
Портативные инклинометрические зонды.
Наиболее распространенным типом инклинометров, применяемых в мониторинге откосов карьеров, является портативный инклинометр, который требуется погружать в скважину каждый раз при необходимости проведения измерений (рисунок 1). Зонд перемещается по направляющим желобкам в алюминиевой или пластиковой трубе, которая монтируется в буровой скважине. Инклинометрические зонды применяются главным образом в скважинах с отклонением от вертикали до 30°, также существуют горизонтальные варианты. Они позволяют определять дифференциальные подвижки величиной 0,5-1,0 мм на 10 м длины скважины.
Портативный инклинометрический зонд обычно опускается через обсадную трубу до основания скважины. Затем зонд извлекается, и данные о его отклонениях в двух перпендикулярных плоскостях регистрируются с определенным интервалом. Эти данные позволяют получить и графически отобразить профили скважины в двух плоскостях.
Боковые смещения скважины можно определить, сравнив профили, построенные по измерениям в разные периоды времени. С помощью инклинометров можно проводить измерения в скважинах глубиной до 300 м и более.
На практике чтобы получить общую точку отсчета для сравнения профилей скважины и определения смещений, скважину обычно углубляют до устойчивого массива. Кроме того, чтобы получить точные абсолютные измерения для определения направления подвижки, необходимо измерить отклонения обсадной трубы от прямой линии, что затем используется в качестве поправки при последующих измерениях инклинометром.
Серия обследований скважины в течение определенного периода времени дает представление о деформации скважины и прилегающего массива относительно основания скважины (рисунок 2).
Инклинометры являются идеальным инструментом для измерения боковых смещений в откосе карьера. Однако измерения с помощью инклинометров не могут быть полностью автоматизированы, и их сложно связать с системой сигнализации. Кроме того, если смещение имеет место в одной плоскости, обсадная труба с инклинометром сдвинется в этой точке, перекрыв доступ для зонда ниже этого уровня.
Когда предполагается, что подвижка происходит по одной плоскости, можно применять простую форму инклинометрическоrо зонда (рисунок 3). Тонкостенная труба из ПВХ устанавливается в относительно вертикальной скважине, а для определения глубины сдвига в скважину опускается жесткий стержень и измеряется глубина, на которой он останавливается. Стержень останавливается, когда он не может пройти изгиб или разрыв в трубе, образованный вследствие горизонтальных подвижек. Это устройство обычно используется в качестве индикатора плоскости разрушения и называется датчиком смещения.
Стационарные инклинометры
Стационарные инклинометры позволяют измерять изменения отклонения или искривления скважины в режиме реального времени. Они обычно погружаются в скважину в желобчатой обсадной трубе, в одной и той же трубе может устанавливаться несколько устройств для определения относительных смещений в различных частях скважины. Следует отметить, что без предварительной модификации стационарные инклинометры хорошо функционируют только в практически вертикальном положении. Показания интерпретируются по смещениям, перпендикулярным к оси скважины.
Одним из видов стационарных инклинометров является цепной дефлектометр (прибор для измерения поперечного изгиба, прогиба), состоящий из ряда поворотных стержней. Величины вращения измеряются на шарнирах между каждой парой стержней проволочными тензометрами на гибких стальных проволоках или индуктивными или емкостными преобразователями. В другом типе прибора используется ряд преобразователей с гравитационными датчиками.
