"Геотехническая механика" Выпуск № 62
стр 85-92.
УДК [550.8.07/.08:681.518.54]:622.016
Асп. М.С. Зайцев
(ИГТМ НАН Украины)
У статті приведена методика, обладнання та програмне забезпечення для проведення ві- зуального внутршньосвердловинного контролю стану гірського масиву.
In the article clause а technique, equipment software for carrying visual inside condition walls of a rock mass.
Комплексное применение различных инструментальных геофизических способов позволяет наиболее достоверно оценить геомеханические состояние породного массива. Визуальный внутрискважинный контроль в сочетании с другими методами и средствами исследований позволяет получить полную информацию о:
- типе и структуре вмещающих пород, окружающих горную выработку - измерение расслоений, трещиноватости, включений и т.п.;
- наличии и ориентации межпластовых контактов;
- пустотах за крепью горных выработок;
- трещины и полости в бетонной и железобетонной крепи;
- сводах обрушения над крепью выработок;
- состоянии внутренней поверхности дегазационных, буровых и др. скважин;
- источниках выделения жидкости в скважины и пустоты:
- механических проблемах внутри скважины, таких как упавшие в скважину предметы и детали бурового оборудования, параметрах их заиления;
- повреждениях обсадных труб;
- перфорация;
- установке положения и ориентировании заглушек, отводных клиньев, окон в скважинах, пересекающих несколько пластов;
- обстановке за вентиляционными перемычками;
- состоянии и уплотнении вмещающих пород;
- недоступных обвалах за механизированной крепью.
Для увеличения информативности исследований, в процессе работы комплекса ВВК, возможно переключение типа подсветки. Подсветка может работать в видимом и инфракрасном световом диапазонах, а также в режиме регистрации выступающих частей исследуемой поверхности. В основу работы комплекса ВВК положена идея получения, передач, хранения и обработки видеоинформации (фотоинформации), позволяющая оценивать искомые параметры состояния горного массива. Приборная база основана на современных миниатюрных блоках, имеющих минимальные габариты и высокую производительность, высокую помехоустойчивость, низкое энергопотребление, влаго и пылезащищенность. [1-4]. Наиболее эффективно применение визуального внутрискважинного контроля при решении задач контроля и диагностики технического состояния скважины, при проведении аварийных и ловильных работ. Одновременно съемка поверхности осевой и радиальной камерами позволяет выявить и детально рассмотреть механические нарушения конструкции скважины (свищи, порывы, замятия и смещения обсадной и эксплуатационной колонн), завалы и обрушения, посторонние предметы в открытом стволе, в скважине. По видеозаписи определяется глубина расположения, форма и размеры выделенного объекта. Видеосъемка позволяет зафиксировать направление и характер движения воды в скважине, и для оценки зон активного водопритока и поглощения, перетоков между вскрытыми водоносными горизонтами и т.п. Данные ВВК могут быть использованы для принятия решения о ремонтопригодности рабочих и выведенных из эксплуатации скважин, целесообразности проведения работ по восстановлению продуктивности скважин. С помощью ВВК оценивают степень закольматированности трещин в горном массиве, выделяют интервалы для обработки, определяют мощность шламовых отложений, контролируют результаты восстановительных мероприятий. Получаемая видеоинформация о поверхности скважин позволяет без дополнительных интерпретаций, непосредственно на месте производить выполнение строительных и буровых работ, определять геологический разрез, интервалы водопритоков, состояние и конструкцию скважин [5].
Комплект оборудования.
Комплекс для выполнения визуальных исследований внутренней поверхно- сти скважин (полостей) состоит из следующих основных компонентов:
- видеокамера,
- насадка бокового наблюдения для видеокамеры с источниками света,
- досыльник с силовыми, информационными и управляющими кабелями,
- базовый блок включающий монитор, компьютер, систему управления и источники электрической энергии.
Внешний вид комплекса ВВК представлен на рис. 1. Принципиальная схема работы комплекса ВВК представлена на рис. 2. Основные технические характеристики комплекса ВВК приведены в табл. 1.
Применяемый в комплексе ВВК компьютер HP iPAQ rz3715 содержит:
- процессор, частота процессора Samsung S3C 2440, 400 МГц;
-память доступная пользователю 152Мб, общий объем памяти (ОЗУ) ПЗУ: 128 МБ; оперативная: 64 МБ SDRAM, SD слот с установленной картой MMC 1 Гб;
- экран цветной, трансрефлективный, TFT , 65000 цветов и оттенков, 240х320 пикселей, диагональ видимой части экрана 85 миллиметров,
- интегрированные модули WLAN 802.11b, Bluetooth, инфракрасный порт;
- микрофон, встроенный полифонический динамик, гнездо 3,5 мм для под- ключения стереонаушников;
- варианты ввода информации пером и прикосновением;
- средства обеспечения безопасности WEP 64/128-bit compliant to IEEE 802.11. Compliant to 802.1X (EAP-TLS, PEAP). WPA;
- операционная система Windows Mobile 2003 Second Edition;
Рисунок 1. – Внешний вид комплекса визуального внутрискважинного контроля
Рисунок 2. – Принципиальная схема работы ВВК
Встроенные приложения: Календарь, контакты, задания, запись голоса, блокнот, Pocket Word (с проверкой грамматики), Pocket Excel, Pocket Internet Explorer, Windows Media Player 9 (поддержка воспроизведения MP3, потокового аудио и видео), калькулятор, обмен сообщениями (с проверкой грамматики для электронной почты), File Explorer, графический редактор, Terminal Services Client, Infrared Beaming, часы, Align Screen, менеджер памяти, регулировка громкости, ClearType Tuner. Также для проведения углубленных обработки информации, расчетов и прогнозов используется программа TinySheet3, расчетные файлы которой формируются заранее. Они могут корректироваться непосредственно при работе комплекса ВВК при проведении исследований, исходя из их видов и целей. Используемые расчетные файлы могут работать на другом комплексе ВВК, с использованием соответствующего программного обеспечения. Расчетные файлы и комплекс ВВК разрабатывает ИГТМ НАНУ. Методика визуального внутрискважинного контроля. Исследование проводится комплексом ВВК в скважинах различного назначения – специально проведенные для этого эксперимента, существующих дегазационных, измерительных, разгрузочных и т.п. Основное ограничение к области применения ВВК - это длина и диаметр измерительных скважин. Определившись с исследуемой скважиной или полостью, в нее вводят досыльник, с помощью которого определяют положение скважины в пространстве в балтийской системе координат или относительно условной нулевой точки. Это определение выполняют с помощью меток, нанесенных на досыльнике, а абсолютное положение видеокамеры рассчитывается программой TinySheet3, при заполнении полей расчетного файла. Затем включают монитор, и видеокамеру с подсветкой выбранного типа. После того, как камера начала работать и изображение полости поступает на экран монитора, перемещением досыльника внутрь скважины исследуют ее. Оценив состояние интересующего участка внутренней поверхности скважины, если это нужно, изображение сохраняют в памяти компьютера. Для этого включают компьютер, загружают операционную систему, а следом за ней программу для захвата видеоизображения с компьютером. За счет встроенного в компьютер микрофона и динамика, возможно, также создавать, хранить и прослушивать до 200 часов аудиокомментариев. С помощью специальных программ (HP Image Zone, UltraG v2.54 ARM), возможно производить оперативную оценку состояния горного массива, в частности выполнять:
- определение направления развития повреждений (рис. 3, а),
- определение наклона пласта (рис. 3, б),
- оценку площади повреждений (рис. 3, в),
- оценку длины трещин (рис. 3, г).
Рисунок 3. – Примеры обработки фотографических файлов
Математическую обработку (состояние, прогноз) данных, проводят вводя данные через встроенный в компьютер сенсорный терминал, в поля специальных расчетных программ (TinySheet3). Получив интересующую информацию монитор, компьютер и видеокамеру с подсветкой выключают, досыльник складывают и переходят к исследованию следующей скважины. Комплекс ВВK может содержать сменные оптические адаптеры (объективы), предназначенные для изменения оптических характеристик, таких как направление обзора, угол поля зрения и глубина резкости (рис. 4). Для повышения информативности, комплекс визуального внутрискважинного контроля может быть укомплектован двумя видеокамерами – прямого и бокового наблюдения. Также может комплектоваться миниатюрным лазерным устройством, позволяющим оценивать расстояние от видеокамеры до исследуемой поверхности и объектов на ее ней.
а – прямого-бокового обзора, б – сверхширокоугольный (220°)
Рисунок 4. – Оптические адаптеры.
Оформление результатов исследований Синхронизация со стационарными IBM-совместимыми компьютерами осуществляется в камеральных условиях программой ActiveSync. Первичные результаты хранятся в виде файлов отдельных фотографий. Программой видеозахвата автоматически предлагается изменяющиеся последовательно имена файлов (от 0001-9999). Рекомендуется дописывать к этому названию расстояние в миллиметрах, отраженных на линейке досыльника. Эти файлы сохраняются в поддиректорию с именем исполнителя, названием горной выработки, номера пикета и типа скважины, в которой проводится исследование. Поддиректория с таким именем должна находится в директории с названием лавы (участка), и в ней также должны находится поддиректории по типу предыдущей, но содержащие информацию об остальных типах исследований (рис. 5). Звуковые комментарии сохраняются в файловой системе, на том же уровне в файловом дереве и рядом с фотографическими файлами. После многократных исследований результаты заносятся в программу DeltaX для расчета абсолютной статистической погрешности. Для работы с цифровыми фотографиями может быть рекомендован ряд программ по обработке изображений: GNU Image Manipulation Program, Adobe Photoshop, MatLab, MathCA, а также IBM-совместимые компьютеры, например типа Pentium с частотой процессора не ниже 450 МГц, объемом оперативной памяти не менее 128 Мб, графическим 3D-акселератором, монитором не менее 15 дюймов, операционной системой Windows 98 и выше [6, 7]. Дальнейший анализ данных производится специальными службами - маркшейдерским отделом, геологическим отделом и др., используя стандартные методики и оборудование.
Рисунок 5. – Пример файловой структуры
Техника безопасности при выполнении исследований с помощью комплекса ВВК.
1. Требования к обслуживающему персоналу.
К работе с комплексом допускаются лица, имеющие квалификационную группу по ПТЭ и ПТБ не ниже III (для установок напряжением до 1000 В), прошедшие обучение по программе, утвержденной руководителем предприятия, и прошедшие стажировку для приобретения практических навыков эксплуатации комплекса ВВК.
2. Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ.
2.1. Работа на устройстве должна производится постоянно закрепленным, специально обученным обслуживающим персоналом в количестве не менее 2-х человек, назначенных распоряжением руководства организации.
2.2. При передаче смены дежурный оператор обязан сдать устройство заступающему на дежурство, оформив прием и сдачу соответствующей записью в оперативном журнале:- состояние и режим работы устройства;
- изменение технологических режимов;
- недостатки, выявленные в процессе работы;
- время каждого подключения и отключения комплекса ВВК и причины остановок.
2.3. При обнаружении неисправности оператор принимает необходимые меры по ее устранению, вплоть до отключения устройства, делает запись в оперативном журнале и докладывает непосредственному руководителю.
3. Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ.
3.1. Тестирование работы комплекса ВВК необходимо проводить до и после исследовательских работ.
3.2. Техническое обслуживание (зарядка аккумуляторов, очистка от пыли, воды, резервирование файлов и т.п.) комплекса ВВК осуществляется по мере необходимости.
4. Производство ремонтных и наладочных работ.
4.1. В подземных условиях возможна замена вышедших из строя блоков частей устройства.
4.2. Категорически запрещается производить ремонт блоков в подземных условиях. Ремонтные работы могут производиться только в специально оборудованных мастерских с привлечением подготовленного персонала.
5. Меры безопасности при эксплуатации устройства
5.1. Перед выполнением работ необходимо убедиться в наличии и годности защитных средств.
5.2. После включения устройства запрещается:
- производить ремонтные работы;
- находиться около устройства посторонним лицам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ