Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Расчет индукционных датчиков. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617 / 1817 18 > Следующая >>>

5.1. Использование магнитной восприимчивости при решении геологических задач 161

ства ферромагнитных материалов, входящих в состав горной породы, магнитной восприимчивости ферромагнитных материалов, определяемых химическим составом и размером зерен этих материалов, а также характером расположения зерен ферромагнитных материалов в горной породе. В изверженных и эффузивных породах ферромагнитные минералы образуются путем кристаллизации из магмы или раствора, а в осадочных породах

они обнаруживаются в виде обломков, возникающих за счет разрушения, переноса и отложения первых. Каппаметрия в геологии применяется также широко, поскольку магнитной восприимчивостью обладают все горные породы. В неизмененных породах она стабильна. В процессе метасоматоза, гидротермальных и различных экзогенных процессов минеральный состав пород меняется, а в связи

с этим меняется и их магнитная восприимчивость. Все отмеченные изменения в породах могут быть легко зафиксированы при измерении

Впервые попытка использовать величину магнитной восприимчивости осадочных пород для выяснения условий их залегания была предпринята в [20]. Позже была показана возможность стратиграфического расчленения осадков по их магнитной восприимчивости. Имеется много работ, содержащих примеры использования величины магнитной восприимчивости для целей литологической интерпретации толщ и возрастной корреляции пород. На Сибирской низменности проведено изучение

большой площади Западно-

с целью возрастной

корреляции пород и некоторых вопросов геологической интерпретации. На построенных разрезах показано, что одна из свит хорошо выделяется по величине

. Отмечено, что другие физические свойства,

такие как удельный вес, плотность, пористость, естественная гаммаактивность, не позволяют выделить эту свиту. В подобных случаях изучение равных значений

имеет существенное значение. По мнению авторов, карта

дает представление о направлении сноса материа-

ла при образовании данной свиты. Для Мариинской аномалии снос поисходил с гор Кузнецкого Алатау. При этом разрушались магнитные породы. Для Нарымской аномалии снос шел, по-видимому, из Казахстана. Там разрушались более кислые немагнитные породы.

Таким образом, изучая

, можно решать некоторые вопросы гео-

логического строения крупных регионов. Для редкометальных месторождений, залегающих в вулканогенных породах, характерна тесная связь зональности гидротермальных изменений и физических свойств

162 Глава 5. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ

пород. Физические методы исследования благодаря высокой производительности могут оказаться весьма существенными при составлении прогнозных карт для поисков редкометальных месторождений. Авторы делают заключение, что из всех физических методов в районах, сложенных вулканогенными породами, наиболее удобна каппаметрия, поскольку метод измерения магнитной восприимчивости наиболее прост и высокопроизводителен.

Не останавливаясь на всех возможных

случаях использования магнитной восприимчивости в геологии, рассмотрим ее применение для целей детального структурно геологического картирования железорудных, главным образом магнетитовых, месторождений.

Магнитная восприимчивость горных пород определяется в основном в лабораторных условиях по образцам на астатических магнитометрах. Такой способ измерения магнитной восприимчивости весьма трудоемок и для проведения структурно-

геологического картирования на отрабатываемых месторождениях, где требуются десятки тысяч измерений, малоприемлем. В [21] описан прибор, названный проницмером, который предназначался для определения магнитной восприимчивости горных пород в полевых условиях. Однако этот прибор имел большие габариты, значительный вес и максимальное значение шкалы

100 000 10 СГС

(до



 ), не обеспечивающее измерение магнитной

восприимчивости сильномагнитных магнетитовых руд. Это затрудняло использование его в шахтных условиях на железорудных магнетитовых месторождениях. Поэтому в СО РАН было изготовлено два типа макетов прибора – малогабаритный полевой проницмер с высокой чувствительностью и рудный проницмер для изучения внутреннего строения магнетитовых рудных тел и определения процентного содержания железа. Эти приборы использовались нами при структурногеологическом картировании железорудных месторождений, выяснении естественных ореолов рассеяния, физическом опробовании магнетитовых руд и т. д.

5.2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ

Для измерения магнитной восприимчивости горных пород в естественном залегании и определения содержания железа в магнетитовых рудах разработаны два варианта приборов. Оба прибора работают по

5.2. Приборы для измерения магнитной восприимчивости 163



принципу неуравновешенного индукционного моста. Постоянное магнитное поле на показания приборов не влияет, что позволяет работать с ними непосредственно внутри магнетитовых рудных тел, представляющих собой крупные естественные магниты.

Малогабаритный полевой проницмер имеет чувствительность

610

СГС. Шкала его разбита на пять следующих поддиапазонов СГС:

1 100 10 ,

 2) 6100 1000 10 ,

100 000 10 ,



 5)

 3) 61000 10 000 10 ,

1 000 000 10 . С помощью этого прибора изме-

 4)

10 000

ряются все слабомагнитные породы. Поэтому он может быть использован при геологических съемках разных масштабов, вплоть до структурно-геологических съемок рудных полей. Он может найти применение при структурно-геологическом картировании слабомагнитных месторождений разного генетического типа. С помощью этого прибора хорошо оконтуриваются естественные

магнетитовые ореолы на железорудных месторождениях. Прибором можно быстро измерять магнитную восприимчивость в керне скважин и т. д. Блок-схема прибора показана на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Блок-схема малогабаритного полевого проницмера (МПП):

1 – индукционный датчик; 2 – компенсирующее устройство; 3 – усилитель

переменного напряжения; напряжения;

8 – стабилизатор напряжения; 9 – батарея питания (4 батареи КБС-0,5)

6 – стрелочный прибор; 7 – генератор опорного напряжения;

4 – фазовый детектор; 5 – усилитель постоянного

Индукционный датчик служит для преобразования индукции измеряемого магнитного поля в пропорциональный электрический сигнал. Он имеет измерительную обмотку и обмотку возбуждения, по которой протекает переменный ток с частотой 2,5 кГц. Внутри прибора смонтировано компенсационное устройство, которое также имеет обмотки, аналогичные датчику. В датчике половина обмоток возбуждения и в приемной катушке индуктивно

связаны между собой. Вторая половина

164 Глава 5. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ

их также индуктивно связана. Расположена в компенсирующем устройстве. Обе половины обмотки возбуждения датчика и компенсирующего устройства соединены между собой последовательно в фазе. Приемные полуобмотки соединены также последовательно, но в противофазе. Такое включение обмоток представляет собой одинарную схему уравновешенного моста из индуктивностей. Когда датчик находится в воздухе (без образца

), в обеих измерительных обмотках возникает ЭДС, равная по величине, но противоположная по фазе. Результирующая ЭДС равна нулю.

Если индукционный датчик наложен на измеряемый образец, имеющий магнитную восприимчивость, баланс моста нарушается и возникает разностная ЭДС, пропорциональная магнитной восприимчивости образца. Эта ЭДС усиливается усилителем переменного напряжения, а фазовым

детектором преобразуется в постоянное напряжение, которое

снова усиливается и подается на стрелочный прибор.

Прибор для определения содержания железа снабжен цифровым устройством, которое представлено семью разрядами. На пяти суммируется процентное содержание от измерений в отдельных точках, а на двух остальных – число измерений. Диапазон измерения прибора – от 10 до 72 % содержания железа в

руде. Прибор может применяться при опробовании магнитной восприимчивости в стенках горных выработок, в карьерах, вагонетках, навалах руды на железорудных магнетитовых месторождениях.

Датчик этого прибора отличается по конструкции от датчика известных приборов (рис. 5.2). В нем одна приемная обмотка и две обмотки возбуждения, включенные последовательно в проти-

Рис. 5.2. Схема катушек датчика рудного проницмера:

1 – первая обмотка возбуждения; 2 –

вторая обмотка возбуждения; емная обмотка

3 – при-

вофазе.

обмотки расположены со-

Все осно. При настройке датчика в воздухе приемная обмотка располагается так, чтобы ЭДС, наводимая в ней полем обмоток возбуж-

дения, была равна нулю. Встречное включение обмоток возбуждения создает расфокусировку магнитного потока. Подбором размеров катушек возбуждения и измерительной катушки, их относительного распо-

5.2. Приборы для измерения магнитной восприимчивости 165

ложения, количества витков и расфокусировкой магнитного потока устраняется влияние неровностей измеряемой поверхности на точность измерения. Блок-схема прибора показана на рис. 5.3. При наложении датчика на измеряемый магнетитовый образец поле обмоток возбуждения вызывает в образце магнитный поток, который индуцирует в измеряемой обмотке ЭДС, пропорциональную процентному содержанию магнетита.

Рис. 5.3. Блок-схема рудного проницмера:

1 – датчик; 2 – усилитель переменного напряжения; 3 – фазовый детек-

тор;

4 – усилитель постоянного напряжения; 5 – аналого-цифровой пре-

образователь;

9 – блок питания (аккумулятор типа ЗШИКП-10Б или РПСГГ-1к)

6 – сумматор; 7 – блок индикации; 8 – блок генераторов;

Эта ЭДС усиливается усилителем переменного напряжения. Фазовым детектором, усилителем постоянного напряжения и аналогоцифровым преобразователем преобразуется в цифровой код. Блок индикации высвечивает цифрами процентное содержание железа в магнетитовой руде и количество измеряемых точек (циклов измерения).

Набор значительного числа точек на измеряемой поверхности и устройство датчика, подавляющее влияние неровностей измеряемой поверхности, позволяют получать вполне достоверные результаты опробования, не отличающегося от химического анализа.

Высокая производительность работы с прибором, немедленное получение результатов опробования и возможность структурно-геологического картирования в разных горнопроизводственных условиях обеспечивают ему преимущество перед другими существующими приборами этого профиля.

166 Глава 5. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ

5.3. МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ С ПОМОЩЬЮ

КАППАМЕТРА

Измерения магнитной восприимчивости при разных видах геологоразведочных и горноэксплуатационных работ имеют свои особенности. При структурно-геологической съемке поверхностные измерения проводятся на естественных и искусственных обнажениях горных пород. Коренные породы искусственно вскрываются с помощью расчисток, закопушек, канав и шурфов. В естественных обнажениях и искусственных поверхностных выработках коренные иногда подвержены выветриванию и окислению. Магнитная восприимчивость таких пород часто изменяется в сторону ее понижения. Поэтому для измерения вторичными процессами. При изучении логический состав пород. В интрузивных горных породах незначительно. Средняя величина ее может быть получена в результате нескольких измерений. Включения в виде шлир или пятен других пород, захваченных интрузивом и не полностью переработанных, измеряются самостоятельно.

В обнажениях, сложенных эффузивно-осадочными или только осадочными породами, следует определять среднюю величину но в каждом слое. Измерения нужно производить от почвы к кровле прослоя или наоборот. Такое измерение позволит выявить интенсивность накопления железа в слое в начале или конце ритма. Выявив такую закономерность в одном обнажении и найдя ее в другом, можно легко установить простирание определенного стратиграфического горизонта

плавно, но иногда на общем однородном фоне выделяются небольшие блоки и пятна с повышенной необходимо производить по сетке.

точном количестве естественных обнажений по определенной сетке в зависимости от масштаба карты приходится создавать искусственные горные выработки, вскрывающие горные породы. В закопушках и небольших расчистках в однородных породах определяется среднее значение по нескольким измерениям. При

или пачки пород.

В эффузивных породах магнитная восприимчивость изменяется

Для составления структурно-геологической карты при недоста-

желательно выбирать породы, не измененные

должен учитываться лито-

. Для выявления пятен измерения

наличии двух и более

горные породы

меняется

отдель-

5.3. Методика полевых и лабораторных измерений магнитной восприимчивости 167

пород определяется среднее значениеæ каждой породы. Канавы, как правило, располагаются в крест простирания пород. Ими обычно вскрываются контакты рудных тел с вмещающей породой, контакты двух пород, т. е. они задаются в плоскости максимальной изменчивости пород. Поскольку канавы в коренные породы врезаются на не-

большую глубину, измерения

надежнее производить одновремен-

но по обеим стенкам и по дну выработки. Число точек определения

средней величины

в однородных породах может быть меньше, чем

в породах изменчивых. Порядок распределения точек для измерения средней величины

не имеет значения. Важно, чтобы на измеряемой

площади точки измерений были распределены приблизительно равномерно.

Шурфы представляют собой наиболее капитальные горные выработки. Они на значительную глубину врезаются в коренные породы, имеют рассечки, которыми вскрываются контакты пород и руд. В шурфах измерять магнитную восприимчивость нужно по вертикали сверху вниз и

ется

в аллювиально-делювиальных отложениях и в коренных поро-

дах. При этом измерения

по стенкам рассечек. В стволе шурфа отдельно измеря-

можно вести по одной или по всем стенкам шурфа, в зависимости от сложности геологического строения. В рассечках шурфа измерения производятся по линии с расстоянием между точками от 10 см и более или же по сетке 20 × 40 см. В первом случае хорошо отрисовываются контакты пород а во втором, при вычерчивании изолиний, выявляется

характер распределения æ в породе. Железорудные месторождения отрабатываются открытым и подземным способами. Измерение магнитной восприимчивости используется для структурно-геологического картирования и для определения содержания железа в руде. Карьеры отрабатываются уступами примерно 10метровой высоты. Магнитная восприимчивость измеряется в стенке каждого уступа. Для структурно-геологического картирования измерения выполняются по линии вдоль карьера

на определенной высоте с расстоянием между точками 0,5…1,0 м. Начало линии, по которой ведутся измерения, и конец ее фиксируются тремя координатами. Данные измерений наносятся на геологический план и разрез, где увязываются с предыдущими показателями.

Определение содержания железа в карьере ведется по той же сетке,

что и химическое опробование, – 2 × 2 м

. На этой площади в зависимо-

сти от однородности руды равномерно распределяются точки измере-

168 Глава 5. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ

ний в количествах 20 штук и более. Прибор с сумматором позволяет набирать подряд до 100 точек и более. На цифровой шкале фиксируются сумма процентных содержаний железа и число измерений. Деление суммы на число измерений дает среднее процентное содержание железа на измеряемой площади. С целью структурно-геологического картирования магнитная восприимчивость определяется во

всех горных выработках независимо от их местоположения. Измерения ведутся по стенкам горных выработок по линии на высоте 1 м от почвы. Расстояние между точками в 1 м для карты масштаба 1 : 500 можно счи-

тать оптимальным. Наблюдения привязываются к маркшейдерским точкам. Для удобства отсчета вдоль стенки выработки натягивается рулетка. По материалам

наблюдения строятся качественные планы. На них выделяются рудные тела, скарны, дайки и вмещающие горные породы разного петрографического состава. Если выработки от рудных тел отходят далеко в сторону от вмещающих пород, то на планах

Рис. 5.4. Схема распределения

точек измерений на двухметровом

интервале пробы

можно выделять первичные магнетитовые ореолы рассеяния. Распределение магнитной восприимчивости, как правило, подчеркивает структуру толщи

(рис. 5.4).

Химическими анализами определяется железо общее (растворимое), а по магнитной восприимчивости – железорудное. Разность между рудным железом и растворимым дает ошибку между этими двумя способами опробования. От этой ошибки можно избавиться или, по крайней мере, значительно ее уменьшить. Для этого необходимо на месторождении, насыщенном пирротином, в нескольких пробах с

разным содержанием железа химическим способом определить железо общее и рудное. По результатам анализа строится график (рис. 5.5), на котором хорошо отрисовывается обратная корреляционная связь. Пользоваться графиком очень просто. Например, по прибору определено содержание железа 30 %. Горизонтальная линия, соответствующая 30 % железа рудного, пересекает кри-

5.3. Методика полевых и лабораторных измерений магнитной восприимчивости 169

вую в точке k, которая в свою очередь соответствует 8 % железа силикатного. Железо общее будет равно 38 %.

Таким образом, для сложных пирротин-магнетитовых руд нужно сначала составить график, подобный рис. 5.5, и к полученному по прибору содержанию железа вводить поправку.

В лабораторных условиях магнитная восприимчивость измеряется по образцам горных пород. При измерении образцов необходимо, чтобы размер образца был в 3 раза больше диаметра датчика. Измерения проводятся на плоскостях с неровностями, не превышающими

Рис. 5.5. Разность железа общего

и рудного в зависимости от кон-

центрации магнетита

6…7 мм. Из нескольких измерений определяется средняя магнитная

восприимчивость

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложенные в монографии расчеты индукционных датчиков в первых трех главах посвящены стандартным электродинамическим параметрам и обычным контурам, а также индукционным катушкам конечных размеров с неоднородными магнитными полями в образцах конечных размеров. Разработаны точная теория расчета и ее приближенный аналог, не требующий привлечения для расчета компьютеров.

В главе 4 обосновано наличие

несиловых электромагнитных полей в конденсаторах колебательных контуров (катушка–конденсатор), в эксперименте Ааронова–Бома с бесконечно длинным соленоидом (плотно намотанной катушкой) и квантовыми частицами, в тороидальной катушке токамака, несиловое магнитное поле которой вступает в режим самогенерации, что приводит к резкой неустойчивости плазменного шнура в «бублике» токамака.

В главе 5 приведен

пример применения разработанной в первых трех главах теории к построению приборов для определения процентного содержания железа в горных выработках и лабораторных образцах. Показана методика таких работ.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1617 / 1817 18 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]