МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

Российской федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА МЕХАНИКИ

Начертательная геометрия. Инженерная графика

Содержание и методические указания по выполнению курсовой работы ”Определение элементов залегания и графическое построение рудоносного пласта по данным геологической разведки буровыми скважинами”.

Москва 2010

Составители: Ребрик Б.М., Лукинский Г.И., Сычев М.И., Назаров А.П.,

Некоз С.Ю.

Начертательная геометрия. Инженерная графика. Содержание и методические указания по выполнению курсовой работы ”Определение элементов залегания и графическое построение рудоносного пласта по данным геологической разведки буровыми скважинами”. М., РГГРУ, 2010

Методические указания по выполнению курсовой работы ”Определение элементов залегания и графическое построение рудоносного пласта по данным геологической разведки буровыми скважинами” предназначены для студентов дневного и заочного отделений специальности 0807 «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых» РГГРУ, а также студентов, обучающихся по дистанционной системе обучения.

Оглавление

Стр.

1. Введение 4

2. Основные определения и понятия 6

3. Изображение буровых скважин на чертеже 10

4. Содержание и оформление курсовой работы 12

5. Методические указания по выполнению курсовой работы 17

6. Литература 26

1. Введение

При обучении студента в техническом вузе большое внимание уделяется общеинженерной подготовке. Это способствует выпуску инженеров, хорошо владеющих математическими методами, обладающих развитым пространственным мышлением, умеющих выполнять расчетные и проектные работы, решать сложные инженерные задачи в условиях производственной деятельности, проводить научный эксперимент и творчески подходить к своей работе.

В то же время обучение студента общеинженерным дисциплинам должно вестись в постоянной связи с будущей его специальностью. Это способствует не только повышению эффективности усвоении общеинженерных дисциплин и закреплению полученных знаний, но также ведет к более глубокому изучению предметов по специальности, развивает творческую инициативу студента, способствует привлечению его к научной работе по профилю будущей специальности.

Ранее программой обучения студентов специальности 080700 “Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых” предусматривалось лишь изучение общего теоретического курса начертательной геометрии и курса технического черчения, характерных для многих технических вузов не машиностроительного профиля. С целью приблизить читаемый курс к задачам будущей специальности в него были включены небольшие разделы “Элементы залегания плоскости и метод определения их по чертежу”, “Изображение на комплексном чертеже буровых скважин” и др. Однако из-за недостатка учебного времени практическая проработка этих вопросов проводилась недостаточно.

В связи с этим для приобретения навыков графического решения задач по профилю будущей специальности студентам было предложено самостоятельно выполнить расчетно-графическое задание целевого назначения.

Курсовая работа “Определение элементов залегания и графическое построение рудоносного пласта по данным разведки буровыми скважинами” предназначена для закрепления знаний студентов, полученных при изучении курса “Инженерная графика”, а также для приобретения студентами навыков самостоятельных инженерно-графических построений в решении горно-геометрических задач из области разведочного бурения.

Инженер по технологии и технике разведочного бурения должен уметь составлять и читать чертежи буровых скважин, уметь обрабатывать данные буровой разведки и по ним составлять графическую информацию об элементах залегания рудоносных залежей, пластов.

В связи с этим в основу содержания курсовой работы заложены задачи, встречающиеся в работе инженера по бурению - построение изображений рудоносного пласта на основе данных буровой разведки и определение элементов его залегания, а также построение разреза по залежи.

В целях подчинения натурной ситуации учебным задачам в работе сделаны некоторые упрощения обстановки, имеющей место в действительности. В частности, количество скважин ограничено тремя, форма скважин в пространстве упрощена, в качестве рудного тела рассматривается наклонный пласт. С этой же целью задана не истинная величина зенитных углов, а их проекция на фронтальную плоскость

В содержании курсовой работы нашли отражение многие разделы теоретического курса “Инженерная графика”, в частности, прямоугольное проецирование точки, прямой линии и плоскости; взаимное положение точки и прямой, точки и плоскости, прямой и плоскости, двух прямых, двух плоскостей; определение истинной длины отрезка прямой по его проекциям, определение угла наклона плоскости и др.

Курсовая работа вызывает у студентов большой интерес к будущей профессии и дает им возможность убедиться в важности инженерной графики в предстоящей работе по специальности.

2. Основные определения и понятия

Для выполнения курсовой работы необходимо познакомиться с некоторыми специальными терминами и их определениями.

Точка заложения скважины - точка пересечения оси скважины с земной поверхностью.

Азимут скважины - угол, образованный вертикальными плоскостями, проходящими через магнитный или астрономический меридиан и через ось скважины. На чертеже азимут скважины в заданной точке ее оси измеряется на виде сверху /на плане/ между северным концом меридиана и проекцией оси скважины в направлении бурения. Азимут отсчитывается по часовой стрелке, изменяется по величине от 0^одо 360^о, в зависимости от положения скважины в пространстве. На горизонтальной плоскости проекций этот угол проецируется в истинную величину /рис.1/.

Зенитный угол скважины. Для искривленных скважин это - угол, образуемый вертикалью и касательной к оси скважины в данной точке. Для скважин с прямолинейной осью это - угол между вертикалью /горизонтально проецирующей прямой/ и осью скважины.

При проецировании на фронтальную плоскость проекций зенитный угол проецируется в истинную величину, если ось скважины расположена в пространстве параллельно этой плоскости, в остальных случаях зенитный угол проецируется на плоскость с искажением. Его величина на фронтальной проекции меньше истинной. Фронтальная проекция зенитного угла может располагаться влево или вправо от вертикали в зависимости от направления оси скважины /рис. 2/.

Угол наклона скважины - угол, образуемый касательной к оси скважины в данной точке и проекцией касательной на горизонтальную плоскость. Для скважин с прямолинейной осью это - угол образуемый осью и ее проекцией на горизонтальную плоскость /рис. З/.

Инклинограмма - проекция оси скважины на горизонтальную плоскость..

Инклинограмма обычно изображается в проекционной связи с профилем скважины

Профиль скважины - проекция оси скважины на вертикальную плоскость. В качестве плоскости проекций выбирают фронтальную плоскость. Проецирование может производиться и на другие вертикальные плоскости. Глубина скважины - расстояние между точкой заложения и забоем скважины по вертикали.

Длина скважины - расстояние между точкой заложения и забоем скважины по ее оси.

Пласт - геологическое тело однородное по своему петрогафическому составу и четко ограниченное почти параллельными поверхностями.

Мощность пласта - кратчайшее расстояние между двумя плоскостями, ограничивающими пласт.

Кровля пласта - верхняя плоскость, ограничивающая пласт.

Подошва пласта - нижняя плоскость, ограничивающая пласт.

Угол падения пласта - двугранный угол, образованный плоскостью кровли /или подошвы/ пласта и горизонтальной плоскостью. Этот угол измеряется величиной плоского угла, образованного линией падения плоскости кровли /или подошвы/ и проекцией этой линии на горизонтальную плоскость.

Геометрическая форма пласта, положение плоскостей кровли и подошвы показаны на рис. 4.

К элементам залегания пласта относят линию простирания, линию падения и угол падения. Положение линий простирания и падения устанавливается для плоскости кровли и определяется азимутами. Положение линии простирания находят построением горизонтали плоскости h. Линия падения u расположена в плоскости кровли перпендикулярно к линии простирания, то есть перпендикулярно к горизонталям /рис. 5/.

3. Изображение буровых скважин на чертеже

Размер буровой скважины в длину и ее диаметр обычно несоизмеримы. В связи с этим при изображении скважины в проекции на горизонтальную и вертикальную плоскости ее показывают одной линией, отображающей положение оси скважины.

Точка заложения скважины изображается на плане в виде двух концентрических окружностей /рис. 6/ или в виде одной окружности с точкой внутри. Так как скважина, пробуренная в массиве пород, невидима, то на чертеже она должна быть показана штриховой линией. Однако в целях наглядности на учебном чертеже в курсовой работе скважины показывают сплошной основной линией.

Изображения скважин на чертеже представляют собой графические модели скважин. Можно выделить два вида графических моделей скважин:

1) конструируемые графические модели; 2) натурные графические модели. Конструируемые модели определяют форму и параметры трассы будущей скважины. Скважина в натуре с большей или меньшей точностью отображает сконструированную графическую модель ее. Причиной этому служат изменения геологической ситуации, снижение качества бурения и т.п.

Натурные модели строят на основе информации, получаемой в процессе бурения об искривленности скважины, о длине отдельных ее участков. В связи с тем, что замер зенитных и азимутальных углов проводят периодически, через определенные интервалы по длине скважины, величину зенитного и азимутального углов определяют для каждого интервала как среднее из значений, полученных в начале и в конце интервала. В результате этого натурная графическая модель искривленной скважины выглядит на чертеже как прямая ломаная линия, заданная своими проекциями на горизонтальной и фронтальной плоскостях. Количество звеньев у ломаной линии определяется количеством интервалов по длине скважины. На рис. 7 приведены изображения скважины, трасса которой состоит из трех интервалов.

В зависимости от формы трассы скважины графическая модель ее может представлять как плоскую, так и пространственную линию. Эта линия может быть прямой, кривой, ломаной прямой или комбинированной, то есть состоять из нескольких различных по форме линий.

Все точки плоской линии лежат в одной плоскости. По отношению к плоскостям проекций эта плоскость может занимать различное положение /общее, проецирующее и даже положение плоскости уровня/. Плоская ломаная

линия, лежащая в горизонтально проецирующей или во фронтально проецирующей плоскости, проецируется как обычная прямая на горизонтальную или фронтальную плоскость соответственно /рис. 8/.

Точки пространственных линий /кривой или ломаной прямой/ не лежат в одной плоскости. Изображения пространственной ломаной линии приведены на рис. 9.

По условиям принадлежности точки к заданной плоскости проекции точки должны лежать на одноименных проекциях прямой, лежащей в плоскости. Из рис. 9 видно, что все точки, принадлежащие ломаной прямой, не лежат в одной плоскости. Это подтверждает, что изображенная на чертеже ломаная прямая - пространственная линия.

4. Содержание и оформление курсовой работы

Для выполнения курсовой работы студенту задаются сведения о расположении трех скважин и результатах бурения их с целью разведки рудоносного пласта. Эти сведения содержат:

1. прямоугольные координаты трех точек А, В и С заложения скважин на поверхности земли;

2. значения величин зенитных углов скважин в проекции на фронтальную плоскость;

3. глубины точек, ограничивающих длину каждого интервала скважины;

4. азимуты каждого интервала скважины;

5. глубины точек, в которых скважины пересекли плоскость кровли пласта;

6. глубину точки, в которой одна из скважин пересекла плоскость подошвы пласта.

В курсовой работе предлагается 10 вариантов задания. Вариант выбирается по последней цифре номера студенческого билета. В таблице 1 приведены исходные данные по каждому из 10 предлагаемых вариантов.

В процессе выполнения курсовой работы необходимо решить следующие задачи:

1. построить проекции точек K, L, M, P, Q, R пересечения скважинами плоскостей кровли и подошвы пласта и определить координаты этих точек;

2. построить проекции плоскостей кровли и подошвы пласта;

3. построить условные линии выхода кровли и подошвы пласта на поверхность;

4. определить элементы залегания рудоносного пласта - азимуты падения и простирания, угол падения, мощность пласта;

Исходные данные курсовой работы

Таблица 1.

Ва- ри- ант	Точка Заложения Скважины	Координаты точек заложения			Точка пересечения скважиной кровли пласта и ее глубина, м	Пределы измерения глубины скважины по интервалам, м	Величина фронтальной проекции зенитного угла по длине интервала, град	Азимут скважины по длине интервала, град	Глубина точки Р пересечения скважины с подошвой пласта, м
		X	Y	Z
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	A B C	130 100 50	110 180 40	250 250 250	K/60 L/140 M/115	0 - 100 0 - 70 70 - 220 0 - 70 70 - 150	лев. 22 прав. 8 прав. 15 лев. 41 лев. 53	207 12 45 276 260	81 - -
2	A B C	220 120 140	200 130 30	250 250 250	K/90 L/140 M/50	0 - 70 70 - 150 0 - 115 115 - 210 0 - 150	лев. 9 лев. 19 прав. 10 прав. 21 лев. 20	300 300 158 130 199	- 190 -
3	A B C	310 160 45	110 165 125	270 270 270	K/200 L/60 M/120	0 - 90 90 - 270 0 - 100 0 - 40 40 - 250	прав. 12 прав. 20 прав. 18 лев. 7 лев. 12	135 140 16 186 210	- 80 -
4	A B C	260 160 90	75 67 155	250 250 250	K/160 L/60 M/110	0 - 120 120 - 250 0 - 140 0 - 80 80 - 200	лев. 9 лев. 26 лев. 15 лев. 37 лев. 28	248 278 315 236 277	- 110 -
5	A B C	340 290 130	80 30 200	250 250 250	K/180 L/120 M/80	0 - 110 110 - 250 0 - 110 110 - 170 0 - 50 50 - 140	прав. 16 прав. 22 прав. 15 прав. 48 прав. 22 прав. 14	99 120 125 99 50 27	- 160 -
Продолжение таблицы 1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
6	A B C	170 100 50	160 170 140	260 260 260	K/70 L/160 M/140	0 - 160 0 - 160 160 - 250 0 - 110 110 - 220	лев. 28 лев. 10 лев. 26 лев. 10 лев. 21	270 230 255 338 323	- - 210
7	A B C	190 150 60	50 110 70	260 260 260	K/100 L/120 M/200	0 - 80 80 - 140 0 - 80 80 - 170 0 - 140 140 - 250	лев. 22 лев. 41 прав. 7 прав. 14 лев. 8 лев. 18	244 244 149 164 247 222	130 - -
8	A B C	330 280 210	140 170 160	260 260 260	K/140 L/160 M/70	0 - 110 110 - 220 0 - 160 160 - 250 0 - 160	прав. 10 прав. 21 прав. 10 прав. 26 прав. 28	22 36 129 105 90	- - 150
9	A B C	315 200 50	120 160 105	270 270 270	K/120 L/60 M/200	0 - 40 40 - 250 0 - 100 0 - 90 90 - 270	прав. 7 прав. 12 лев. 18 лев. 12 лев. 20	174 150 344 225 220	- 80 -
10	A B C	250 90 40	210 40 90	260 260 260	K/80 L/120 M/180	0 - 50 50 - 140 0 - 110 110 - 170 0 - 110 110 - 250	лев. 22 лев. 14 лев. 15 лев. 48 лев. 16 лев. 22	310 333 235 261 261 240	- - 240

5. определить истинную длину каждой скважины от устья до точки пересечения с подошвой пласта;

6. построить вертикальный разрез по линии падения пласта с нанесением скважин и точек пересечения скважинами кровли и подошвы пласта.

Курсовая работа выполняется на чертежной бумаге формата А1 тушью. Масштаб изображений 1:1000. На листе бумаги вначале следует провести линию формата, а затем линию рамки. С левой стороны чертежа линия рамки проводится на расстоянии 20 мм от линии формата, а с трех других сторон - на расстоянии 5 мм от нее. Толщина линии рамки 0,8 мм. В правом нижнем углу чертежа размещают основную надпись, содержание и размеры которой приводятся на рис. 10.

Все надписи, буквенные обозначения и цифры выполняются чертежными шрифтами. Буквенные и цифровые обозначения точек выполняются шрифтом 5, для обозначения прямых используют строчные буквы. Расположение центра координатных осей и таблицы полученных данных показано на рис. 11. Шкала глубин наносится вдоль оси Z. При проведении шкалы глубин принимается, что поверхность земли имеет нулевую отметку, поэтому уровень земной поверхности на фронтальной проекции устанавливают на уровне точек заложения скважин.

5. Методические указания по выполнению курсовой работы

Рекомендуется следующая последовательность выполнения курсовой работы и решения задач, входящих в нее.

1. По заданным координатам строят горизонтальные и фронтальные проекции точек А, В, С. Известно, что горизонтальная проекция точки определяется координатами X;Y, а фронтальная - координатами X и Z.

2. По заданным значениям фронтальных проекций зенитных углов и указанному их положению относительно вертикали /левый, правый/ строят фронтальные проекции участков скважины по интервалам. Проекция зенитного угла откладывается вправо или влево от вертикали, проведенной через начальную точку интервала. Для всего интервала скважины значение зенитного угла остается постоянным. В большинстве заданий две скважины из трех содержат по два интервала, то есть, использованы замеры зенитного и азимутального углов этих скважин в двух точках. Третья скважина имеет постоянные значения этих углов по всей длине. В некоторых вариантах заданий все три скважины содержат по длине два интервала и значения зенитных углов на этих интервалах различны. Конечную точку интервала находят способом, указанным на рис. 12.

3. Проводят построение горизонтальных проекций скважин по заданным азимутам скважин и их фронтальным проекциям. Направление с юга на север принимают на чертеже параллельным короткой стороне формата. Азимут первого интервала скважины откладывают от северного конца меридиана, проведенного через точку заложения скважины, например, через точку А₁, отметив указанное направление скважины на плане, строят горизонтальную проекцию первого интервала. Для построения горизонтальной проекции конечной точки интервала проводят линию связи от фронтальной ее проекции. Затем по аналогии строят проекции второго интервала скважины, откладывая его азимут из

конечной точки первого интервала /см. рис. 12/. Подобным образом строят проекции и двух других скважин.

4. На фронтальных изображениях скважин отмечают точки K₂, L₂ и M₂ пересечения скважин с плоскостью кровли пласта, пользуясь данными об их глубине.

5. Из найденных фронтальных проекций точек K, L, M проводят линии связи и показывают горизонтальные проекции этих точек на горизонтальных проекциях скважин.

6. Приступают к построению точек пересечения скважинами подошвы пласта. По данным задания известна глубина точки R, в которой одна из скважин пересекла подошву пласта. Глубина двух других точек неизвестна. Построение точки R начинают с фронтальной проекции, которую находят на пересечении горизонтальной линии, проведенной через точку шкалы с указанной глубиной, и фронтальной проекции скважины, которой принадлежит точка R. Затем с помощью линии связи находят горизонтальную проекцию этой точки. Для построения точек P и Q пересечения двух других скважин с плоскостью подошвы пласта дважды решают задачу на пересечение прямой линии с плоскостью. Так как плоскость подошвы параллельна плоскости кровли пласта, заданной точками K, L, M, то она может быть задана на чертеже двумя пересекающимися в точке R прямыми, параллельными двум пересекающимся прямым кровли. Эти прямые можно построить, соединив попарно точки K, L, M, принадлежащие кровле. Как известно, алгоритм задачи на пересечение прямой линии с плоскостью состоит из следующих операций:

а) через прямую проводят вспомогательную плоскость частного положения /в большинстве вариантов - проецирующую/;

б) строят линию пересечения вспомогательной плоскости с заданной;

в) отмечают общую точку для найденной линии пересечения и заданной прямой /рис. 13/.

7. Определяют координаты полученных построениями точек K, L, M, P, Q, R. Полученные значения координат заносят в таблицу.

8. Определяют истинную длину каждой скважины от точки заложения до точки пересечения с плоскостью подошвы пласта. Для этого определяют длину каждого интервала в натуре по его проекциям, используя метод прямоугольного треугольника. Сведения о длине скважин также заносят в таблицу.

9. Производят определение элементов залегания пласта. К элементам залегания относят: линию простирания, линию падения, угол падения, а также мощность пласта. Положение линии простирания в пространстве определяется азимутом, а положение линии падения - азимутом и углом ее падения. Мощность пласта (истинная) измеряется отрезком перпендикуляра, опущенного из какой-либо точки плоскости кровли на плоскость подошвы. Горизонтальная мощность определяется кратчайшим расстоянием между линиями пересечения плоскостей кровли и подошвы пласта с горизонтальной плоскостью.

Для определения элементов залегания пласта в плоскости кровли проводят две горизонтали на расстоянии 20 - 40 м по глубине. Известно, что положение линии простирания плоскости совпадает с положением ее горизонтали. Положительным направлением простирания считается то, от которого падение направлено вправо. Азимут простирания измеряется на горизонтальной плоскости проекций от северного конца меридиана до положительного направления линии простирания /рис. 14/. Линию падения проводят через точку, в которой производили замер азимута простирания. На горизонтальной плоскости проекция линии падения будет расположена перпендикулярно к линии простирания и, соответственно, к горизонталям плоскости кровли. Для построения фронтальной проекции линии падения необходимо также отметить точку пересечения ее со второй горизонталью плоскости кровли. Методом прямоугольного треугольника определяют длину отрезка линии падения и одновременно угол ее наклона к горизонтальной плоскости. Этот угол будет равен углу наклона плоскости кровли и углу падения пласта.

Рис. 14

Истинная мощность пласта определяется позднее на разрезе пласта вкрест простирания.

10. Выполняют ряд графических операций с целью построения линий условного выхода плоскостей кровли и подошвы пласта на земную поверхность. Эти линии - результат пересечения плоскостей кровли и подошвы с земной поверхностью, которая представлена в задании горизонтальной плоскостью.

На фронтальной плоскости продолжают ранее проведенную линию падения кровли пласта до пересечения с земной поверхностью, отмечают точку пересечения и находят ее горизонтальную проекцию. Через эту проекцию точки проводят параллельно горизонталям кровли линию условного выхода плоскости кровли на земную поверхность /рис. 15/.

Подобные построения проводят и на плоскости подошвы пласта и получают проекции линии условного выхода плоскости подошвы. Линии условного выхода проводят штрих пунктирными тонкими. Кратчайшее расстояние между этими линиями на плане является горизонтальной мощностью пласта.

11. На этой стадии выполнения работы приступают к построению разреза вкрест простирания пласта. Это - разрез вертикальной плоскостью, расположенной перпендикулярно к линии простирания пласта. Положение секущей плоскости на виде сверху выбирается таким образом, чтобы скважины находились перед секущей плоскостью.

Построение разреза ведется по обычным правилам. Особенностью этого разреза является то, что невидимые контуры скважин, не находящихся в плоскости разреза, условно показываются сплошной основной линией. Для удобства чтения разрез изображается в повернутом виде. Сначала горизонтальные проекции отдельных точек на плане переносят на линию разреза (линии связи проводят под прямым углом к плоскости разреза), а затем переносят их непосредственно на разрез. Затем на разрезе откладывают вертикальную глубину каждой точки и отмечают ее положение на нем /рис. 16/.

При правильно выполненном разрезе точки пересечения скважин с кровлей и подошвой пласта находятся на проекциях скважин и одновременно на проекциях кровли и подошвы, которые изображаются на разрезе в виде двух параллельных линий. При этом глубина точек на разрезе должна быть равна глубине соответствующих точек на фронтальной проекции.

Изображение пласта в разрезе может быть тонировано с помощью цветных карандашей. Рекомендуемые цвета тонирования – розовый, оранжевый, коричневый. Площадь разреза, ограниченная линиями кровли и подошвы, раскрашивается неярким ровным тоном, после чего растирается кусочком ваты.

12. На разрезе измеряется угол падения пласта, а также его истинная мощность. Эти данные заносятся в таблицу. Размеры таблицы приведены на рис. 17.

13. Выполненный в карандаше чертеж обводится тушью.

14. Заполняется основная надпись, выполняются все другие надписи. Обозначение земной поверхности выполняется в соответствии с ГОСТ 2.306-68. Общий вид законченной курсовой работы показан на рис. 18.

Литература

1. В.А. Букринский. Геометрия недр. М., “Недра”, 1985.

2. А.Г. Калинин, Б.А. Никитин, К.М. Солодкий, А.С. Повалихин. Профили направленных скважин и компоновки низа бурильных колонн. М., “Недра”, 1995.

3. Е.А. Козловский. Оптимизация процесса разведочного бурения. М., “Недра”, 1975.

4. Г.Г. Ломоносов. Инженерная графика. М., “Недра”, 1984.

5. Г.И. Лукинский, Б.М. Ребрик. Методические указания к выполнению курсовой работы по инженерной графике (для студентов, обучающихся по специальности 0108). М., МГРИ, 1983.

6. Г.И. Лукинский, Б.М. Ребрик. О классификации графических моделей буровых скважин. Сб. “Технология и техника геологоразведочных работ”. М., МГРИ, 1978.

7. С.С. Сулакшин. Закономерности искривления и направленное бурение геологоразведочных скважин. М., “Недра”, 1966.

28

2

27

3

26

4

25

5

24

6

23

7

22

8

21

9

20

10

19

11

18

12

17

13

16

14

15