Обоснование и разработка методического обеспечения георадиолокационного мониторинга укрепляемых оснований горнотехнических сооружений

• Автор: Никулин, Николай Юрьевич
• Шифр специальности: 25.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. ПРОБЛЕМА КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ И ПРОГНОЗА УСТОЙЧИВОСТИ ГРУНТОВЫХ МАССИВОВ В ОСНОВАНИЯХ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
1.1. Нарушение устойчивости грунтовых массивов при строительстве и эксплуатации горнотехнических сооружений

1.2. Методы управления состоянием неустойчивых грунтов

1.3. Методы контроля состояния и свойств грунтовых массивов при их укреплении

1.3.1. Классификация методов геоконтроля

1.3.2. Геолого-маркшейдерские и геофизические методы

1.3.3. Электромагнитный мониторинг

1.3.4. Георадиолокация

1.4. Выводы, цель и задачи исследования
2. ОБОСНОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА ГЕОРАДИОЛОКАЦИИ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ РАДАРОГРАММ
2.1. Исследование электромагнитных свойств грунтовых массивов в радиоволновом диапазоне
2.2. Обоснование частотного диапазона георадиолокации
2.3. Разработка методики количественной интерпретации радарограмм 54 Выводы
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РАДАРОГРАММ ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИИ ОСЛАБЛЕННЫХ ЗОН
В ОСНОВАНИЯХ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
3.1. Разработка общего алгоритма комплексной интерпретации радарограмм
3.2. Обоснование методик комплексной интерпретации радарограмм с учетом данных геологических изысканий

3.3. Обоснование методик комплексной интерпретации радарограмм с учетом данных вертикальных электрических зондирований
3.4. Обоснование методик комплексной интерпретации радарограмм с
учетом данных статических зондирований
Выводы
4. ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ УКРЕПЛЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВЫХ ЗОН ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ МЕТОДАМИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ И ВЫСОКОНАПОРНОЙ ИНЪЕКЦИИ
4.1. Обоснование критериев георадиолокационного контроля при укреплении методом электрохимического закрепления
4.2. Обоснование критериев георадиолокационного контроля при укреплении методом высоконапорной инъекции
4.3. Внедрение результатов исследований в практику горностроительных работ
Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Акт внедрения в ОАО «УК «Кузбассразрезуголь»
Приложение 2. Акт внедрения в ОАО «Евразруда»
Приложение 3. Титульный лист методического документа
Приложение 4. Диплом международной выставки-ярмарки «Экспо-уголь»

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
При строительстве и эксплуатации технических сооружений на предприятиях горнодобывающей и смежных отраслей в ряде случаев возникают опасные деформационные процессы в грунтовых основаниях, приводящие к аварийному состоянию объектов. Подобные ситуации имели место на разрезах ’’Кедровский”, ’’Барзасский”, ’’Моховский”, ’’Краснобродский”, шахте ’’Заречная”. Для управления состоянием неустойчивых грунтов применяют комплекс методов, наибольшее распространение из которых нашел метод высоконапорной инъекции (ВНИ) цементно-песчанных растворов, технологически включающий стадии частичного гидроразрыва массива и последующее заполнение этой зоны укрепляющей смесью. Весьма перспективно и рядом организаций исследуются возможности применения в малопроницаемых грунтах метода электрохимического закрепления (ЭХЗ), основанного на электроосмотическом насыщении массива гелеобразующим и твердеющим химическим раствором.
Эффективное применение данных технологий требует мониторинга состояния и свойств массива горных пород на основных стадиях укрепления: определение расположения и размеров аномальных неустойчивых зон; контроль процессов обработки массива; оценка качества закрепления и степени соответствия свойств укрепленного массива проектным требованиям. Существующий комплекс геолого-маркшейдерских и геофизических методов в целом обеспечивает решение данных задач, однако эти методы остаются весьма трудоёмкими, недостаточно оперативными и информативными. Попытки решения данной проблемы привели к созданию теоретической, методической и аппаратурной базы георадиолокации.
Работа георадара основана на приёме и компьютерной обработке электромагнитного сигнала, отраженного от границ сред в диапазоне частот />10 МГц. Функциональные возможности программного комплекса георадиолокации обеспечивают построение радарограммы, структура и цветовая палитра которой отражает строение и электромагнитные свойства исследуемого массива.

Величина принимаемого отраженного сигнала может быть определена из выражения [83]:
где А - величина сигнала, отраженного на глубине И; Е0 - величина зондирующего сигнала; К/, - коэффициент отражения электромагнитной волны от границы основного слоя на глубине; К, - коэффициент отражения от промежуточных г'-х слоев (г = 1 ... п);
В - удельное затухание сигнала в проводящей немагнитной среде, дБ/м:
а - постоянная, зависящая от рабочей частоты и времени установления поляризации среды; р - эффективное удельное электросопротивление среды, Ом-м; є - эффективная относительная диэлектрическая проницаемость среды.
Основными функциональными характеристиками георадарных устройств являются глубинность и разрешающая способность зондирований.
Глубинность зондирования И определяется рядом факторов, описываемых уравнением:
где Р0 - излучаемая мощность, Вт; N - число накоплений при регистрации полезного сигнала; к - постоянная Больцмана; Т - температура, °С; Д/- полоса пропускания приемного устройства, Гц; К0 - коэффициент отражения от границы "порода-воздух"; с - конструктивная постоянная, определяющая эффективную площадь антенны; - центральная рабочая частота, Гц; ЬфН) - функционал, определяющий потери на поглощение электромагнитной энергии за счет токов проводимости; р - коэффициент поглощения, рас-
(1.4)
(1.5)
(1.6)
(1.7)