Разработка комплексного геофизического метода для выбора места заложения скважин геомеханических измерений и контроля процесса их бурения

• Автор: Хмелинин, Алексей Павлович
• Шифр специальности: 25.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Обзор методов оценки напряженного состояния и физико-механических свойств породных массивов.

Цель работы и задачи исследований

1.1. Геомеханические методы определения напряжённого состояния породных массивов

1.2. Геофизические методы определения напряжённого состояния породных массивов и их физико-механических свойств
1.3. Георадиолокационный метод и аппаратура для проведения экспериментов. Области применения в горном деле
1.4. Акустический метод определения координат источника ударного воздействия на породный массив

1.5. Цель работы и задачи исследований

Глава 2. Глубинность георадиолокационного метода при проведении геомеханического контроля состояния
подземных горных выработок с железобетонной крепью
2.1. Электрические параметры геосред, их классификация и частотная зависимость
2.2. Оценка предельной дальности обнаружения арматуры в железобетонной крепи горной выработки георадиолокационным методом
2.3. Влияние нарушенности и влажности массива вмещающих пород в зоне контакта «крепь - массив» на глубинность георадиолокационного метода
Выводы
Глава 3. Применение метода георадиолокации для выбора мест заложения скважин геомеханических измерений
3.1. Обоснование применимости метода георадиолокации для выбора мест заложения скважин геомеханических измерений

3.2. Разработка методики георадиолокационного обследования железобетонной крепи подземных горных выработок на наличие в ней механических неоднородностей
3.3. Апробация методики георадиолокационного обследования в реальных условиях горного производства
3.4. Обработка и анализ результатов натурного эксперимента
Выводы
Глава 4. Разработка технических средств контроля процесса бурения измерительных скважин
4.1. Разработка алгоритма и основанного на нем технического средства для определения пространственных координат ударного породоразрушающего инструмента
4.2. Апробация алгоритма в натурных условиях. Выбор измерительной аппаратуры
4.3. Результаты испытаний многоканальной акустической измерительной системы в натурных условиях
4.4. Разработка технического средства для определения направления поворота рабочего органа относительно оси его движения
Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение А: Георадар SIR-3000: технические параметры,
комплектация
Приложение Б: Многоканальный измерительный комплекс PULSE: технические параметры, комплектация
Приложение В: Табличные и иллюстративные материалы натурных экспериментов
Приложение Г: Документы, разработанные в рамках выполнения диссертации

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Проходка скважин широко используется в горном деле и строительстве не только для технологических целей при добыче полезных ископаемых, но и для диагностики и контроля напряжённо-деформированного состояния массивов горных пород, получения непосредственной информации об их физикомеханических свойствах. Велика роль такого рода информации для оценки остаточного ресурса крепей капитальных горных выработок - весьма важных подземных сооружений, отвечающих за устойчивость горных выработок в условиях повышенного горного давления или в ослабленных зонах тектонических нарушений породных массивов.
Так, для оценки, например, остаточного ресурса железобетонной крепи необходима информация о прочностных свойствах бетона, которые обычно определяются на основе лабораторных испытаний кернов на растяжение и сжатие, а также о действующих в крепи напряжениях. Бурение специальных скважин геомеханических и горно-геофизических измерений позволяет наиболее точно оценить действующие в крепи и окрестном породном массиве напряжения. При пересчете результатов измерений в значения действующих напряжений, как правило, предполагается, что исследуемый участок крепи представляет собой сплошную, изотропную, линейноупругую, однородную геосреду. Однако, наличие естественных и искусственных механических неоднородностей (пустоты, зоны разуплотнения, металлическая арматура) в местах проведения инструментальных геомеханических измерений может искажать получаемые результаты. Это, в свою очередь, может повлиять на достоверность экспериментальных данных и, как следствие, вызвать ошибки в проектных расчетах. Поэтому выбор места заложения измерительных скважин при исследовании НДС сплошных бетонных и железобетонных крепей является актуальной научной задачей.

жинами, между выработкой и скважиной, между земной поверхностью и скважиной или подземной выработкой [11,39].
Методы радиоволнового профилирования включают в себя так называемый радиокомпарационный метод (метод радиокип), при котором в качестве источника электромагнитных волн используются широковещательные длинноволновые станции или специальные сверхдлинноволновые радиостанции морской навигации и связи. Частотный диапазон таких станций соответствует значениям 120-450 кГц (длинноволновые) и 10-25 кГц (сверхдлинноволновые). Измеряются, как правило, различные составляющие напряженности магнитного поля с использованием рамочных антенн (Нф, Н2, Нв, а), а также электрические составляющие (Ец, Ех и Еу) с помощью изолированных или заземленных на концах электрических линий длиной до 20 м. Шаг профилирования при наземных наблюдениях изменяется от 5 до 50 м, при подземных исследованиях в среднем составляет 10 м [11].
При применении радиокомпарационной съемки выделяются контакты пород, зоны тектонических нарушений, зоны высокоомных тел (кварцевых жил), наличие рудных и нерудных полезных ископаемых. Глубинность метода в пределах от 10 до 100 м в районах со спокойным рельефом и маломощными покровными отложениями [11,46].
Радиоволновое зондирование, применяемое в высокочастотных электромагнитных методах (от 1 - 20 МГц и выше), используется для изучения слоистого разреза массива пород на глубинах от нескольких метров до нескольких десятков метров. В методах РВЗ источник и приемник электромагнитного поля располагаются на одной поверхности. При наличии отражающей поверхности приемник будет регистрировать две группы волн: прямую (поверхностную) волну, распространяющуюся вдоль поверхности наблюдения, и отраженную от границы раздела волну. Данные волны интерферируют друг с другом и образуют общий сигнал, регистрируемый приемной антенной [11].
Основным информационным параметром при проведении измерений в данном методе является время распространения отраженной от границы раздела сред электромагнитной волны. Определяя время распространения отраженной волны и фик-