Электрометрические исследования свойств и состояния горных пород
Приведено результати теоретичних та експериментальних електрометричних досліджень властивостей і стану гірських порід. Results of theoretical and experimental electrometric investigations of the rock′s properties and state are represent....
Saved in:
| Published in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2004
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87304 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Электрометрические исследования свойств и состояния горных пород / Т.А. Паламарчук, А.С. Гребенкина // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 61-67. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87304 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Паламарчук, Т.А. Гребенкина, А.С. 2015-10-17T08:11:30Z 2015-10-17T08:11:30Z 2004 Электрометрические исследования свойств и состояния горных пород / Т.А. Паламарчук, А.С. Гребенкина // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 61-67. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87304 550.8.07:622.02 Приведено результати теоретичних та експериментальних електрометричних досліджень властивостей і стану гірських порід. Results of theoretical and experimental electrometric investigations of the rock′s properties and state are represent. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Электрометрические исследования свойств и состояния горных пород Electrometric investigations of the rock′s properties and state Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Электрометрические исследования свойств и состояния горных пород |
| spellingShingle |
Электрометрические исследования свойств и состояния горных пород Паламарчук, Т.А. Гребенкина, А.С. |
| title_short |
Электрометрические исследования свойств и состояния горных пород |
| title_full |
Электрометрические исследования свойств и состояния горных пород |
| title_fullStr |
Электрометрические исследования свойств и состояния горных пород |
| title_full_unstemmed |
Электрометрические исследования свойств и состояния горных пород |
| title_sort |
электрометрические исследования свойств и состояния горных пород |
| author |
Паламарчук, Т.А. Гребенкина, А.С. |
| author_facet |
Паламарчук, Т.А. Гребенкина, А.С. |
| publishDate |
2004 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехнічна механіка |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Electrometric investigations of the rock′s properties and state |
| description |
Приведено результати теоретичних та експериментальних електрометричних досліджень властивостей і стану гірських порід.
Results of theoretical and experimental electrometric investigations of the rock′s properties and state are represent.
|
| issn |
1607-4556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87304 |
| citation_txt |
Электрометрические исследования свойств и состояния горных пород / Т.А. Паламарчук, А.С. Гребенкина // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 61-67. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT palamarčukta élektrometričeskieissledovaniâsvoistvisostoâniâgornyhporod AT grebenkinaas élektrometričeskieissledovaniâsvoistvisostoâniâgornyhporod AT palamarčukta electrometricinvestigationsoftherockspropertiesandstate AT grebenkinaas electrometricinvestigationsoftherockspropertiesandstate |
| first_indexed |
2025-11-24T11:37:32Z |
| last_indexed |
2025-11-24T11:37:32Z |
| _version_ |
1850845455209988096 |
| fulltext |
61
УДК 550.8.07:622.02
Т.А. Паламарчук, А.С. Гребенкина
ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ
И СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Приведено результати теоретичних та експериментальних електрометричних досліджень
властивостей і стану гірських порід.
ELECTROMETRIC INVESTIGATIONS
OF THE ROCK′S PROPERTIES AND STATE
Results of theoretical and experimental electrometric investigations of the rock′s properties and
state are represent.
Электрометрические методы основаны на известном явлении зависимости
электропроводимости горных пород от величины механических напряжений,
трещиноватости, пористости, влажности, температуры горных пород, их плот-
ности и минералогического состава [1-3].
С учетом особенностей горной геофизики разработаны теоретические осно-
вы электрометрического контроля состояния плоскопараллельных породных
структур. Получена аналитически связь между кажущимся электрическим со-
противлением горных пород или любого другого объекта геотехнических сис-
тем и их влажностью, пористостью, механическими напряжениями, деформа-
ционными параметрами, а значит и трещиноватостью среды.
Такой теоретический подход позволяет оценить основные влияющие факто-
ры на электрическое сопротивление геоматериалов при отработке методики их
диагностики в различных условиях.
Для горных пород различной степени влажности с учетом начальных на-
пряжений в породном массиве, при условии некоторых допущений, получены
следующие выражения для определения удельного электрического сопротивле-
ния для слоев горных пород с коэффициентом водонасыщения, меньшим 0,8:
2
1
2
1
2
3
2
1
2
1
1
20
0
1
3
16
γ
σ
π
σ
ρρ
ρ
e
ii
jj
вc
i
W
E
K
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
±
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
±
= , (1)
а для горных пород с коэффициентом водонасыщения, большим 0,8 −
62
2
1
2
1
2
1
0
20
2
3
0
1
3
112,1
m
E
K
ii
jj
вc
i
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ σ
±π
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛ σ
±ρρ
=ρ , (2)
где вρ , cρ − удельные электрические сопротивления воды в порах и в минераль-
ном скелете соответственно; We – влажность горных пород на единицу сухой
массы в долях единицы; γ1 – отношение удельного веса горных пород к удельно-
му весу воды; m0 – пористость горных пород; (по индексу i нет суммирования).
Из полученного решения следует, что на величину удельного электрическо-
го сопротивления оказывает влияние как объемное напряженное состояние, так
и величина напряжений, действующих в направлении, в котором производятся
замеры.
С целью выявления зависимости удельного электрического сопротивления
от открытой пористости или трещиноватости геосреда рассмотрена как систе-
ма, состоящая из твердой, жидкой и газообразной фаз. Так как выражения, по-
лученные при точном решении задачи, весьма громоздки, то, приняв ряд допу-
щений, получено уравнение:
132 )1(1
−
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
ρ
−
−
ρ
−
=ρ
в
nn
н
n
ni
mmm , (3)
где ρн – удельное электрическое сопротивление ненарушенного горного массива;
mn – открытая пористость или степень трещиноватости исследуемого участка.
Из приведенного уравнения следует, что зависимость удельного электриче-
ского сопротивления среды от пористости изменяется по гиперболическому за-
кону, что совпадает с результатами экспериментальных исследований (погреш-
ность не превышает 17 %) (рис. 1).
Изменения структуры геоэлектрического разреза вокруг горных выработок,
вызванные влиянием горного давления, изучают с помощью комплекса методов
подземного электрического зондирования (ПЭЗ) и электрокаротажа скважин.
Подземное электрическое зондирование осуществляется в горных выработках
измерительными установками различных видов, при этом изучается изменение
сопротивления горных пород на глубину.
При наличии скважин в горных выработках появляется возможность уточ-
нения результатов ПЭЗ, проведенных на поверхности выработки. Скважинное
исследование методом кажущегося сопротивления основано на расчленении
пород по сопротивлению. Метод аналогичен электрическому профилированию
методом сопротивлений при наземной электроразведке.
Диаметр шпура при электрометрическом контроле в зависимости от бурово-
го оборудования находится в пределах от 42 до 59 мм, длина шпура должна
63
быть от 2 до 20 м и более. Разнос питающих электродов при профилировании
должен составлять порядка 0,5 м.
○ − данные по отдельным образцам; ● − средние значения
Рис. 1 – Зависимость удельного электрического сопротивления интрузивных
и эффузивных пород от пористости:
Графическое представление результатов измерений, выполненных в выра-
ботках с открытой почвой, показано на рис. 2. Ломаные 1, 2, 3, 4 характеризуют
изменение ρk на различных участках и вглубь массива. Ломаные 1 и 2 получены
по осевой линии выработки с высокой степенью увлажнения и уплотнения.
Значения ρk на этом участке невысокие. Со смещением в один метр к стенке
выработки пройден профиль, измерения по которому отражает ломаная 3. От-
мечается увеличение сопротивления. На удалении 0,8-1,2 м от стенки выработ-
ки по длине участка был проложен профиль 4. Как видно из графика, на этом
участке наибольшая величина ρk, что свидетельствует о максимальной нару-
шенности (трещиноватости) пород в этой области. Аналогичный характер изме-
нения ρk прослежен в полевой магистральной конвейерной выработке: ломаная 7
отражает состояние пород на уплотненном, ненарушенном участке выработки, а
ломаные 5 и 6 характеризуют изменение ρk у стенки выработки (0,5-0,8 м) [4].
Анализ показывает, что величина удельного электрического сопротивления
изменяется как по ширине выработки, так и вглубь массива. Важный вывод: ρk
возрастают от продольной оси выработки к ее стенке в 4-8 раз, что достаточно
надежно характеризует состояние пород почвы. Таким образом, зона макси-
мальной нарушенности пород смещается от центра выработки к ее стенкам. На
64
исследованных участках ее ширина составляет 0,2-0,3ширины выработки.
участки измерений: 1, 2, 3, 4 – в Северном обходном квершлаге гор. 1550 м;
5, 6, 7 – в магистральной конвейерной полевой выработке;
8 – в заезде на людском ходке уклона №2 (Шахта "Горняк")
Рис. 2. – Пример графического представления результатов измерений, выполненных
в выработках с открытой почвой
Для количественной оценки трещиноватости удобно воспользоваться также
коэффициентом разрыхления горных пород [3,5], который определяется по
формуле
З
a
pK
ρ
ρ−β
+=
lg
lglg1 , (4)
где ρ – измеряемое удельное электросопротивление; ρа – удельное электросо-
противление ненарушенной среды; ρЗ – удельное электросопротивление запол-
нителя трещин.
Для анализа глубины развития зон нарушенности (трещиноватости) в поро-
65
дах почвы по результатам измерений, используя формулу (4), вычислены коэф-
фициенты трещиноватости (Kp), приведенные в табл. 1.
Таблица 1 – Значение коэффициента разрыхления
Глубина зондирования, м
Участок 0,75 1,00 1,25 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
Магистральная
выработка
1,14 1,17 1,20 1,15 1,07 1,10 1,09 1,08
Обходной квер-
шлаг
1,16 1,17 1,18 1,13 1,11 1,08 1,08 1,07
В качестве примера интерпретации результатов электрометрических измере-
ний представлено графическое изменение коэффициента разрыхления (трещино-
ватости) (рис. 3) [6].
Рис. 3 – Графическое представление характера изменения коэффициента
разрыхления (трещиноватости):
Из графика видно, что снижение Kp с увеличением глубины зондирования мас-
сива носит гиперболический характер. Совместный анализ графиков (рис. 3) и
данных табл. 1 свидетельствует, что зона максимального расслоения пород на ис-
следуемых участках достигает глубины 1,5-2,0 м. На графиках (рис. 3) при значе-
нии AB/2, равном двум метрам, можно отметить границу стабилизации кажуще-
гося электрического сопротивления, вызванного трещиноватостью. За этим пре-
делом прослеживается выполаживание ломаных линий, и значения ρk можно ин-
терпретировать как величины физического показателя, имманентно присущие
данному типу пород, находящихся в естественном залегании. Подтверждением
сказанному является тенденция изменения Kp в диапазоне глубин 1-2 м (рис. 3).
66
Резкое снижение Kp отмечается на глубине 2-2,5 м. Можно утверждать, судя по
рис. 3, что зона раздела весьма нарушенных пород и близких к естественному со-
стоянию находится на глубине 1,75-2,5 м, породы в этой зоне можно характеризо-
вать как связно-нарушенные, разрыхленные и разупрочненные.
Электрометрические исследования процессов разрушения в породном мас-
сиве при ведении различных горных пород позволили доказать высокую сте-
пень работоспособности метода для определения зон концентрации напряже-
ний, повышенной трещиноватости вблизи камер, одиночных, сближенных и
очистных выработок. Установлено, что зона концентрации напряжений в выра-
ботках с устойчивой кровлей находится ближе к контуру выработки по сравне-
нию с разрушенными зонами. Величина зон концентраций напряжений вблизи
сопряженных выработок превосходит величину зоны вблизи одиночной, про-
исходит сложение напряжений, наблюдается как бы их интерференция. Ста-
бильная разница в величинах электросопротивления между левыми и правыми
сторонами выработки, также как и при виброакустическом контроле, свиде-
тельствует о влиянии посторонних, постоянно действующих сил: геотектоники,
очистных работ, зон неоднородностей массива.
Результаты натурных электрометрических измерений подтверждают волно-
вую природу распределения зон повышенной трещиноватости массива вблизи
горных выработок и возникновение процессов самоорганизации в породном
массиве при ведении горных работ (рис. 4).
Рис. 4. – Характерные зависимости кажущегося удельного электросопротивления
от расстояния к контуру горизонтальной выработки
67
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глушко В.Т., Ямщиков В.С., Яланский А.А. Геофизический контроль в шахтах и тоннелях. – М.: Недра,
1987. – 278 с.
2. Методика электрометрического экспресс-контроля образцов и массива без их механической обработки /
Б.М. Усаченко, А.А. Яланский, Т.А. Паламарчук, О.А. Терешкова и др. // Металлургическая и горнорудная
промышленность. – 1993. – №4. – С. 26-29.
3. Паламарчук Т.А. Теоретические основы геофизической диагностики геомеханического состояния породного
массива с учетом синергетических процессов: Дис… д-ра техн. наук: 05.15.11; 05.15.09. - Днепропетровск. - 2002. -
385 с.
4. Руководство по геофизической диагностике состояния системы "крепь-породный массив" вертикальных
стволов / А.Ф. Булат, Б.М. Усаченко, А.А. Яланский, В.Н. Сергиенко, Т.А. Паламарчук и др. - Донецк: АГН Ук-
раины. - 1999. - 42с.
5. Малярчук Б.М., Гордийчук H.B., Мельник М.П. Прогнозирование осложнений геомеханического проис-
хождения с помощью электроразведки // Научн.-практ. конф. "Пробл. научн. техн. прогресса в строительстве
глубоких скважин в Западной Сибири". - Тюмень: Гор. книжн. изд-во. - 1990. - С. 24.
6. Левит В.В. Геомеханические основы разработки и выбора комбинированных способов крепления верти-
кальных стволов в структурно-неоднородных породах: Дис… д-ра техн. наук: 15.15.04. - Днепропетровск. -
1999. - 463 с.
УДК 622.831.3
В.Я. Кириченко, Г.Г. Сугаренко,
Ю.В. Сальников
ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ КРЕПЛЕНИИ
И ПОДДЕРЖАНИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
У статті розкриваються три формуючі джерела ресурсозбереження при проведенні й екс-
плуатації підготовчих виробітків, їхній взаємозв'язок й економічні межі припустимих витрат
на кріплення, кріплення й підтримку виробітків на період до повного відпрацьовування під-
готовлених до виїмки запасів.
MAJOR FACTORS OF RESOURCES CARETAKING AT ATTACHMENT
AND KEEPING UP OF MINE WORKINGS
In paper three reshaping radiants a resource of caretaking are uncovered at conducting and ex-
ploitation of development workings, their intercoupling and economic limits of admissible expendi-
tures on a support, attachment and roadway maintenance on phase before complete improvement of
reserves, preformed for an extraction.
Существуют и используются две формально равноправных группы меро-
приятий, преследующих конечную цель снижения металлоемкости крепления
горных выработок, а также ресурсоемкости в целом по процессу «крепление и
поддержание». На практике мероприятия этих двух групп могут применяться и
применяются в определенных сочетаниях с преобладанием мероприятий той
или иной группы в зависимости от целей и конкретной ситуации, определяю-
щей подход к крепи и оценку степени влияния ее силовых, кинематических и
геометрических параметров на устойчивость выработки. Естественным образом
такая оценка в первую очередь определяется конкретной геомеханической об-
становкой прохождения и эксплуатации выработки в течении всего срока ее
поддержания. С другой стороны выбор конкретных технических и технологи-
ческих мероприятий определяется действующей системой экономических свя-
|