СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ БЕТОННОЙ КРЕПИ И ЗАКРЕПНОГО ПРОСТРАНСТВА ШАХТНЫХ СТВОЛОВ
INTEGRATED METHOD OF DIAGNOSTICS OF CONCRETE LINING AND CLAMPING SPACE OF MINE SHAFTS

Изобретение относится к геофизическим исследованиям и может быть использовано для диагностики состояния бетонной крепи и закрепного пространства шахтных стволов.
Известен способ выполнения акустических исследований для оценки состояния и свойств околоствольного пространства шахтного ствола калийного рудника (Геофизический мониторинг затюбингового пространства / А.И. Бабкин, И.А. Санфиров // ГИАБ.-№1.-2011).
Недостатком данного способа является крайне низкая скорость выполнения полевых работ, связанная с необходимостью крепления датчиков в крепь. Кроме этого, способ характеризуется недостаточно высокой разрешающей способностью.
Известен способ выполнения георадиолокационного обнаружения полостей в заобделочном пространстве тоннелей метрополитенов, при котором натурные результаты получены с помощью георадара с антенными блоками 1200 и 1700 МГц (Георадиолокационное обнаружение полостей в заобделочном пространстве тоннелей метрополитенов / В.В. Набатов, А.С. Вознесенский // Горный журнал. - №2. - 2015).
Недостатком данного способа является выбор антенных блоков для георадиолокационного обследования бетонной крепи с частотами, которые не подходят для геофизических исследований в условиях стволов калийных рудников.
Общими недостатками вышеупомянутых способов является то, что каждый метод неразрушающего контроля применяется отдельно, а для глубинной привязки результатов требуется проведение буровых работ, когда комплексирование геофизических методов, основанных на различных физических принципах, позволяет повысить общую достоверность результатов и неоднозначность интерпретационных выводов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ комплексной диагностики состояния бетонной крепи шахтных стволов, при котором применяют сразу несколько методов неразрушающего контроля для определения состояния крепи и закрепного пространства: георадарный, тепловизионный и акустический (Комплексная диагностика состояния бетонной крепи шахтных стволов калийных рудников / А.А. Жуков, В.В. Тарасов, A.M. Пригара, Р.И. Царев // Горный журнал. - №4. - 2014).
Недостатки данного способа: отсутствие этапа рекогносцировочных работ, что значительно увеличивает объемы основных исследований; применение двух антенных блоков для георадиолокации, что также приводит к увеличению объемов работ, при этом антенный блок с частотой 1200 МГц не позволяет в полной мере получать информацию о границе «бетон-соль»; не определены частоты для выполнения ультразвукового зондирования, что может привести к неверным результатам геофизических исследований, т.е. появлению ложных аномалий, а также установлению неправильных размеров неоднородностей.
Технический результат данного изобретения заключается в снижении неоднозначности результатов геофизических исследований крепи и закрепного пространства, уменьшении объемов полевых работ, а также снижении объемов шпурового бурения за счет повышения интерпретационной надежности результатов, достигаемой посредством комплексирования геофизических методов.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе комплексной диагностики состояния бетонной крепи и закрепного пространства шахтных стволов, включающем в себя визуальные исследования стенок крепи ствола, зачистку крепи от соляных наростов, георадиолокацию, ультразвуковые исследования, бурение разведочных шпуров и погашение полостей в закрепном пространстве, первоначально выполняют георадиолокационное обследование крепи с привязкой данных по результатам одиночных ультразвуковых зондирований. Ультразвуковое зондирование выполняют на частоте 25 кГц. А затем определяют участки для проведения детализационных работ, которые проводят по сгущенной сети георадарных профилей с применением площадной ультразвуковой томографии с частотой 60 кГц.
Предлагаемый способ диагностики бетонной крепи и закрепного пространства осуществляется следующим образом.
На основании визуального осмотра стенок бетонной крепи определяют потенциально опасные участки, которые затем исследуют геофизическими методами для оценки внутреннего состояния крепи и возможного выявления полостей в закрепном пространстве.
Далее осуществляют механическую очистку этих участков бетонной крепи от соляных наростов, например, при помощи металлической лопатки, перфоратора или отбойного молотка. На исследуемые участки крепи наносят разметку, например, мелом.
Геофизические исследования участков крепи ствола выполняют с крыш подъемных сосудов.
На первом этапе выполняется георадиолокация с применением экранированного антенного блока с центральной частотой 400 МГц. Следует отметить, что указанная частота определена на основании физического моделирования и опытных работ, проведенных в шахтных стволах. Повышение данной частоты зондирующего импульса приводит к значительному уменьшению глубины исследований. В свою очередь уменьшение частоты и, как следствие, уменьшение разрешающей способности и увеличение глубины исследований не имеет смысла, так как основной целью работ является исследование бетонной крепи и выявление полостей непосредственно за крепью ствола.
Затем в двух произвольных точках каждого георадарного профиля выполняют съемку ультразвуковым томографом с частотой 25 кГц. При такой частоте зондирующего импульса на записи практически не фиксируются отражения от мелких неоднородностей, что позволяет однозначно определить границу бетона с породным массивом.
Далее, выполняется предварительная обработка радарограмм с привязкой результатов по глубине, по данным ультразвукового зондирования.
В случае выявления аномальных участков в пределах исследуемого профиля, для более детального их изучения, выполняется сгущение сети профилей с применением площадных ультразвуковых исследований частотой 60 кГц. На основании физического моделирования и опытных работ в стволе установлено, что данная частота позволяет достичь оптимального соотношения «сигнал-помеха». При этом применение более высоких частот приводит к влиянию на результаты более мелких объектов (скопления заполнителя) и, как следствие, появлению ложных аномалий. А более низкие частоты снижают разрешающую способность метода и не позволяют точно определить размеры неоднородностей за крепью ствола.
В случае подтверждения детализационной съемкой аномалий, выявленных при георадарном исследовании, выполняется бурение разведочных шпуров на заданную величину с последующим тампонажем выявленных полостей.
Использование данного способа позволяет существенно снизить объемы полевых работ и объемы шпурового бурения, а также значительно повысить надежность результатов геофизических исследований крепи и закрепного пространства.