ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННАЯ ОЦЕНКА ВЛАЖНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД
В лабораторных и натурных условиях проведены экспериментальные исследования зависимости скорости распространения электромагнитных волн в горных породах от их вещественного состава, влажности и температуры. Лабораторные исследования проводились на образцах дисперсных горных пород: мелкозернистом (горном) и среднезернистом (речном) песках, влажность которых увеличивалась во время эксперимента. Максимальная скорость наблюдалась в мерзлых породах, в талом состоянии этих пород скорость снижалась из-за влияния влажности. В результате проведенных исследований с применением георадиолокации предложена эмпирическая формула, описывающая зависимость относительного изменения скорости распространения электромагнитной волны в породах от их влажности. Определены граничные условия ее использования. Отмечено, что данная зависимость учитывает криогенное состояние и вещественный состав горных пород посредством введения в расчет поправочных коэффициентов. Ее апробация выполнена в натурных условиях на двух объектах: вторая терраса долины Туймаада и массив вскрышных пород Кангаласского угольного разреза (Республика Саха (Якутия)). Для определения влажности пород также пробурены контрольные скважины. Данные георадиолокации рассмотрены в пределах деятельного слоя, в период полного промерзания и оттайки горных пород. Проведено сопоставление экспериментальных данных относительного изменения времени задержки сигнала с расчетными значениями, а также с лабораторными. В ходе выполненных работ предложен способ оценки влажности дисперсных горных пород по эмпирической формуле, основанной на определении относительного изменения времени задержки (Nt) георадиолокационных сигналов, отраженных от границ раздела сред в мерзлом (t
M, н
с) и талом (t
T, н
с) состоянии. Применение предложенного способа позволит дистанционно оценить влажность горных пород и ее изменения под воздействием различных природно-климатических и техногенных факторов в пределах деятельного слоя горного массива криолитозоны.
Ключевые слова
Георадиолокация, горные породы, криолитозона, определение влажности.
Номер: 8
Год: 2017
ISBN:
UDK: 621.396.96: 622.02
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-8-0-152-158
Авторы: Федорова Л. Л., Куляндин Г. А., Соколов К. О.
Информация об авторах: Федорова Лариса Лукинична — кандидат технических наук,
доцент, ведущий научный сотрудник, e-mail: Lar-fed-90@rambler.ru,
Куляндин Гаврил Александрович — младший научный сотрудник,
e-mail: kgavrilu@yandex.ru,
Соколов Кирилл Олегович — кандидат технических наук,
научный сотрудник, e-mail: k.sokolov@ro.ru,
Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН.
Библиографический список: 1. Фролов А. Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. - Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2005. - 607 с.
2. Федоров В. Н., Федорова Л. Л. Электродинамическое моделирование структурных особенностей массива горных пород россыпных месторождений при георадиолокации // Известия вузов. Физика. - 2015. - Т. 58. - № 8/2. - С. 48-51.
3. Федорова Л. Л., Федоров М. П., Стручков А. С., Саввин Д. В. Основы информационно-программного обеспечения георадиолокационных исследований состояния грунтов автодорог криолитозоны в режиме мониторинга // Горный информационно-аналитический бюллетень (специальный выпуск). - 2015. - С. 325-332.
4. Федорова Л. Л., Федоров М. П., Стручков А. С., Саввин Д. В. Программно-методическое обеспечение георадиолокационного мониторинга криогенных процессов в подповерхностных грунтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2016. - № 8 (специальный выпуск 21) - С. 154-163.
5. Fedorova L. L., Savvin D. V., Fedorov M. P., Struchkov A. S. GPR Monitoring of Cryogenic Processes in Subgrade Soils // GPR 2016: 16th International Conference of Ground Penetrating Radar in The Hong Kong Polytechnic University on 13-16 June 2016. - Hong Kong, 2016. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/7572624/ (дата обращения: 18 января 2017 г.).
6. Федорова Л. Л., Саввин Д. В., Соколов К. О., Куляндин Г. А. Исследование изменения параметров георадиолокационных сигналов в процессе оттайки мерзлых дисперсных горных пород различной влажности // Наука и образование. - 2016. - № 3 - С. 42-46.
7. Fedorova L. L., Sokolov K. O., Savvin D. V., Ammosov A. P. Studying of influence of temperature of rocks with varying humidity on GPR data // GPR 2016: 16th International Conference of Ground Penetrating Radar in The Hong Kong Polytechnic University on 13-16 June 2016. - Hong Kong, 2016. - Режим доступа: http://ieeexplore.ieee.org/document/7572637/ (дата обращения: 18 января 2017 г.).
8. ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. Взамен ГОСТ 5180-75; Введ. 30.06.1985. - М.: Стандартинформ, 2005. - 19 с.
9. Шувалов А. Н., Гензе Д. А. Диэлектрическая проницаемость грунтов нарушенной структуры // Вестник ТГАСУ. - 2011. - № 1. - С. 200-206.
10. Техническое описание и инструкция по эксплуатации на Георадар «ОКО-2». - Режим доступа: http://geotech.ru/files/georadar/gprtov26beta303.pdf (дата обращения: 18 января 2017 г.).
11. Руководство пользователя программой GeoScan32. - Режим доступа: http://logsys.ru/download/new/geoscan32manual.pdf (дата обращения: 18 января 2017 г.).