Оценка нарушенности скальных пород георадарным зондированием с использованием водонасыщения для контрастности

Abstract

Важнейшим элементом в вопросах эффективности и безопасности разработки месторождений полезных ископаемых является учет основных структурных особенностей массива скальных пород. В работе рассматриваются методические вопросы применения георадарного зондирования для исследования внутренней структуры скальных пород. Георадарные исследования проводились на рабочем уступе карьера "Железный" Ковдорского ГОКа. Вначале зондирование было выполнено продольным профилированием массива пород в естественном их состоянии на глубину до 20 м в комплексе с телеметрическим обследованием трещиноватости пород в скважине, которая располагалась на профиле. Затем скважина была полностью залита водой, и георадарные исследования повторялись через 15, 30 и 60 мин одновременно с регистрацией понижения уровня воды в скважине. Полученные результаты георадарных исследований проанализированы с целью выявления влияния водонасыщения скальных пород на регистрируемые электромагнитные характеристики, а также определения взаимосвязи структурной нарушенности пород и их диэлектрической проницаемости до и после водонасыщения. Установлено, что водонасыщение скальных пород индикатор, который позволяет более контрастно выявлять зоны нарушенности пород ввиду относительно незначительной разности диэлектрической проницаемости в ненарушенном и нарушенном массиве сухих пород. Выполненная георадарным зондированием оценка нарушенности скальных пород уступа карьера с использованием водоналива в скважину для контрастности измерений показала, что насыщенные водой, пористые, проницаемые, трещиноватые породы имеют более высокие значения диэлектрической проницаемости, чем сухие / монолитные, слаботрещиноватые породы, у которых наблюдались более низкие значения диэлектрической проницаемости. Установлено, что вследствие водонасыщения пород изменения значений диэлектрической проницаемости увеличились в два раза и составили 0,6 ед., в то время как до насыщения эти изменения составляли только 0,3 ед., т. е. были в два раза ниже. В целях обоснования оценки нарушенности скальных пород георадарным зондированием выполнен сопоставительный анализ георадарных данных и вычисленной на основе коэффициента фильтрации пустотности пород в окрестности скважины. Проведенный анализ показал, что с увеличением пустот в породе, и соответственно водонасыщенности, их диэлектрическая проницаемость увеличивается.The most important element concerning efficiency and safety of developing mineral deposits is the consideration of the main structural features of the rock massif. The paper considers methodological issues of the GPR sensing application to study the internal structure of rocks. GPR surveys have been performed on a working bench of the Zhelezny mine, Kovdorsky GOK. Initially, the sensing has been performed by longitudinal profiling of the rock mass in its natural state to the depth of 20 m in combination with a telemetric survey of rock fracturing in the borehole located on the profile. Then the borehole was completely flooded with water, and GPR sensing studies have being repeated after 15, 30 and 60 minutes simultaneously with the registration of a decrease in the water level in the borehole. The GPR study results have been analysed in order to identify the effect of rocks' water-saturation on the recorded electromagnetic characteristics, and to determine the relationship of structural disturbance of rocks and their dielectric constant before and after water-saturation. It has been revealed that rock water saturation is an indicator that allows for more contrasting detection of rock disturbance zones due to the relatively insignificant difference in dielectric constant in the undisturbed and disturbed dry rock massif. The rock disturbance in an open pit slope has been estimated by GPR sensing, using water-filled borehole for contrast of measurements. The assessment has shown that water-saturated, porous, permeable, fractured rocks have higher dielectric constant values than dry / monolithic, weakly fractured rocks that have lower dielectric values permeability. It has been established that due to the water-saturation of rocks changes in the values of dielectric constant increased twice, and amounted to 0.6 units, while before saturation these changes were only 0.3 units, i. e. were two times lower. In order to substantiate the assessment of rock disturbance by GPR sensing, a comparative analysis has been made of GPR data and void of rocks in the vicinity of the borehole calculated on the basis of the filtration coefficient. The analysis has shown that the dielectric constant increases with increasing voids in the rock and, accordingly, with increasing water-saturation.