Вестник МГТУ. 2019, Т. 22, № 1.

Вестник МГТУ. 2019. Т. 22, № 1. С. 129-137. DOI: 10.21443/1560-9278-2019-22-1-129-137 УДК 622.271.223:550.837(470.21) А. И. Калашник, А. Ю. Дьяков Оценка нарушенности скальных пород георадарным зондированием с использованием водонасыщения для контрастности 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. Ключевые слова: скальные породы, нарушенность, георадарное зондирование, радарограмма, водонасыщение Информация о статье: поступила вредакцию 26.12.2018; получена после доработки 12.03.2019 Введение При открытой разработке рудных месторождений полезных ископаемых очень важно обеспечить устойчивость бортов и уступов карьера, не допуская критических деформаций в течение всего периода строительства и эксплуатации карьера. Информация о состоянии пород приконтурного скального массива приобретает большое значение для локализации потенциально опасных участков, в пределах которых возможны потери устойчивости уступов различного характера. В свою очередь установлено, что на механическую устойчивость скального массива, помимо геолого-структурного строения, технологии разработки месторождений, темпа ведения горных работ, также существенно влияют гидрогеологические условия [1-3]. В зависимости от водонасыщения трещин и пор пород, слагающих отрабатываемое месторождение, устойчивость пород на обнажениях может быть различной. В работах [4; 5] показано, что одним из методов изучения механического состояния и геолого­ структурного строения массива горных пород может являться георадарное подповерхностное зондирование. Неоднократно было выявлено, что повышенная обводненность пород отражается в изменении регистрируемых волновых параметров, что свидетельствует об изменении физических свойств горных пород вследствие водонасыщения. Накопленный опыт дает основания утверждать, что георадарные измерения позволяют выполнять оперативный мониторинг степени водонасыщения пород посредством исследования изменения их физических свойств. Это особенно важно в период весеннего снеготаяния или обильных дождей, когда степень обводненности на некоторых участках существенно повышается [6-8]. С другой стороны, выявленная георадарным зондированием изменчивость физических свойств пород в условиях явной их обводненности предоставляет возможность для количественной оценки внутренней несплошности (трещиноватости, пористости, каверности) массива пород. Настоящее исследование направлено на выявление качественных и количественных зависимостей регистрируемых волновых характеристик от степени нарушенности исследуемых пород посредством их контрастного водонасыщения. 129