Способ выявления участков растяжения и сжатия в горном массиве с использованием радонометрии Российский патент 2024 года по МПК G01V9/00 

Изобретение относится к инженерной геологии, а именно к способам, выявления участков растяжения и сжатия в горном массиве.

Широко известен способ геодезического мониторинга выявления зон деформаций растяжения и сжатия в массиве горных пород [1-2]. Данный способ заключается в длительном инструментальном наблюдении за числовыми параметрами горизонтальных деформаций (растяжения, сжатия) земной поверхности, которые определяются на основании инструментальных геодезических измерений расстояний между реперами профильной линии. Измерения выполняются с помощью электронного тахеометра, среднеквадратическая погрешность измерения углов которого не превышает ±2''. Измерение расстояний между реперами профильных линий тахеометром проводится в прямом и обратном направлениях. Расхождение дважды измеренной длины интервала не должно превышать ±3 мм. Горизонтальные деформации интервала между реперами ε за период между двумя наблюдениями определяется по формуле:

,

где d, d_n, d_n-1 - горизонтальные проложения интервалов соответственно из начального, предыдущего и последующего наблюдений.

Положительные значения деформаций соответствуют увеличению интервала - растяжению, отрицательные значения - сжатию. По результатам измерений строятся графики.

Основными недостатками способа являются:

- необходимость неоднократных измерений и их обработки;

- продолжительность выполнения.

Целью предлагаемого изобретения является выявления зон растяжения и сжатия в горном массиве исследуемого участка для определения зон деформации.

Этапы выполнения предлагаемого способа выявления зон растяжения и сжатия в горном массиве с использованием радонометрии:

1. По профильным линиям в точках измерениях выполняется бурение шпуров, глубиной 0,5 - 1,0 м.

2. Из шпура с помощью устройства для измерения альфа-активнных газов (например РГА-500; РГА-01) производится отбор пробы почвенного воздуха и измерение в ней суммарной объемной активности радона (Rn) и торона (Tn) Q_Rn+Tn (Бк/м³) (Также торон обозначается Rn).

3. После измерения Проба остается в измерительной камере (краны на приборе остаются закрытыми) не менее 180 с. За это время Tn в пробе распадается (период полураспада Tn 55,6 с) и остается только Rn.

4. Выполняется измерение объемной активности радона, Q_Rn (Бк/м³) (период полураспада Rn составляет 3,8 сут).

6. В камеральных условиях вычисляется объемная активность торона в пробе:

Q _Tn = (Q_Rn+_Tn)-Q_Rn (Бк/м³)

7. Исходя из современных научных представлений о механизме формирования геодинамической составляющей поля радоновых эманаций (являются смесью Rn и Tn) в массиве горных пород, в почвенном воздухе над зоной деформаций растяжения по сравнению с соседними участками, доля радона увеличивается. Над зоной деформаций сжатия в почвенном воздухе, по сравнению с соседними участками, увеличивается доля торона.

7.1 Для выявления зон деформаций растяжения горного массива исследуемой территории для каждой определяется показатель А_{РАСТЯЖ.} = Q_Rn/Q_Tn.

7.1.1 По значениям А_РАСТЯЖ строится карта растяжений (фиг. 1).

7.2 Для выявления зон деформаций сжатия в горном массиве исследуемой территории определяется показатель А_СЖАТ = Q_Tn/Q_Rn.

7.2.1 По значениям А_СЖАТ, строится карта сжатий (фиг. 2).

Краткое описание чертежей:

1. Карта растягивающих деформаций исследуемого горного массива по распределению значений в пробе почвенного воздуха, где Q_Rn - объемная активность Rn в пробе почвенного воздуха (Бк/м³); Q_Tn - объемная активность Tn в пробе почвенного воздуха (Бк/м³). Свердловская область, г. Краснотурьинск, участок промплощадки ш. Северопесчанская, 2023 г.

2. Карта сжимающих деформаций исследуемого горного массива по данным радонометрии Карта сжимающих деформаций исследуемого горного массива по распределению значений . Свердловская область, г. Краснотурьинск, участок промплощадки ш. Северопесчанская, 2023 г. (фиг. 2).

3. График горизонтальных деформаций по профильной геодезической линии 12. Свердловская область, г. Краснотурьинск, участок промплощадки ш. Северопесчанская, 2023 г. (фиг. 3).

Пример

Участок применения способа расположен на промплощаке шахты «Северопесчанская» в зоне техногенного воздействия подземных горных работ в г. Краснотурьинск Свердловской области.

С целью выявления зон растяжения и сжатия в горном массиве исследуемого участка использованы радонометрические исследования. Для выявления зон растяжения и сжатия в горном массиве использовалось распределение соотношения радона (Rn) и торона (Tn) в пробах почвенного воздуха исследуемого участка. Полученные данные по выявлению зон растяжения и сжатия подтверждаются результатами маркшейдерско-геодезических измерений. Использование распределения соотношения объемной активности радона и торона в почвенном воздухе повышает информативность и достоверность исследований современной геодинамической активности горного массива, позволяет вполнять исследования оперативнее.

Размер исследуемого участка 350×110 м. Горный массив участка находится в зоне техногенного влияния подземных горных работ в ш. Северопесчанская. Радонометрические измерения выполнены в 45 точках. По результатам радонометрических измерений построены:

1. Карта растягивающих деформаций исследуемого горного массива по данным радонометрии (фиг. 1).

2. Карта сжимающих деформаций исследуемого горного массива по данным радонометрии (фиг. 2).

3. Результаты достоверности выявления зон растяжения и сжатия радонометрическим методом подтверждаются данными маркшейдерско-геодезического мониторинга за 8 месяцев (фиг. 3).

Вывод

Радонометрический метод позволяет без периодических измерений в отличие от геодезического мониторинга выявлять зоны деформаций растяжения и сжатия в массиве горных пород.

Список литературы:

1. Инженерно-геодезические изыскания для строительства. Общие правила производства работ. СП 317.1325800.2017: издание официальное: принят и введен в действие с 23 июня 2018 г. впервые / Минстрой России, «АИИС», ООО «ИГИИС» [и др.]. - Москва: Минстрой России, 2017. - 79 с. - (Свод правил).

2. Инженерно-геодезические изыскания для строительства. СП 11-104-97: издание официальное: принят и введен в действие с 1 января 1998 г впервые / ПНИИИС, ГО «Росстройизыскания», ЦНИИГАиК [и др.]. - Москва, 2005. - 76 с. - (Система нормативных документов в строительстве).

Изобретение относится к инженерной геологии, а именно к способам выявления участков растяжения и сжатия в горном массиве. Заявлен способ выявления участков растяжения и сжатия в горном массиве, включающий измерения суммарной объемной активности радона и торона в почвенном воздухе устройством для измерения альфа-активных газов. После чего зоны сжатия определяются по формуле А_СЖАТ = Q_Tn/Q_Rn222 , а зоны растяжения А_РАСТЯЖ = Q_Rn222/Q_Tn , где Q_Rn222 и Q_Tn - объемная активность радона и торона в отобранной пробе почвенного воздуха соответственно. Технический результат - выявление зон растяжения и сжатия в горном массиве исследуемого участка для определения зон деформации без периодических измерений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ выявления участков растяжения и сжатия в горном массиве, отличающийся тем, что в шпурах, пробуренных по профильной линии в точках измерения, устройством для измерения альфа-активнных газов производят отбор проб почвенного воздуха, в которых измеряют суммарный объем активности радона и торона Q_Rn+Tn , (Бк/м³), далее, после распада торона, измеряют объемную активность радона Q_Rn , (Бк/м³), а объемную активность торона вычисляют по формуле:

Q_Tn = Q_Rn+Tn - Q_Rn , (Бк/м³),

где

Q_Rn+Tn - суммарная объемная активность радона и торона в отобранной пробе, Бк/м³;

Q_Tn - объемная активность торона в отобранной пробе, Бк/м³;

Q_Rn - объемная активность радона в отобранной пробе, Бк/м³;

после чего для каждой точки измерения определяют показатель сжатия А_СЖАТ = Q_Tn/Q_Rn и показатель растяжения А_РАСТЯЖ = Q_Rn/Q_Tn , причем по значениям А_РАСТЯЖ строят карту растяжений, а по значениям А_СЖАТ строят карту сжатий, по которым выявляют участки растяжения и сжатия в горном массиве.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отсутствует необходимость оборудовать стационарную наблюдательную геодезическую станцию.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отсутствует необходимость в мониторинговых наблюдениях.