RU2039256C1 - Method for evaluation of quality of cementation of rock mass - Google Patents
Method for evaluation of quality of cementation of rock mass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2039256C1 RU2039256C1 SU5057820A RU2039256C1 RU 2039256 C1 RU2039256 C1 RU 2039256C1 SU 5057820 A SU5057820 A SU 5057820A RU 2039256 C1 RU2039256 C1 RU 2039256C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- depth
- volume
- rock mass
- hollowness
- quality
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горно-рудной промышленности и может быть использован при цементационном упрочнении горных пород. The invention relates to the mining industry and can be used for cementation hardening of rocks.
Известен способ определения заполнения трещин, включающий бурение скважин, добавление в вяжущее вещество металлического порошка, нагнетание раствора, измерение электросопротивления пород до и после нагнетания и определение степени заполнения трещин по совпадению обратной полярности пиковых значений полученных графиков [1] Данный способ недостаточно точен, поскольку реагирует только на количество раствора, проникшее в трещины, и не учитывает исходной нарушенности горных пород. A known method for determining the filling of cracks, including drilling wells, adding metal powder to the binder, injecting the solution, measuring the electrical resistance of the rocks before and after injection and determining the degree of filling of the cracks by matching the reverse polarity of the peak values of the graphs obtained [1] This method is not accurate enough because it responds only by the amount of solution penetrated into the cracks, and does not take into account the initial disturbance of the rocks.
Известен также способ оценки качества упрочненных горных пород скрепляющими растворами, включающий бурение контрольной скважины в упрочненном массиве, нагнетание в нее раствора электролита (технической воды) до полного насыщения им контролируемого участка массива и определение степени заполнения трещин по отношению электросопротивлений упрочненных и ненарушенных пород [2] Данный способ позволяет оценить остаточную трещинную пустотность, определить расположение и размеры зон горных пород с неполным заполнением технологических трещин цементным камнем. Недостатки способа состоят в следующем. Способ основан на сопоставлении трещинной пустотности упрочненного участка массива и ненарушенного массива за пределами зоны трещиноватости, т.е. он предполагает относительную оценку объемов остаточных пустот после заполнения трещин цементным камнем. Объем остаточных пустот является характеристикой упрочненного массива и определяет его прочностные и фильтрационные свойства, однако он не определяет качество цементации, т.е. правильность выбора схемы, нагнетательной установки, режима нагнетания и степень их реализации при цементационных работах. Иными словами, при малых остаточных пустотах качество цементации может быть низким в случае, если объем пустот в массиве был низким до упрочнения, и наоборот при высоком уровне остаточных пустот качество цементации может быть высоким при сильной нарушенности массива. There is also a method of assessing the quality of hardened rocks with fastening solutions, including drilling a control well in a hardened mass, injecting an electrolyte solution (technical water) into it until it completely saturates a controlled section of the mass and determining the degree of filling of cracks in relation to the electrical resistivity of hardened and undisturbed rocks [2] This method allows you to evaluate the residual fracture void, to determine the location and size of the zones of rocks with incomplete filling of technological fractures in cement stone. The disadvantages of the method are as follows. The method is based on comparing the fractured voidness of the hardened section of the massif and the undisturbed mass outside the fracture zone, i.e. it involves a relative estimate of the volume of residual voids after filling the cracks with cement stone. The volume of residual voids is a characteristic of the hardened massif and determines its strength and filtration properties, however, it does not determine the quality of cementation, i.e. the correctness of the choice of the circuit, injection unit, injection mode and the degree of their implementation during cementation work. In other words, with small residual voids, the quality of cementation may be low if the volume of voids in the array was low before hardening, and vice versa with a high level of residual voids, the quality of cementation may be high with severe disturbance of the array.
Кроме того, способ позволяет оценивать свойства массива в отдельных его точках, в то время как при цементации воздействию подвергается объем массива. Привязка результатов контроля по данному способу к контролируемым объемам массива отсутствует. In addition, the method allows you to evaluate the properties of the array at its individual points, while during cementation the volume of the array is exposed. There is no binding of the results of control by this method to the controlled volumes of the array.
Цель изобретения повышение точности оценки качества цементационного упрочнения массива горных пород за счет определения суммарных объемов пустот в контролируемом объеме зоны трещиноватости массива до и после упрочнения. The purpose of the invention is to increase the accuracy of evaluating the quality of cementation hardening of a rock mass by determining the total volume of voids in the controlled volume of the fracture zone of the mass before and after hardening.
Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем бурение скважин на контролируемом участке, поинтервальное определение распределения трещинной пустотности массива путем измерения в скважинах удельного электросопротивления горных пород и оценку эффективности упрочнения путем сопоставления результатов измерений, до упрочнения дополнительно измеряют глубину зоны трещиноватости в массиве, по результатам измерений трещинной пустотности определяют суммарный объем пустот в контролируемом объеме трещиноватого массива горных пород до и после упрочнения путем суммирования поинтервальных объемов пустот, а о качестве упрочнения судят по соотношению этих суммарных объемов пустот. This goal is achieved by the fact that in the method, including drilling wells in a controlled area, the interval determination of the distribution of fractured voids of the array by measuring the resistivity of the rocks in the wells and evaluating the hardening efficiency by comparing the measurement results, before strengthening, the depth of the fracture zone in the array is additionally measured, by the results of measurements of fractured voidness determine the total volume of voids in the controlled volume of the fractured mass of the forge x species before and after hardening-wise by summing the volumes of voids and strengthening the quality judged by the ratio of the total volume of voids.
Поставленная цель достигается также тем, что контролируемый объем массива горных пород определяют для одной скважины как объем цилиндра с высотой, равной глубине зоны трещиноватости в массиве, и радиусом, равным глубине проникновения тока в массив, а для участка выработки как объем сектора полого цилиндра с высотой, равной внешним границам контролируемого объема по длине выработки, внутренним радиусом, равным радиусу выработки, внешним радиусом, равным сумме радиуса выработки и глубины зоны трещиноватости, и центральным углом, образованным внешними границами контролируемого объема в сечении выработки. This goal is also achieved by the fact that the controlled volume of the rock mass is determined for one well as the volume of the cylinder with a height equal to the depth of the fracture zone in the mass and a radius equal to the depth of current penetration into the mass, and for the production site as the volume of the sector of a hollow cylinder with height equal to the external boundaries of the controlled volume along the length of the excavation, an internal radius equal to the radius of the excavation, an external radius equal to the sum of the radius of the excavation and the depth of the fracture zone, and the central angle to form to the applied boundaries controlled volume production section.
На фиг. 1 представлена схема расположения одиночной контрольной скважины и результаты измерений в ней; на фиг. 2 схема расположения контрольных скважин на участке выработки и результаты оценки качества упрочнения. In FIG. 1 shows the layout of a single control well and the results of measurements in it; in FIG. Figure 2 shows the location of control wells at the production site and the results of the assessment of the quality of hardening.
На чертежах обозначено: 1 выработка; 2 контрольная скважина; 3 электроды электрометрического зонда AMNB; 4 контролируемая зона; m трещинная пустотность горных пород; m∞ значение m вне нарушенной зоны; ρ удельное электросопротивление горных пород; r координата от оси выработки в глубь массива; П0, П1 суммарная пустотность в контролируемом объеме соответственно до и после упрочнения; R глубина зоны трещиноватости в массиве от контура выработки; δ глубина проникновения тока в массив; θ центральный угол контролируемого объема; Z координата по длине выработки; L длина участка контролируемого объема; Rв радиус выработки; φ угловая координата в сечении выработки.In the drawings indicated: 1 output; 2 control well; 3 electrodes of electrometric probe AMNB; 4 controlled area; m fracture voidness of rocks; m ∞ the value of m outside the violated zone; ρ electrical resistivity of rocks; r coordinate from the axis of excavation into the interior of the array; P 0 , P 1 total voidness in a controlled volume, respectively, before and after hardening; R is the depth of the fracture zone in the array from the output contour; δ depth of current penetration into the array; θ is the central angle of the controlled volume; Z coordinate along the length of the mine; L is the length of the portion of the controlled volume; R in the radius of the output; φ is the angular coordinate in the cross section of the mine.
Осуществляется способ следующим образом. The method is as follows.
В выработке 1 до цементации бурят контрольные скважины 2, которые располагают веерообразно по длине выработки (фиг. 2). В скважинах 2 до и после цементации измеряют поинтервально удельное электросопротивление пород ρ с помощью электрометрического зонда 3 с электродами AMNB и измерительного прибора, включающего источник тока, амперметр и вольтметр. По результатам измерений в скважине 2 получают график зависимости ρ (r) (фиг. 1). Величина ρ трещиноватой горной породы при измерениях перпендикулярно к плоскости трещин зависит от величины трещинной пористости m (Иванов В.В. Простов С.М. Дырдин В.В. Зависимость электросопротивления высокопроводящих трещиноватых пород от механических напряжений // Изв. вузов. Горный журнал. 1979. N 11. С. 6-10):
ρ=1 + , (1) где ρп электросопротивление нетрещиноватой породы;
ζ средняя относительная площадь скального контакта между берегами трещин, отнесенная к единице площади поверхности.In
ρ = 1 + , (1) where ρ p the electrical resistance of the non-fractured rock;
ζ is the average relative area of rock contact between the crack faces, referred to as a unit of surface area.
Учитывая, что ρп и ζ постоянны, а также m/ ζ >> 1, выразим зависимость m от координаты r:
m(r)= ρ(r), (2) где m∞ значение m в ненарушенной зоне, определяемое по данным геологической разведки;
ρ∞ значение ρ в ненарушенной зоне. Из (2) следует, что графики m(r) и ρ (r) при соответствующем подборе масштаба совпадают.Given that ρ p and ζ are constant, as well as m / ζ >> 1, we express the dependence of m on the coordinate r:
m (r) = ρ (r) , (2) where m ∞ is the value of m in the undisturbed zone, determined according to geological exploration data;
ρ ∞ value of ρ in the undisturbed zone. It follows from (2) that the graphs m (r) and ρ (r) coincide for an appropriate selection of the scale.
Зависимость (2) справедлива как для нарушенного неупрочненного, так и для упрочненного цементацией массива, поскольку после отфильтровывания жидкой фазы, химического связывания влаги, образования цементного камня и его усадки зацементированный массив через 12-15 сут после закачки приобретает естественную влажность, при которой электросопротивление цементного камня не отличается от электросопротивления породы. При этом цементный камень частично заполнит трещины породы, а зависимость (2) отразит распределение остаточной трещинной пористости. Dependence (2) is valid both for broken unreinforced and cemented hardened massifs, since after filtering the liquid phase, chemical bonding of moisture, formation of cement stone and its shrinkage, the cemented massif acquires natural moisture at 12-15 days after injection, at which the electrical resistance of the cement stone does not differ from the electrical resistance of the rock. In this case, the cement stone will partially fill the rock cracks, and dependence (2) will reflect the distribution of residual fracture porosity.
По результатам измерений и полученным графикам m(r) определяют суммарный объем пустот в контролируемом объеме 4 массива. Радиус контролируемого объема 4 при электрометрических измерениях в i-й скважине j-го сечения соответствует глубине проникновения тока в массив, которая равна половине разноса питающих электродов A и B. Таким образом, суммарный объем пустот в контролируемом цилиндрическом объеме массива определится из выражения, которое определяет площадь заштрихованной фигуры под графиком m(r) на фиг. 1:
Пij= m(r)dr (r)dr (rк)Δr, где rк координата k-й точки замера;
Δ r шаг измерений в скважине;
n количество замеров в скважине в пределах зоны трещиноватости.According to the measurement results and the obtained graphs m (r), the total volume of voids in the controlled volume of 4 arrays is determined. The radius of the controlled
N ij = m (r) dr (r) dr (r k ) Δr, where r k is the coordinate of the k-th measurement point;
Δ r measurement step in the well;
n the number of measurements in the well within the fracture zone.
Глубину зоны трещиноватости R измеряют до упрочнения путем измерения на графике ρ (r) расстояния от контура выработки до точки замера, в которой значение ρ становится равным ρ∞ (фиг. 1).The depth of the fracture zone R is measured before hardening by measuring on the graph ρ (r) the distance from the output contour to the measuring point at which the ρ value becomes ρ ∞ (Fig. 1).
Для участка выработки контролируемый объем определится как объем сектора полого цилиндра с внутренним радиусом, равным Rв, внешним Rв+R, высотой L и центральным углом θ (см. фиг. 2):
П m(r,φ,Z)rdrdφdZ (φi,Zj)ΔφiΔZj, где среднее значение m в контролируемом объеме i-й скважины j-го веера;
; Δ φi угол между соседними скважинами в веере;
a количество скважин в веере;
Δ Zj расстояние между соседними веерами в выработке;
b количество вееров контрольных скважин.For the production site, the controlled volume is defined as the volume of the sector of the hollow cylinder with an internal radius equal to R in , an external R in + R, a height L and a central angle θ (see Fig. 2):
P m (r, φ, Z) rdrdφdZ (φ i , Z j ) Δφ i ΔZ j , where the average value of m in the controlled volume of the ith well of the jth fan;
; Δ φ i the angle between adjacent wells in the fan;
a number of wells in the fan;
Δ Z j the distance between adjacent fans in the mine;
b number of fans of control wells.
Качество цементационного упрочнения определяют по соотношению значений П0 и П1 до и после цементации с требуемой степенью детальности: по отдельным скважинам, по веерам скважин (сечениям) или по выработке в целом:
K . (5)
Таким образом, существенными отличиями предлагаемого способа являются следующие:
1. Оценку эффективности упрочнения осуществляют не поинтервально, т.е. в отдельных точках массива, а в контролируемом объеме, форму и размеры которой определяют, исходя из физических процессов, происходящих при электрометрических измерениях и формирующих величину измеряемого сигнала. Определение суммарного объема пустот не является суммированием известного эффекта, т.к. пределы суммирования определяются контролируемым объемом, для выявления которого необходимо измерять глубину зоны трещиноватости в массиве.The quality of cement hardening is determined by the ratio of the values of P 0 and P 1 before and after cementation with the required degree of detail: for individual wells, for fans of boreholes (sections), or for production as a whole:
K . (5)
Thus, the significant differences of the proposed method are the following:
1. Evaluation of the effectiveness of hardening is carried out not intervally, ie at individual points of the array, and in a controlled volume, the shape and dimensions of which are determined based on the physical processes that occur during electrometric measurements and form the value of the measured signal. The determination of the total volume of voids is not a summation of the known effect, because the limits of summation are determined by the controlled volume, for the detection of which it is necessary to measure the depth of the fracture zone in the massif.
2. Эффективность цементации оценивают не путем поинтервального сопоставления контролируемого параметра после цементации со значением, соответствующим ненарушенным породам, что фактически позволяет выявить неоднородность свойств упрочненных горных пород, а по соотношению суммарных объемов пустот в контролируемом объеме зоны трещиноватости до и после цементации. Это, в частности, требует обязательного проведения измерений распределения трещинной пустотности до упрочнения. 2. Cementation efficiency is assessed not by interval-wise comparing the controlled parameter after cementation with the value corresponding to undisturbed rocks, which actually allows to reveal the heterogeneity of the properties of hardened rocks, but by the ratio of the total void volumes in the controlled volume of the fracture zone before and after cementation. This, in particular, requires mandatory measurements of the distribution of fractured voids before hardening.
П р и м е р. В главном квершлаге гор. + 180 м ш. Нагорная концерна Кузнецкуголь протяженностью 380 м было заложено 8-мь контрольных станций, на которых веерообразно пробурили по 5-ть шпуров ( Δ φi 40о, Θ= 160о). В связи с неоднородностью геологического строения массива веера располагали неравномерно по длине квершлага, их приурочивали к тектоническому нарушению, контактам пород с угольными пластами, сопряжениям с выработками. Упрочнение пород проводили цементным раствором состава Ц:В 1:1 по зажимной схеме при давлении 1 МПа с шагом сетки 2 м.PRI me R. In the main cross-country mountains. + 180 m sh. The upland concern Kuznetskugol with a length of 380 m was laid 8 control stations, which fan-shaped drilled 5 holes (Δ φ i 40 about , о = 160 about ). Due to the heterogeneous geological structure of the massif, the fans were arranged unevenly along the length of the cross-head, they were confined to tectonic disturbance, the contacts of rocks with coal seams, and mates with workings. The hardening of the rocks was carried out with a cement mortar of composition C: B 1: 1 according to the clamping scheme at a pressure of 1 MPa with a grid spacing of 2 m.
Контрольные измерения в шпурах проводили за 10-ть дней до начала цементации и через 30-ть дней после ее окончания. Суммарный объем пустот и значения K определяли по отдельным шпурам и по веерам шпуров. Control measurements in the bore holes were carried out 10 days before the start of cementation and 30 days after its completion. The total volume of voids and K values were determined by individual holes and by fans of holes.
Результаты измерений и расчетов представлены в таблице. The results of measurements and calculations are presented in the table.
В результате проведенного контроля установлено, что заполнение пустот цементным камнем составило в основном от 0,2 до 0,3, достигая в отдельных случаях 0,4-0,45. В бортах выработки (шпуры 1 и 5) эффективность цементации выше, чем в своде (шпуры 2-4). Рекомендовано провести повторное упрочнение во всем сечении на интервале между пикетами 28 и 29 (район пересечения тектонического нарушения), а также в сводовой части на участке между пикетами 3-7 и 34-37. As a result of the control, it was found that the filling of the voids with cement stone was mainly from 0.2 to 0.3, reaching in some cases 0.4-0.45. On the sides of the excavation (
Claims (1)
где δ глубина проникновения тока в массив, равная половине разноса питающих электродов;
m∞ трещинная пустотность нетронутого массива;
ρ∞ удельное электросопротивление нетронутого массива;
ρij(r) измеряемая в i-й скважине j-го сечения зависимость удельного электросопротивления массива горных пород от радиальной координаты r, отсчитываемой от оси выработки в глубь массива;
Rв радиус выработки;
R глубина зоны трещиноватости от контура выработки,
для участка выработки по формуле
где φ угловая координата в сечении выработки;
Z координата по оси выработки;
q центральный угол, образованный границами контролируемого объема в сечении выработки;
L длина участка выработки,
а о качестве упрочнения судят по соотношению этих суммарных объемов пустот.METHOD FOR ESTIMATING THE QUALITY OF CEMENT Hardening of rock mass, including drilling wells in a controlled area, interval determination of the fractured voidness of the hardened section of the massif by measuring the electrical resistivity of the rocks in the wells, characterized in that the fractured voidness and depth are measured in the fracture voids and depth measurements determine the total volume of voids in the controlled volume of the fractured rock mass before and after hardening in the i-th well Agine j-th section according to the formula
where δ is the depth of current penetration into the array, equal to half the separation of the supply electrodes;
m ∞ fracture voidness of the untouched massif;
ρ ∞ electrical resistivity of the untouched massif;
ρ ij (r) measured in the i-th well of the j-th section, the dependence of the electrical resistivity of the rock mass from the radial coordinate r, counted from the axis of the excavation in the depth of the mass;
R in the radius of the output;
R is the depth of the fracture zone from the output contour,
for the development site according to the formula
where φ is the angular coordinate in the working section;
Z coordinate along the production axis;
q Central angle formed by the boundaries of the controlled volume in the cross section of the mine;
L is the length of the development site,
and the quality of hardening is judged by the ratio of these total volumes of voids.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5057820 RU2039256C1 (en) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | Method for evaluation of quality of cementation of rock mass |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5057820 RU2039256C1 (en) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | Method for evaluation of quality of cementation of rock mass |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2039256C1 true RU2039256C1 (en) | 1995-07-09 |
Family
ID=21611138
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5057820 RU2039256C1 (en) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | Method for evaluation of quality of cementation of rock mass |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2039256C1 (en) |
-
1992
- 1992-08-06 RU SU5057820 patent/RU2039256C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1694912, кл. E 21C 39/00, 1991. * |
Авторское свидетельство СССР N 972093, кл. E 21C 39/00, 1982. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Palmström et al. | The deformation modulus of rock masses—comparisons between in situ tests and indirect estimates | |
Shen et al. | Field measurements of an earth support system | |
Oh et al. | Combined analysis of electrical resistivity and geotechnical SPT blow counts for the safety assessment of fill dam | |
US4315429A (en) | Method of determining deformation characteristics of construction materials and soil | |
Totani et al. | V S measurements by seismic dilatometer (SDMT) in non-penetrable soils | |
Petr et al. | Determination of stress state in rock mass using strain gauge probes CCBO | |
RU2039256C1 (en) | Method for evaluation of quality of cementation of rock mass | |
Rummel et al. | Hydraulic fracturing stress measurements near the Hohenzollern-Graben-structure, SW Germany | |
Martin et al. | Overcoring in highly stressed granite: comparison of USBM and modified CSIR devices | |
Coon | Correlation of engineering behavior with the classification of in-situ rock | |
Soucek et al. | Experimental approach to measure stress and stress changes in rock ahead of longwall mining faces in Czech coal mines | |
Chugh | In situ strength characteristics of coal mine floor strata in Illinois | |
SU972093A1 (en) | Method of determining the degree of filling-up of fissures | |
Rocha | New techniques in deformability testing of in situ rock masses | |
Jeon et al. | Advanced Method for Quantifying Socket Roughness and Empirical Correlations | |
SU1084442A1 (en) | Method of determining the height of zone of water-pervious fissures in rock body | |
Seidel et al. | Load displacement performance of bored piles in weak rock | |
Andersson et al. | Variability of hydraulic fracturing rock stress measurements and comparisons to triaxial overcoring results made in the same borehole | |
RU2292457C1 (en) | Method for predicting stability of shelves of quarry sides | |
RU2065055C1 (en) | Method for fastening working | |
SU933999A1 (en) | Method of determining the jointing of rock around mine workings | |
Amadei et al. | Methods of in situ stress measurement | |
Misterek et al. | Bureau of Reclamation procedures for conducting uniaxial jacking tests | |
RU2239064C1 (en) | Method for evaluating stability of pit edge | |
Larson et al. | Instruments for monitoring stability of underground openings |