Контроль трещиноватости пород диэлектроёмкостным скважинным интроскопом вокруг технологических шпуров

1. Bieniawski Z. T. Engineering classification of rock masses. The South African institution of civil engineers, trans. 1989, vol. 15, pp. 335-344.
2. Barton N., Lien R., Lunde J. Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support. Norwegian geotechnical institute report. 1974.
3. Hoek E., Brown E. T. Practical estimates of rock mass strength. International journal of rock mechanics and mining sciences. 1997, vol. 34 (8), pp. 1165-1186.
4. Palmström A. Measurements of and correlations between block size and rock quality designation (RQD). Tunnelling and underground space technology. 2005, vol. 20 (4), pp. 362-377.
5. Deere D. U. Geological considerations. In: Rock mechanics in engineering practice. Wiley. 1968, pp. 1-20.
6. Paillet F. L., Cheng C. H. A numerical investigation of head waves trapped near a borehole in elastic layered media. Geophysics. 1991, vol. 56 (6), pp. 866-875.
7. Williams J. H., Johnson C. D. Acoustic and optical borehole-wall imaging for fractured-rock aquifer investigations. Journal of applied geophysics. 2004, vol. 55 (3-4), pp. 151-159.
8. Holbrook W. S., Kushnir A. R., Marcon V. Borehole optical and acoustic logging for geotechnical and hydrogeological applications. Engineering geology. 2019, vol. 261, P. 105299.
9. Sinha B. K., Kostek S., Govinda S. T. Stress-induced azimuthal anisotropy in borehole flexural waves. Geophysics. 1995, vol. 60 (5), pp. 1376-1391.
10. MacGregor S. Acoustic scanner analysis of borehole breakout to define the stress field across mine sites. In: Proc. 21st Int. conf. ground control in mining, 2012.
11. Guan Z. Y., Jiang Y. D. Research on predicting the risk level of coal mine roof accident using machine learning techniques. Scientific reports. 2025, vol. 15, P. 16255.
12. Benson A. K., Payne K. B., Stubben M. A. Mapping groundwater contamination using dc resistivity and VLF geophysical surveys. Ground water. 1997, vol. 35 (4), pp. 594-604.
13. Topp G. C., Davis J. L., Annan A. P. Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines. Water resources research. 1980, vol. 16 (3), pp. 574-582.
14. Budzeń M., Kołodynska D. Effect of soil compaction on the measurements of complex permittivity. Measurement. 2024, vol. 224, P. 114899.
15. Hu J., Yin J. H., Huang H. W. Experimental study on the variation of soil dielectric permittivity with water content and relative density. Advances in civil engineering. 2022, vol. 2022, P. 3575541.
16. Bobrov P. P., Morozov V. A., Platonov A. A. Assessment of clay and humus content in soils using the dielectric method. Eurasian soil science. 2025, vol. 58 (1), pp. 1-12.
17. Trushko V. L., Rozanov A. O., Acoustic emission criteria for analyzing the process of rock destruction and evaluating the formation of fractured reservoirs at great depths. Journal of Mining Institute. 2024, vol. 269. pp. 848-858.
18. Gaskin G. J., Miller J. D. Measurement of soil water content using a simplified impedance sensor. Journal of agricultural engineering research, 1996, vol. 63 (2), pp. 153-160.
19. Bogena H. R., Huisman J. A., Oberdörster C., Vereecken H. Evaluation of a low-cost soil water content sensor for wireless network applications. Journal of hydrology. 2007, vol. 344 (1-2), pp. 32-42.
20. А.с. 1376754 СССР, МКИ G01V 3/18 Скважинный интроскоп горных пород / Литвинский Г. Г., Касьянов В. А.; Коммунарский горно-металлургический институт. № 4024977; Заявлено 11.02.86; опубл. 22.10.1987. Бюл. № 8.
21. Касьянов, В. А. Исследование трещиноватости пород электроемкостным датчиком. / В. А. Касьянов // Технология, механизация и автоматизация горных работ: сб. науч. тр. – Киев: УМК ВО, 1988. – C. 35-39.
22. Литвинский, Г. Г. Измерение структурных неоднородностей массива при сооружении выработок /Г. Г. Литвинский, В. А. Касьянов // Кемерово: КПИ, 1988 – С. 100-107.
23. А.с. 1794253 СССР, МКИ G01V 3/18 Способ определения неоднородностей массива горных пород / Г. Г. Литвинский, В. А. Касьянов; Коммунарский горно-металлургический институт. № 4790255/25; заявлено 8.02.90; опубл. 7.02.93. Бюл. № 5.
24. Литвинский, Г. Г. Интроскопия структурных неоднородностей массива / Г. Г. Литвинский, В. А. Касьянов // Наукові праці УкрНДМІ: сб. наук. пр. – Донецьк, 2011. – № 9. – С. 190-202.
25. Бабиюк, Г. В. Усовершенствование датчика, зонда и методики электроемкостной интроскопии горных пород / Г. В. Бабиюк, Е. С. Смекалин, В. Ф. Пунтус // Сб. науч. тр. ДонГТУ, 2021. – № 22 (65). – С. 5-14.
26. Модина, Т. О. Применение диэлектроёмкостных датчиков в геоконтроле / Т. О. Модина, В. С. Петренко // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2019. – № 9. – С. 67-76.
27. Литвинский, Г. Г. Устойчивость горных выработок и базовые законы проявлений горного давления / Г. Г. Литвинский // Сб. науч. тр. ДонГТУ. – 2023. – № 30 (73). – С. 5-18.
28. Литвинский, Г. Г. Паспорт устойчивости горной выработки: статика и кинетика / Г. Г. Литвинский // Сб. науч. тр. ДонГТУ. – 2020. – № 18 (61). – С. 5-16.
29. Guan Z. Y., Xie J. L., Wu S. K. and other. Research on predicting the risk level of coal mine roof accident based on machine learning. Scientific reports. 2025, vol. 15, P. 24028.
30. Литвинский, Г. Г. Запредельное поведение пород вокруг горной выработки (порождающее решение) / Г. Г. Литвинский // Сб. науч. тр. ДонГТУ. – 2017. – № 6 (49). – С. 5-13.
31. Литвинский, Г. Г. Статика разрушения и деформирования пород вокруг горной выработки / Г. Г. Литвинский // Сб. науч. тр. ДонГТУ. – 2017. – № 7 (50). – С. 19-30.
32. Литвинский, Г. Г. Размеры и конфигурация зоны запредельных деформаций вокруг выработки / Г. Г. Литвинский // Сб. науч. тр. ДонГТУ. – 2020. – № 20 (63). – С. 19-30.
33. Семёнов, И. А. Портативные системы скважинной интроскопии для горной промышленности / И. А. Семенов, А. Б. Волков, С. Л. Соснин // Горный журнал. – 2020. – № 6. – С. 18-26.

В статье подробно изложены проблемы традиционных методов скважинной интроскопии (оптические телевизоры, акустические зондирования, георадиолокация), которые, будучи эффективными в специализированных условиях, оказываются методически непригодными для технологических шпуров малого диаметра (32-45 мм) с неровными стенками и жёсткими ограничениями по среде.
Сформулирована цель работы – провести системный анализ существующих методов интроскопии и обосновать переход к диэлектроемкостным (ДЭЕ) методам как наиболее простым и практичным для оперативного контроля в технологических шпурах малого диаметра с возможностью последующей интеграцией в системы цифровых двойников (ЦД).
Определена научная идея и новизна исследования: в работе впервые предложена и обоснована концепция интеграции управления устойчивостью выработок на основе диэлектроёмкостной интроскопии (ДЭИ) с цифровыми двойниками (ЦД), где использована содержательная геомеханическая модель локального нормированного критерия разрушения (ЛНКР) и паспорта прочности горной выработки.
Для достижения цели исследований поставлен ряд задач, результаты решения которых изложены в основной части статьи:
– проведен сравнительный анализ различных метод интроскопии, на основе которого показано, что диэлектроёмкостный метод скважинной интроскопии, адаптированный к условиям технологических шпуров, заполняет методическую «лакуну», остающуюся незанятой существующими методами;
– рассмотрены способы практической реализации метода и обоснованы его преимущества для управления устойчивостью выработок, оптимизации крепления и снижения аварийности.
В статье обобщен и максимально структурирован обширнейший материал по различным способам исследования интроскопии. Очень ценно качественное сопоставление методов интроскопии и дополняющая его модель, четко определяющая наличие методической ниши для горнотехнических условий использования технологических шпуров.
В статье изложены разработанные конструктивные основы ДЭИ-интроскопа с кольцевыми и спиральными электродами. Предложена методика калибровки по эталонным средам. Доказано, что метод позволяет количественно оценивать не только наличие трещин, но и их заполнение.
Также показаны пути интеграции результатов интроскопии в рейтинговые системы (RQD, RMR, Q) и в цифровые двойники горных выработок. При регулярных замерах возможно прогнозировать развитие зон запредельных деформаций и своевременно корректировать параметры крепи.
Экономическая оценка подтверждает целесообразность внедрения интроскопов: себестоимость портативного интроскопа невысока (около 150 долл.), что позволяет окупить затраты за 2-3 месяца за счёт предотвращения одного обрушения или сокращения перерасхода крепи. Дальнейшее развитие метода связано с автоматизацией обработки, созданием баз данных трещиноватости и полномасштабным переходом к предикативному управлению устойчивостью выработок на больших глубинах.
Статья написана на актуальную тему, технически грамотным языком, имеет цель работы, логическое построение, анализ результатов и сформулированные выводы. Представленная статья содержит новый научный материал, оформлена в соответствии с требованиями к научным публикациям в сборнике «Труды РАНИМИ». Результаты достоверны, в статье на заимствованные материалы даны ссылки.
Считаю, что по содержанию, объему и оформлению статья соответствует научным работам по специальности «Геотехнология» и может быть опубликована в сборнике «Труды РАНИМИ».