Detection of multilayer cavities by employing RC-DTH air hammer system and cavity auto scanning laser system

• Autorzy: Luo Y. , Li L. , Peng J. , Yin K. , Li P. , Gan X. , Zhao L. , Su W.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amsc-2015-0069

Warianty tytułu

PL

Wykrywanie pustek obejmujących kilka warstw podłoża przy wykorzystaniu układu złożonego z młota pneumatycznego wgłębnego z odwrotnym obiegiem płuczki RC-DTH i automatycznego układu laserowego do skanowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The subterranean cavities are seriously threatened to construction and mining safety, and it’s important to obtain the exact localization and dimensions of subterranean cavities for the planning of geotechnical and mining activities. Geophysical investigation is an alternative method for cavity detection, but it usually failed for the uncertainly solution of information and data obtained by Geophysical methods. Drilling is considered as the most accurate method for cavity detection. However, the conventional drilling methods can only be used for single cavity detection, and there is no effective solution for multilayer cavities detection have been reported. In this paper, a reverse circulation (RC) down-the-hole (DTH) air hammer system with a special structured drill bit is built and a cavity auto scanning laser system based on laser range finding technique was employed to confirm the localization and dimensions of the cavities. This RC-DTH air hammer system allows drilling through the upper cavities and putting the cavity auto scanning laser system into the cavity area through the central passage of the drill tools to protect the detection system from collapsing of borehole wall. The RC-DTH air hammer system was built, and field tests were conducted in Lanxian County Iron Ore District, which is located in Lv Liang city of Shan Xi province, the northwest of china. Field tests show that employing the RC-DTH air hammer system assisted by the cavity auto scanning laser system is an efficiency method to detect multilayer cavities.

PL

Podziemne wgłębienia i pustki stanowią poważne zagrożenie dla budowli oraz dla działalności górniczej; dlatego też podstawowym zagadnieniem jest ich dokładna lokalizacja i określenie wymiarów. Jest to niezbędne dla planowania prac geotechnicznych i wydobywczych. Badania geofizyczne są alternatywną metodą wykrywania podziemnych zagłębień, zazwyczaj jednak okazują się nieskuteczne ze względu na niepewność rozwiązań oraz danych uzyskiwanych za pomocą metod geofizycznych. Wykonanie odwiertu jest najdokładniejszą metodą wykrywania zagłębień i pustek, jednakże konwencjonalne metody prowadzenia wierceń pozwalają na wykrycie jednego tylko zagłębienia, nie ma też skutecznego rozwiązania kwestii istnienia zagłębień i pustek przechodzących przez liczne warstwy górotworu. W pracy omówiono zastosowanie układu młota pneumatycznego wgłębnego z odwrotnym obiegiem płuczki, wyposażonego w odpowiednie urządzenie wiertnicze, oraz układu skanera laserowego wykorzystującego technikę dalmierza do potwierdzania lokalizacji pustek i ich wymiarów. Prezentowany młot umożliwia dokonanie odwiertu w zagłębieniach i pustkach znajdujących się w warstwach wierzchnich, następnie w zagłębieniu tym umieszczane jest laserowe urządzenie skanujące powierzchnię komory wprowadzane poprzez główny kanał w urządzeniu wiertniczym, tak by zabezpieczyć skaner na wypadek osunięcia się ścian otworu. Układ składający się z młota pneumatycznego zbudowano i przetestowano w warunkach polowych w zagłębiu miedziowym w okręgu Lanxian, w pobliżu miasta LV Liang w prowincji Shan Xi, w północno-zachodnich Chinach. Badania przeprowadzone w terenie wykazały, że zastosowanie układu złożonego z młota pneumatycznego wgłębnego RC-DTH wraz z laserowym skanerem jest skuteczną metodą wykrywania pustek przechodzących przez liczne warstwy.

Słowa kluczowe

EN

multilayer cavities detection; RC-DTH air hammer; drill bit; cavity auto scanning laser system

PL

wykrywanie pustek przechodzących przez liczne warstwy górotworu; młot pneumatyczny wgłębny z odwrotnym obiegiem płuczki; urządzenie wiertnicze; laserowy skaner pustek

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, no. 4
• Strony: 1041--1052
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Luo Y.

• College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130026, People’s Republic of China

autor

Li L.

• College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130026, People’s Republic of China

autor

Peng J.

• College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130026, People’s Republic of China

autor

Yin K.

• College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130026, People’s Republic of China

autor

Li P.

• College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130026, People’s Republic of China

autor

Gan X.

• College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130026, People’s Republic of China

autor

Zhao L.

• Lanxian County Mine Co. Ltd. Tisco, Taiyuan 033504, People’s Republic of China

autor

Su W.

• Chang SHA Institute of Mining Research. Ltd., Changsha 410012, People’s Republic of China

Bibliografia

• [1] Beres M., Luetscher M., Olivier R., 2001. Integration of ground-penetrating radar and microgravimetric methods to map shallow caves. Journal of Applied Geophysics, 46 (4): 249-262.
• [2] Cardarelli E., Cercato M., Cerreto A., Filippo G.D., 2010. Electrical resistivity and seismic refraction tomography to detect buried cavities. Geophysical Prospecting, 58 (4): 685-695.
• [3] Chalikakis K., Plagnes V., et al., 2011. Contribution of geophysical methods to karst-system exploration: an overview. Hydrogeology Journal, 19 (6): 1169-1180.
• [4] Chamberlain A.T., Sellers W., Proctor C., Coard R., 2000. Cave Detection in Limestone using Ground Penetrating Radar. Journal of Archaeological Science, 27 (10): 957-964.
• [5] Nagib Chamon, Lorenz Dobereiner, 1988). An Example of the Use of Geophysical Methods For the Investigation of a Cavern in Sandstones. Bulletin of the international association of engineering geology, 37-43.
• [6] Giorgi L.D., Leucci G., 2014. Detection of Hazardous Cavities Below a Road Using Combined Geophysical Methods. Surveys in Geophysics.
• [7] Franca L.F.P., 2011. A bit-rock interaction model for rotary-percussive drilling. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 48 (5): 827-835.
• [8] Grandjean G., Leparoux D., 2004. The potential of seismic methods for detecting cavities and buried objects: experimentation at a test site. Journal of Applied Geophysics, 56 (2): 93-106.
• [9] Kosecki A., Piwakowski B., Driad-lebeau L., 2010. High resolution seismic investigation in salt mining context. Acta Geophysica, 58 (1): 15-33.
• [10] Leucci G., Giorgi L.D. 2005. Integrated geophysical surveys to assess the structural conditions of a karstic cave of archaeological importance. Natural Hazards and Earth System Science, 5 (1): 17-22.
• [11] Li X., Yao M. et al., 2004. Laser principle technic and application. Chna, Harbin: Harbin Institute of Technology press.
• [12] Liu Kewei., 2012. Study of 3D laser scanning, visualiztion and analysis of the stability of hazardous cavity under OPEN-PIT mine. Central South University, p1-2.
• [13] Melaned Y., Kiselev A. et al., 2000. Hydraulic Hammer Drilling Technology: Developments and Capabilities. Journal of Energy Resources Technology, (122): 1-7.
• [14] Militzer H., Rosler R., Losch W., 1977. For Cavity Research Resistivity by R. Rosler, and W. L&Ch. Cavity Research, 640-652.
• [15] Mochales T., Casas A.M. et al., 2008. Detection of underground cavities by combining gravity, magnetic and ground penetrating radar surveys: a case study from the Zaragoza area, NE Spain. Environmental Geology, 53 (5): 1067-1077.
• [16] Mochales T., Casas A.M., Pueyo E.L., Pueyo O., 2008. Detection of underground cavities by combining gravity, magnetic and ground penetrating radar surveys: a case study from the Zaragoza area, NE Spain. Environmental Geology, 53 (5): 1067-1077.
• [17] Schoor M.V., 2002. Detection of sinkholes using 2D electrical resistivity imaging. Journal of Applied Geophysics, 50 (4): 393-399.
• [18] Wu Qihong, 2010. Analyzing Stability Synthetically and Researching Treatment Methods on the Complicated Multi-layer Mine-out Areas. Central South University. p1.
• [19] Liu Xiling, Li Xibing, Lifaben, Zhao Guoyan, Qin Yuhui, 2008. 3D cavity detection technique and its application based on cavity auto scanning laser system. J. Cent. South Univ. Technol., (15): 285-288.
• [20] Luo Yizhong, 2005. Major Hazard Source Identification of Widespread Mined-out Area Instability. Central South University. p1-4.
• [21] Zhang Jinzhu, Zhang Jinliang, Zhu Hongwei, 2010. Treatment and Survey Technology to Stoped Out Areas of the Sandaozhuang Molybdenum Deposit. Geology of Shanxi, (02): 81-85.