CC BY
23
---------------------------------- © A.C. Трифонов, М.Г. Тирксль,
В.В. Туманов, А.И. Архипенко, 2008
УДК 550.834:622.12
А.С. Трифонов, М.Г. Тиркель, В.В. Туманов,
А.И. Архипенко
МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОЙ ЛОКАЦИИ ИЗ ЗАБОЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ
Семинар № 3
Планомерность и безопасность подготовительных и очистных работ в сложных горногеологических условиях определяется своевременностью получения и полнотой информации о геотектонической обстановке в отрабатываемом углевмещающем массиве. В отношении информативности, оперативности и технологичности получения данных о малоамплитудной тектонике наиболее предпочтительными являются методы исследования горного массива упругими волновыми полями [1]. Применительно к пространственной ограниченности забоя подготовительной выработки, использование стандартных методов сейсморазведки отраженными волнами (МОВ ОГТ) достаточно проблематично и, при расположении нарушения впереди забоя выработки, малопродуктивно.
Основным принципиальным моментом сейсмолокации является высокая интенсивность отражений от литологических границ в кровле и почве угольного пласта, затрудняющих идентификацию отражений от геологических нарушений в плоскости исследуемого пласта. Помимо этого, краевая часть пласта, деструктиро-ванная горным давлением пород кровли, обладает резонансными свой-
ствами в широком диапазоне частот, определяющими возрастание длительности прямого сигнала с соответствующим возрастанием временного диапазона с затруднительным или невозможным выделением полезных отражений. Таким образом, глубинность зондирования уголепородного массива из подготовительного забоя и возможность получения отражений от достаточно близких к забою выработки геологических нарушений определяется эффективностью методических приемов подавления неинформативных отражений от породных слоев и степенью минимизации длительности прямого сигнала.
Снижение длительности прямых колебаний возможно с уменьшением базы между пунктами приема и возбуждения упругих волн с тем, чтобы исключить в прямом сигнале поперечные, преломленные и низкоскоростные каналовые волны. С учетом необходимости размещения источника и приемника упругих колебаний в шпурах (для устранения отрицательного влияния на параметры регистрируемого отклика массива деструктиро-ванной краевой части угольного пласта) указанная база, при длине шпуров до 1,5-2-х значений мощности пласта может составлять порядка 10-
15 см (с учетом погрешности направления шпуров). В этом случае, при зондировании на различных участках забоя и примыкающих к нему стенок выработки с соблюдением идентичности размещения пунктов приема и возбуждения по мощности пласта, прямой сигнал и отражения от литологических границ будут практически синфазные (с учетом возможных незначительных различий литологии пород в кровле и в почве пласта в области забоя выработки) и достаточно коррелируемы по волновой структуре. Времена же вступления отражений от границ в плоскости пласта будут различаться в зависимости от удаленности пункта зондирования от отражающей границы. Эти обстоятельства предопределяют возможность подавления прямых волн, отражений от литологических границ и обнажения угольного пласта процедурой суммирования сигналов различных пунктов зондирования в противофазе [2, 3].
В реальных условиях, вследствие анизотропии угольного пласта (наличие кливажа, породных пропластков) и вмещающих пород, возможны определенные энергетические и структурноволновые различия отраженных сигналов от породных слоев с соответствующим снижением эффективности подавления этих помех. На рис. 1 показаны примеры сейсмических записей, полученных при зондировании угольного пласта в забое 6-го северного откаточного штрека пласта к51 (мощность пласта 0,6-0,7 м) шахты ЧП «Горняк» (г. Макеевка) при базе между пунктами возбуждения и приема упругих колебаний ~0,3-0,5 м с размещением пунктов приема и возбуждения в шпурах длиной 1,2-1,4 м. Сейсмический сигнал возбуждался скважинным механическим импульсным источником, принимался скважинным сейсмоприемником с электродинамическим преобразовате-
лем (SM-4/7 фирмы «SENSOR», Голландия) и регистрировался шахтной цифровой суммирующей сейсмостанцией СШ-2К с шагом дискретизации 4 кГц.
Длительность прямого сигнала на уровне 0,05 значения максимальной амплитуды составляет ~20 мс (см. рис. 1, а). Эта величина получена при использовании источника, в котором прижимаемая к забою скважины наковальня акустически развязана с корпусом источника, который в свою очередь, посредством специальных распоров из мягких полимерных материалов, также акустически развязан с угольным массивом. Перемещаемая с ускорением в корпусе ударная масса, выполнена составной с демпфирующими прокладками, исключающими собственные резонансные проявления массы. При возбуждении сигнала, обычно используемым в шахтной сейсморазведке, ударом по помещенной в шпур передаточной металлической штанге, длительность прямого сигнала на уровне 0,05 максимальной амплитуды достигает 30-35 мс.
Временной диапазон исходных сейсмических сигналов 20-60 мс (см. рис. 1, а) насыщен отражениями от литологических границ и достоверная идентификация в нем отражений от геологических нарушений затруднительна и неоднозначна. После суммирования исходных сигналов двух пунктов зондирования в противофазе с предварительной полосовой фильтрацией (200-1000 Гц), нормированием сейсмических записей по энергетическим показателям прямого сигнала и скользящим осреднением абсолютных значений сигналов (по значениям трех дискретов) с представлением сейсмической записи в абсолютных значениях амплитуд, общий характер временного диапазона отражений заметно упрощается с уменьшением фоновых значений до трех-пяти раз (см. рис. 1, б). При этом контрастно
а
б
Рис. 1. Примеры сигналов зондирования на малой базе при сейсмоакустической локации из забоя подготовительной выработки: а - примеры исходных сигналов, б -сейсмическая запись в виде абсолютных значений амплитуд результата суммирования в про-тивофазе нормированных и осредненных исходных сигналов
проявляются отражения от геологических аномалий (25-ая, 33-я и 52-ая миллисекунды записи). В рассматриваемом случае при ориентировочной скорости упругих колебаний ~3000 м/сек (с учетом мощного аргиллита в
основной кровле) выделяемые отражения соответствуют отражающим границам в ~37-ми, 50-ти и 78-ми метрах от забоя выработки.
Эти данные позволили уточнить местоположение Грузкого надвига и ниж-
ней ветви Северного надвига, подтвержденное впоследствии дальнейшей проходкой 6-го северного откаточного штрека.
Таким образом, полученные результаты позволяют говорить об эффективности сейсмоакустической локации из подготовительного забоя при малых базах между пунктами возбуждения и приема упругих колебаний с подавлением отражений от литологических границ суммированием сигналов различных пунктов зондирования в проти-вофазе. Проведение зондирования в нескольких пунктах забоя и, примыкающих к нему, стенок выработки обеспечивает возможность получения информации о наличии и местоположении малоамплитудной тектоники вокруг подготовительного забоя на глубину до 80-100 м при «мертвой» зоне порядка 30 метров, определяемой длительностью прямого сигнала.
В техническом плане глубинность зондирования углевмещающего массива может быть повышена за счет снижения реверберационных процессов в скважине с сейсмоприемником (например, заполнением ее поглощающим материалом), более эффективного ис-
1. Анциферов A.B., Тиркель М.Г., Компанец А. И. Прогноз зон повышенной выбросоопасности из забоя одиночной горной выработки. В сб.: Горная геофизика. -Пермь, 1993. - 88 с.
2. А.с. 1489414 СССР, G 01 V 1/00. Способ внутрипластовой сейсморазведки / А.С. Трифонов (СССР). - Опубл. 04. 03. 87.
3. А.с. 1157492 СССР, G 01 V 1/00. Способ сейсмоакустического исследования
пользования динамического диапазона регистрирующей аппаратуры за счет исключения из регистрации, посредством временной задержки, наиболее интенсивной части прямых волн и многократностью накопления сейсмического сигнала.
В отношении повышения точности определения местоположения отражающей границы, зондирование на малой базе позволяет производить сканирование исследуемого массива диаграммой направленности источника и приемника упругих колебаний [4] с определением направления на отражающую границу по характеру разрастания амплитуды отражений от границ в плоскости исследуемого пласта. При этом энергетические показатели отражений от литологических границ остаются неизменными, независимо от ориентации диаграммы направленности пункта зондирования в плоскости пласта. Это обстоятельство повышает достоверность идентификации информативных отражений, и комплексное использование рассмотренных методических приемов предопределяет эффективность и точность сейсмоакустиче-ской локации.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
угольного пласта из забоя горной выработки / А.С. Трифонов и И.С. Исаев (СССР). -Опубл. 23.05.85. Бюл. № 19
4. Пат. № 17141 Украина, МПК (2006) G 01 V 1/00; Способ сейсмолокации из забоя горной выработки / А.В. Анциферов, А.С. Трифонов, М.Г. Тиркель, В.В. Туманов и А.И. Архипенко. Украина. -Опубл. 15.09.2006, Бюл. № 9, 2006 г. ШИН
Коротко об авторах
Трифонов A.C., Тиркель М.Г., Туманов Б.Б., Архипенко А.И. - Укр НИМИ НАН Украины, г. Донецк.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 3 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Б.Л. Шкуратник.
