Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей

Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей

Предметом аналізу в роботі є можливість виявлення зон підвищеного гірського тиску засобами шахтної сейсморозвідки. Описані закономірності зміни інформативних параметрів сейсмічних хвильових полів при наявності аномалій....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2013
1. Verfasser: Педченко, М.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2013
Schriftenreihe:Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57146
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей / М.А. Педченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 166-178. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-57146
record_format dspace
spelling irk-123456789-571462014-03-05T03:01:23Z Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей Педченко, М.А. Предметом аналізу в роботі є можливість виявлення зон підвищеного гірського тиску засобами шахтної сейсморозвідки. Описані закономірності зміни інформативних параметрів сейсмічних хвильових полів при наявності аномалій. The object under review is capability of delineation of increased pressure zones using instruments of seismic exploration in mines. Regularities of changes in information parameters of seismic wave fields in case of anomalies are described. 2013 Article Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей / М.А. Педченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 166-178. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57146 550.834: 622.12 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Предметом аналізу в роботі є можливість виявлення зон підвищеного гірського тиску засобами шахтної сейсморозвідки. Описані закономірності зміни інформативних параметрів сейсмічних хвильових полів при наявності аномалій.
format Article
author Педченко, М.А.
spellingShingle Педченко, М.А.
Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей
Наукові праці УкрНДМІ НАН України
author_facet Педченко, М.А.
author_sort Педченко, М.А.
title Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей
title_short Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей
title_full Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей
title_fullStr Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей
title_full_unstemmed Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей
title_sort теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей
publisher Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate 2013
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57146
citation_txt Теоретические исследования влияния зон повышенного горного давления на информативные характеристики сейсмоакустических волновых полей / М.А. Педченко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 12. — С. 166-178. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series Наукові праці УкрНДМІ НАН України
work_keys_str_mv AT pedčenkoma teoretičeskieissledovaniâvliâniâzonpovyšennogogornogodavleniânainformativnyeharakteristikisejsmoakustičeskihvolnovyhpolej
first_indexed 2025-07-05T08:24:35Z
last_indexed 2025-07-05T08:24:35Z
_version_ 1836794643690291200
fulltext Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 166 УДК 550.834: 622.12 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЗОН ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ИНФОРМАТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ Педченко М. А. (УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина) Предметом аналізу в роботі є можливість виявлення зон підвищеного гірського тиску засобами шахтної сейсморозвідки. Описані закономірності зміни інформативних параметрів сейс- мічних хвильових полів при наявності аномалій. The object under review is capability of delineation of increased pressure zones using instruments of seismic exploration in mines. Regularities of changes in information parameters of seismic wave fields in case of anomalies are described. Экспериментальные исследования, проводимые на базе УкрНИМИ, показали, что под действием горного давления с направлением близким к нормальному по отношению к направ- лению распространения трещин происходит их закрытие, вызы- вая при этом увеличение модулей упругости угля и вмещающих пород. Наиболее сильное влияние горное давление оказывает на угольный пласт, так как уголь имеет более высокую трещинную пористость и пластичность по сравнению с вмещающими поро- дами. Такой механизм влияния горного давления на физико- механические свойства углепородного массива приводит с одной стороны к увеличению акустической жесткости угля и вмещаю- щих пород, а с другой к снижению резкости акустических гра- ниц, так как акустическая жесткость угля возрастает под дей- ствием горного давления наиболее интенсивно. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 167 По результатам проводимых на базе УкрНИМИ исследова- ний к информативным параметрам волновых пакетов, на которые оказывают влияние зоны повышенного горного давления, отно- сятся: – скорость первых вступлений волновых пакетов всех типов волн; – скорость максимумов огибающих волновых пакетов всех типов волн; – разность времен прихода боковых Р и SV- волн на Х и Z- компонентах; – длительность волновых пакетов всех типов боковых волн; – частота максимума амплитудного спектра волновых паке- тов всех типов волн; – амплитуда волновых пакетов всех типов волн. Для проведения экспериментов использовались сейсмогео- логические модели, наиболее характерных для центрального ре- гиона Донбасса угольных пластов, горно-геологические условия залегания которых соответствуют большинству активно работа- ющих угольных предприятий. Базовая модель представляет со- бою выдержанный пласт угля марки «Ж» мощностью 1 м, зале- гающий между слоями алевролита и песчаника. При исследованиях влияния зон повышенного горного дав- ления на сейсмоакустическое волновое поле предполагается, что горное давление приложено на интервале длиной L (рис. 1). С це- лью описания закономерности изменения горного давления на исследуемом интервале был введен параметр 100× ∆ = o G µ µ (%), характеризующий изменение упругих констант на заданном участке. Характер изменения параметра G в плоскости модели приведен на рисунке 2. В качестве инструмента использовалось разработанное на базе УкрНИМИ программное обеспечение, позволяющее моде- лировать распространение волновых полей в породном массиве с учетом поглощающих свойств среды [1]. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 168 Рис. 1. Сейсмогеологическая модель, с нарушением и ситуа- ционной основой Рис. 2. Изменение горного давления в плоскости модели В первой серии экспериментов основное внимание было уделено зависимости характеристик сигнала от изменения упру- гих констант в зоне аномалии. Моделирование проводилось, для источника с узким частотным спектром с максимумом на отметке 200 Гц. По результатам расчетов были получены наборы теоре- тических сейсмограмм для сейсмоприемников установленных вдоль пласта. На рисунке 3 представлены теоретические сейсмо- граммы, рассчитанные при значении параметра G=26 %. На кото- рых можно отметить изменение направления годографа боковых волн при прохождении зоны повышенного давления. Также про- 150м ПВ 1м СП1 СП2 СП3 СПn - песчаник - уголь - алевролит - выработка L условные единицы L G Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 169 слеживается формирование отраженных от зоны ПГД волн (на рис. 3 они обозначены стрелкой). Рис. 3. Теоретические сейсмограммы для источника с часто- той 200 Гц G = 26 % На рисунке 4 приведены изменения значений амплитуд бо- ковых волн сжатия (а) и сдвига (б) рассчитанных для изменений значения параметра G от 1 % до 26 % и изменения значения па- раметра L от 10 % до 90 % длинны моделируемого участка, ( ) n adA G A A= , где Аn – амплитуда волны рассчитанная для ис- точника без нарушения, Аa – значения амплитуд полученные в результате численных экспериментов. Значения брались для сей- смоприемника расположенного внутри пласта на максимальном отдалении от источника колебаний. На полученных графиках прослеживается четкая зависи- мость снижения значения амплитуды при росте горного давле- ния. Можно заметить, что изменение давления в большей степени оказывает влияние на боковые волны сжатия. Как видно падение амплитуд с ростом давления происходит практически линейно, но можно отметить, что изменение давления в пределах от 1 до 6 % оказывает незначительное влияние на падение амплитуды боковых волн сжатия. При этом, на участке 6 % – 26 % отмечает- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 170 ся резкое снижение амплитуды боковых волн сжатия. При этом снижение боковых волн сдвига происходит равномерно для всех значений G. а) б) Рис. 4. Зависимости изменения амплитуд боковых волн сжа- тия (а) и сдвига (б) от параметров зоны ПГД 1 1,02 1,04 1,06 1,08 1,1 1,12 1,14 1,16 1,18 1,2 1% 6% 11% 16% 21% 26% dA G% L=90 L=80 L=70 L=60 L=50 L=40 L=30 L=20 L=10 1 1,02 1,04 1,06 1,08 1,1 1,12 1,14 1,16 1,18 1,2 1% 6% 11% 16% 21% 26% dA G% L=90 L=80 L=70 L=60 L=50 L=40 L=30 L=20 L=10 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 171 Так же проводились исследования влияние зон ПГД на ско- рость первого вступления боковых волн. На рисунке 5 показаны изменения скоростей боковых волн сжатия (а) и сдвига (б) в за- висимости от моделируемых параметров зоны ПГД ( ) n adV G V V= где Vn – значение скоростей в модели без нарушений, Va – скоро- сти, полученные в результате численных экспериментов. а) б) Рис. 5. Зависимости изменения скоростей первых вступле- ний боковых волн сжатия (а) и сдвига (б) от пара- метров зоны ПГД 1 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1 6 11 16 21 26 dV G% L=90 L=80 L=70 L=60 L=50 L=40 L=30 L=20 L=10 1 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1 6 11 16 21 26 dV G% L=90 L=80 L=70 L=60 L=50 L=40 L=30 L=20 L=10 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 172 Можно сделать вывод, что рост концентрации напряжений ведет к росту скоростей всех типов волн. Если в случае с амплитудами зависимость не очевидна, то данные изменения очень хорошо согласовываются с теорией. Действительно, из геометрических соображений легко убедиться в том, что для оценки времени первого вступления верная следу- ющая формула (приведен пример для боковой волны сжатия):         × − += аномpp аномpp p p VV VV L V Rt , (1) где tp – время первого вступления боковой волны сжатия; R – расстояние от источника колебаний до сейсмоприемни- ка; Vp – скорость распространения волн сжатия; аномpV – средняя скорость распространения волн сжатия в зоне повышенного горного давления; L – ширина данной зоны. Поскольку в зоне ПГД аномpp VV < , для данного типа нару- шения характерно уменьшение времени первых вступлений отображенных волновых пакетов. Выражение для боковых волн сдвига можно записать в виде:         × − += аномss аномss s s VV VV L V Rt 2 . (2) Обработка полученных в результате численных экспери- ментов теоретических сейсмограмм показывает высокую степень схождения времени прихода волн разных типов с выражениям (1) и (2). Для боковых волн сжатия отклонения не превышает 1-2 %, для волн сдвига – 5 %. При этом следует учесть, что если время первого вступления волн сжатия можно определить достаточно точно, то сдвиговых волн могут возникнуть трудности. Анализ полученных зависимостей изменения скоростей от параметров зон ПГД позволяет сделать вывод, что изменение горного давления в большей мере оказывает влияние на скорости боковых волн сдвига, рост скоростей происходит практически Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 173 линейно, и хорошо прогнозируем, что позволит использовать данную закономерность как информативный критерий выявления зон ПГД. С целью проверки полученных в закономерностей было проведено сравнение полученных закономерностей с результата- ми других исследований, изложенными в работе [2], где приведе- ны зависимости параметров сигнала от акустической резкости отражающей границы, создаваемой зоной ПГД. Сравнение полу- ченных в результате численных экспериментов данных [2] с ре- зультатами, полученными в данной работе, показывает, что, не смотря на расхождения в значениях амплитуд, наблюдается схо- жий характер зависимости и соотношений между амплитудами боковых волн сдвига и сжатия. На рисунке 6 представлена зависимость амплитуд волновых пакетов от степени изменения плотности и скоростных характе- ристик угля в зоне трещиноватости, теми же изменениями свойств угля и пород (5 %, 10 %, 20 % и 30 %) только взятыми с обратным знаком. Полученные данные аппроксимировались ли- нейными функциями. Результаты данных расчетов показывают, что сейсмические волны реагируют на повышение акустической жесткости среды в зоне ПГД вдвое слабее, чем на такое же по ве- личине понижения акустической жесткости среды в зоне повы- шенной трещиноватости. Этот факт хорошо согласовывает с дан- ными, приведенными в монографии [2]. В ходе второй серии численных экспериментов проводились исследования изменения информативной характеристики волно- вых полей в зависимости от протяженности зоны повышенного горного давления (L), которая изменялась в диапазоне от 10 % до 90 % длины исследуемого участка. По результатам численных экспериментов, как и в предыдущих численных экспериментах, были получены теоретические сейсмограммы для сейсмоприем- ников, установленных вдоль направления распространения сей- смических колебаний. На рисунке 7 представлены примеры таких сейсмограмм, рассчитанные для источника с частотой 200 Гц для длины зоны ПГД 20 % (30 м) и 60 % (90 м) от общего размера модели. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 174 1) боковая волна сжатия, 2) боковая волна сдвига. Рис. 6. Зависимость амплитуд боковых волн от степени из- менения плотности и скоростных характеристик уг- ля в зоне трещиноватости (ширина зоны составляет 40 м) Как видно на теоретических сейсмограммах, направление годографа боковых волн меняется непосредственно в зоне повы- шенного горного давления. Были исследованы закономерности изменения максимума модуля амплитуды боговых волн в зоне повышенного горного давления, результаты численных экспери- ментов приведены на рисунке 8. Как видно, тенденция снижения амплитуды с изменением параметров зоны ПГД в сторону увеличения – сохранилась. На полученных графиках прослеживается четкая зависимость сни- жения значения амплитуды при увеличении протяженности зоны повышенного горного давления. Можно заметить, что изменение давления в большей степени оказывает влияние на боковые вол- ны сжатия. Как видно падение амплитуд с увеличением протя- женности зоны ПГД происходит практически линейно. При этом следует отметить, что изменение протяженности в пределах от 10 до 20 % оказывает достаточно незначительное влияние на паде- Степень изменения упругих параметров угля (%) -30 -20 -10 А мп ли ту да с иг на ла (у сл . е д. ) 0.005 0.015 0.020 0.010 1 2 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 175 ние амплитуды боковых волн сжатия, но при этом изменение протяженности с 20 % до 30 % общей длины модели оказывает существенное влияние на амплитуды боковых волн сжатия. При этом на амплитудах боковых волн сдвига это практически не от- ражается. а) б) Рис. 7. Теоретические сейсмограммы для источника с часто- той 200 Гц, L = 20 % (30 м) (а); L = 60 % (90 м) (б) Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 176 a) б) Рис. 8. Зависимости изменения амплитуд боковых волн сжа- тия (а) и сдвига (б) от протяженности зоны ПГД Аналогичным, как и в первом эксперименте, образом прово- дились исследования влияния протяженности зоны повышенного горного давления на скорости первых вступлений волновых па- кетов. Корреляционные зависимости изменения скоростей вступ- лений боковых волн сжатия (а) и сдвига (б) приведены на рисун- ке 9. 1 1,02 1,04 1,06 1,08 1,1 1,12 1,14 1,16 1,18 1,2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 dA L% G=26 G=21 G=16 G=11 G=6 1 1,02 1,04 1,06 1,08 1,1 1,12 1,14 1,16 1,18 1,2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 dA L% G=26 G=21 G=16 G=11 G=6 G=1 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 177 а) б) Рис. 9. Зависимости изменения скоростей первых вступле- ний боковых волн сжатия (а) и сдвига (б) от измене- ния протяженности зоны ПГД Результаты расчетов свидетельствуют о том, что при ис- пользовании метода сейсмопросвечивания для прогноза зон ПГД следует учитывать, что увеличение плотности и скоростных ха- рактеристик угля на каждые 10 % может вызвать уменьшение амплитуды боковых волн на величину порядка 5-10 %. Причем боковые волны сдвига сильнее реагируют на наличие аномалии. При этом уменьшение плотности и скоростных характеристик 1 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 10 20 30 40 50 60 70 80 90 dV L% G=26 G=21 G=16 G=11 G=6 G=1 1 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 10 20 30 40 50 60 70 80 90 dV L% G=26 G=21 G=16 G=11 G=6 G=1 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 12, 2013 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 12, 2013 178 угля в зоне трещиноватости на каждые 10 % может вызвать уменьшение амплитуды боковых волн на 15-30 % от значений в ненарушенном массиве. Установлена зависимость амплитуды боковых волн и скоро- сти их первого вступления от степени изменения упругих кон- стант в зоне ПГД. Для оценки ширины зоны аномалии по времени первых вступлений боковых волн сдвига и сжатия могут быть использо- ваны приближенные соотношения (1) и (2). При прогнозе ПГД следует учитывать, что увеличение про- тяженности зоны может приводить не к уменьшению, а к увели- чению регистрированных амплитуд боковых волн всех типов. При прогнозе зоны ПГД рост протяженности зоны всегда приводит к уменьшению амплитуд боковых волн всех типов. СПИСОК ССЫЛОК 1. Анциферов А. В. Модифицированный метод математического моделирования процесса распространения колебаний в угле- вмещающей толще / Анциферов А. В., Глухов А. А., Педчен- ко М. А., Трофимов В. В. // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. –– Донецьк : УкрНДМІ НАН України, 2008. –– № 3. –– С. 153––160. 2. Анциферов А. В. Теория и практика шахтной сейсморазведки. –– Донецк : ООО “Алан”, 2002. –– 312 с.

Ähnliche Einträge