Методы и средства оценки нарушенности угольных пластов

14.11.2019

В последние 10—15 лет ведутся интенсивные исследования с целью создания методов и средств сейсморазведки мелкоамплитудных нарушений из подземных выработок и скважин, созданы сейсмостанции (табл. 8.3).

Станции ШСА-2 и типа 8ШАИ-4 выпускаются неспециализированными заводами, имеют сравнительно плохие метрологические характеристики, несовершенные и мало производительные. Станция "Тектоника-2", аналоговая по своим характеристикам, отстает от лучших зарубежных цифровых образцов по динамическому диапазону, стабильности показаний и возможности автоматизации обработки шахтных геофизических данных.

Зарубежные станции имеют низкий частотный диапазон, как правило не соответствуют требованиям исполнения по искровзрывозащите.

В качестве сейсмоприемников используются в основном серийные геофоны (табл. 8.4).



ИГД им. А. А. Скочинского проведен ряд исследований с аппаратурой ПАМЗ-8 (рис. 8.18), разработанной ТО ЦНИГРИ, и сейсмоприемниками СВ-30.

Для определения положения тектонического нарушения внутри выемочного столба при столбовой системе разработки или впереди лавы при сплошной системе использованы методы внутрипластовых проходящих, отраженных и преломленных волн.

Проведение шахтной сейсморазведки возможно при условии наличия методики наблюдения, интерпретации полученных данных и аппаратуры, реализующей данную методику.

На основании теоретических и экспериментальных исследований получены предпосылки к применению высокочастотного сейсмического метода обнаружения нарушения угольного пласта, которые состоят в следующем.

Метод проходящих волн (МПВ) позволяет оконтурить зону статической аномалии по кинетическим и динамическим параметрам внутрипластовых волн. Можно определить тип нарушения. Достигнутая максимальная дальность — 2—2,5 км при мощности пласта 2 м.

Метод отраженных волн (MOB) применяется для прослеживания тектонического нарушения с амплитудой 20 % от мощности пласта на расстоянии порядка 200 м.

Минимальная мощность пласта на исследуемом участке составляет 0,6 м как для МОВ, так и для МПВ.

Угол падения пласта не оказывает влияния на процесс распространения интерференционных волн, если он остается постоянным на исследуемом участке.

Применение группирования сейсмоприемников позволяет использовать шахтную высокочастотную сейсморазведку в условиях высокого уровня технологических шумов и получать диаграмму направленности группы по смещениям, что позволяет устранить основной недостаток метода веерного просвечивания.

Параметры источника возбуждения сигнала оказывают существенное влияние на качество сейсмического материала, и позволяют улучшить обработку и интерпретацию сейсмограмм.

На выбор схемы наблюдений в шахтной сейсморазведке оказывает влияние ряд обстоятельств, основными из которых являются: аппаратурный фактор, связанный с наличием в аппаратуре автоматической и программной регулировки усиления (АРУ и ПРУ), что обусловливает возможность использования MOB в шахтной сейсморазведке; наличие выработок, оконтуривающих исследуемый участок; достаточная изученность волновой картины, присущей данному участку наблюдений.

Для обнаружения и оконтуривания сейсмической аномалии по кинематическим и динамическим параметрам используется метод проходящих волн (рис. 8.19), при котором пункты возбуждения (1) и профили наблюдения (1—2) меняются местами. Расстояние между источником возбуждения и профилем наблюдения при этом методе ограничен размерами исследуемого участка и интенсивностью источника возбуждения.

Методы преломленных (МПВ) и отраженных (MOB) волн (рис. 8.20) позволяют проследить преломляющие и отражающие границы оконтуренной зоны нарушения. При расположении нарушения под углом 60—120° к выработке может быть использована методика непродольного профилирования с использованием преломленных волн (рис. 8.21). Непрерывная корреляция преломленных волн осложняется тем, что глубина до преломляющей границы вдоль линии профиля существенно меняется, в результате чего изменяется положение и протяженность участков прослеживания на разных участках профиля. Отсутствие резкой преломляющей границы в принятой модели нарушения приводит к недостаточно уверенному корреляционному прослеживанию фаз преломленных волн, поэтому в МПВ широко используются системы нагоняющих годографов, которые позволяют осуществлять взаимную проверку годографов на перекрываемых участках. Таким образом полная корреляционная система прослеживания преломленных волн должна дополняться нагоняющими годографами.

Системы наблюдений при непродольном профилировании по методу преломленных волн аналогичны системам непродольного профилирования по методу проходящих волн, причем следует стремиться к регистрации преломленных волн на более ранних временах по сравнению с проходящими.

Расстояние между сейсмоприемниками на профиле выбирается исходя из соотношения
Методы и средства оценки нарушенности угольных пластов

где ак — кажущаяся скорость, м/с; T — видимый период записи соответствующей полезной волны, с.

Практически для объектов, на которых производились измерения величины Ax для непродольных наблюдений изменялось от 10 до 30 м, а для продольных наблюдений до 5 м.

Существенное влияние на качество получаемых сейсмограмм оказывают условия установки сейсмоприемников. Краевая часть угольного пласта, примыкающая к горной выработке, характеризуется наличием двух явно выраженных зон в скоростном отношении, т.е. имеется зона ослабленных пород, где скорость волны понижена и зона повышенных скоростей. Размеры этих зон зависят от многих причин, в том числе от физико-механических свойств пород, глубины залегания пласта, жесткости крепи и т.д. Ширина этих зон может быть определена различными методами, в том числе акустическим методом преломленно рефрагированных волн, позволяющим определять расстояние до максимума зоны опорного давления. Наиболее распространенная глубина, за которой располагаются сейсмоприемники в горной выработке равна или больше 0,4—0,5 мощности пласта.

Для исключения влияния условий установки сейсмоприемника на характер сейсмограммы собственная частота системы сейсмоприемник — порода должна лежать за пределами частотного диапазона регистрации. По данным практики это достигается установкой сейсмоприемника на выровненную площадку угольного пласта с помощью быстротвердеющего цемента. Сейсмоприемник может располагаться на пике, вбитой в дно шпура. В этом случае в диапазоне 150—500 Гц получается равномерная частотная характеристика.

Для уменьшения влияния этой зоны на характер сейсмограмм применяется группирование сейсмоприемников.

Несмотря на то, что группирование связано с применением большего числа сейсмоприемников в шахтной сейсморазведке и существенно усложняет организацию работ по установке сейсмоприемников на профиле, без его использования практически невозможно получение качественных сейсмограмм при высоком уровне помех, вызванном работой механизмов.

Группирование сейсмоприемников позволяет в значительной мере устранить недостаток метода веерного просвечивания, связанный с изменением соотношения между разными составляющими волнового интерференционного процесса при переходе от одной точки наблюдения к другой.

Механические источники возбуждения волн как правило обеспечивают получение качественных сейсмических записей в методике внутрипластового просвечивания MПB до расстояний не более 100 м и не более 70 м в MOB при низком уровне микросейсм, т.е. в отсутствие технологических шумов.

Поэтому при высоком уровне технологических шумов в шахтной сейсморазведке преимущественно используются взрывные источники возбуждения волн, при этом масса заряда как правило не превышает 100 г, так как больший заряд приводит к более низкочастотной записи, что может привести к появлению ложной аномалии при обработке сейсмограмм.

Сейсмоакустические эксперименты, выполненные на ряде шахт Донецкого бассейна, в частности на шахте им. Вахрушева (рис. 8.22), показали, что точность определения местоположения нарушений вполне удовлетворительная. Отклонение положения сброса по данным сейсморазведки от фактического составило не более 10 м при расстоянии прозвучивания около 200 м впереди лавы (точность 5 %).


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна