Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса

У статті наведено результати практичного застосування методики прогнозу тектонічних порушень вугільних пластів, що базується на використанні методів математичного моделювання для аналізу інформації на стадіях проведення прогнозних експериментів і оброблення результатів досліджень....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2006
Автори:	Глухов, А.А., Компанец, А.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2006
Назва видання:	Физико-технические проблемы горного производства
Теми:	Прогноз и управление состоянием горного массива
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107650
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса / А.А. Глухов, А.И. Компанец // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2006. — Вип. 9. — С. 193-201. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-107650
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1076502025-02-23T18:03:28Z Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса Practical application of simulation at the seismic prediction of tectonic faults in coal beds of Donetsk basin Глухов, А.А. Компанец, А.И. Прогноз и управление состоянием горного массива У статті наведено результати практичного застосування методики прогнозу тектонічних порушень вугільних пластів, що базується на використанні методів математичного моделювання для аналізу інформації на стадіях проведення прогнозних експериментів і оброблення результатів досліджень. The article gives the results of the application of prediction technique of tectonic disturbances in coal seams based on mathematical model approach for data analysis at the stages of predictive experiments and processing of research results. 2006 Article Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса / А.А. Глухов, А.И. Компанец // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2006. — Вип. 9. — С. 193-201. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. XXXX-0016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107650 550.834:622.12 ru Физико-технические проблемы горного производства application/pdf Інститут фізики гірничих процесів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива
spellingShingle	Прогноз и управление состоянием горного массива Прогноз и управление состоянием горного массива Глухов, А.А. Компанец, А.И. Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса Физико-технические проблемы горного производства
description	У статті наведено результати практичного застосування методики прогнозу тектонічних порушень вугільних пластів, що базується на використанні методів математичного моделювання для аналізу інформації на стадіях проведення прогнозних експериментів і оброблення результатів досліджень.
format	Article
author	Глухов, А.А. Компанец, А.И.
author_facet	Глухов, А.А. Компанец, А.И.
author_sort	Глухов, А.А.
title	Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса
title_short	Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса
title_full	Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса
title_fullStr	Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса
title_full_unstemmed	Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса
title_sort	практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов донбасса
publisher	Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Прогноз и управление состоянием горного массива
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/107650
citation_txt	Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса / А.А. Глухов, А.И. Компанец // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2006. — Вип. 9. — С. 193-201. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series	Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv	AT gluhovaa praktičeskoeispolʹzovaniemodelirovaniâprisejsmičeskomprognozetektoničeskihnarušenijugolʹnyhplastovdonbassa AT kompanecai praktičeskoeispolʹzovaniemodelirovaniâprisejsmičeskomprognozetektoničeskihnarušenijugolʹnyhplastovdonbassa AT gluhovaa practicalapplicationofsimulationattheseismicpredictionoftectonicfaultsincoalbedsofdonetskbasin AT kompanecai practicalapplicationofsimulationattheseismicpredictionoftectonicfaultsincoalbedsofdonetskbasin
first_indexed	2025-11-24T06:08:00Z
last_indexed	2025-11-24T06:08:00Z
_version_	1849650818925461504
fulltext	Прогноз и управление состоянием горного массива 193 УДК 550.834:622.12 ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКОМ ПРОГНОЗЕ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ДОНБАССА Глухов А.А., Компанец А.И. (УкрНИМИ НАН Украины) У статті наведено результати практичного застосування методики про- гнозу тектонічних порушень вугільних пластів, що базується на використанні методів математичного моделювання для аналізу інформації на стадіях прове- дення прогнозних експериментів і оброблення результатів досліджень. PRACTICAL APPLICATION OF SIMULATION AT THE SEISMIC PREDICTION OF TECTONIC FAULTS IN COAL BEDS OF DONETSK BASIN Glukhov A.A., Kompanez A.I. The article gives the results of the application of prediction technique of tec- tonic disturbances in coal seams based on mathematical model approach for data analysis at the stages of predictive experiments and processing of research results. Заблаговременный прогноз горно-геологических условий отработ- ки угольных пластов является актуальной научно-прикладной пробле- мой, от решения которой завит эффективность и безопасность ведения горных работ. Шахтная сейсморазведка зарекомендовала себя одним из наиболее эффективных методов прогноза, позволяющим решать широ- кий диапазон производственных задач. Данная статья посвящена реше- нию актуальной задачи – разработке эффективных методик прогноза типа и параметров тектонических нарушений отрабатываемых уголь- ных пластов. Дан анализ результатам практического использования разработанной в УкрНИМИ методике, базирующейся на использова- нии геоинформационных систем и методов математического модели- рования для анализа информации на стадиях проведения прогнозных экспериментов и обработки результатов исследований [1,2]. В качестве примера рассмотрим методику и результаты эксперимен- тов по уточнению местоположения Котлинского надвига и прогноза тек- тонической нарушенности в планируемом к отработке выемочном стол- бе 4-ой лавы южной панели блока №8 пласта d4 на участке Прогноз и управление состоянием горного массива 194 ш. “Красноармейская-Западная №1”. Угольный пласт d4 состоит из од- ной угольной пачки (марка угля – Ж) мощностью от 1,5, до 1,8 м. В кровле пласта залегает алевролит мощностью 1,2 – 4,65 м, выше залегает песчаник. В почве пласта залегает алевролит небольшой мощности, на отдельных участках замещаемый песчаником. Схема наблюдений и ре- зультаты экспериментов изображены на рис. 1, представляющем собой фрагмент электронного плана горных выработок на участке наблюдений, разработанного с помощью геоинформационной системы «ГеоМарк». Горными работами, при проходке конвейерного и воздухопо- дающего ходков блока №8 было встречено множество малоампли- тудных тектонических нарушений, а на расстоянии 900 метров от 3- го конвейерного штрека вскрыто крупное тектоническое нарушение с амплитудой смещения более 6 метров. При проходке 3-го конвей- ерного штрека было встречено несколько тектонических нарушений с амплитудами меньшими мощности пласта. Рис. 1. Схема наблюдений и результаты экспериментов по уточнению ме- стоположения Котлинского надвига и прогноза тектонической нарушенно- сти в планируемом к отработке выемочном столбе 4-ой лавы южной панели блока №8 пласта d4 на участке ш. “Красноармейская-Западная №1” (фраг- мент электронного плана горных выработок на участке наблюдений, разра- ботанного с помощью геоинформационной системы «ГеоМарк»). Прогноз и управление состоянием горного массива 195 На первом этапе исследований был проведен предварительный анализ сейсмического волнового поля на основе априорных данных об участке наблюдений. Волновод имеет простое строение и форми- руется угольным пластом во вмещающих породах. Для иллюстрации на рис. 2 представлены обобщенные амплитудно-скоростные спек- тры основных волновых пакетов. Рис. 2. Усредненные амплитудно-частотные характеристики волновых па- кетов проходящих волн, для модели горно-геологических условий залега- ния пласта d4. Представлены спектры боковой волны сжатия (1), боковой волны сдвига (2) и каналовой волны (3). Согласно результатам расчетов, ударный источник будет форми- ровать волновое поле, состоящее из волновых пакетов боковых волн сжатия, распространяющихся со скоростью волн сжатия в песчанике (частотой от 55-60 до 210 Гц c максимумом приблизительно на час- тоте 120 Гц), а также из доминирующего волнового пакета боковых волн сдвига (частотой от 60 до 250 Гц в области первого вступления и 300-450 Гц – в хвостовой части). Кроме этого должна формиро- ваться каналовая волна с частотным диапазоном 400-700 Гц и скоро- стью распространения максимума амплитуды около 800 м/с, что со- ответствует фазе Эйри. Рассмотрим амплитудно-частотный спектр отраженного волно- вого поля, рассчитанный для модели надвига с амплитудой равной мощности пласта и зоной трещиноватости, простирающейся по обе Прогноз и управление состоянием горного массива 196 стороны от сместителя на расстояние 20м (см. рис. 3). Степень из- менения плотности угля, а также скоростей распространения волн сдвига и волн сжатия составляет 20%. В породах зона аномалии вдвое меньше, а степень изменения характеристик составляет 50% от значений, соответствующих углю. При расчетах учитывался фак- тор поглощения сейсмических колебаний средой в зоне аномалии. Результаты расчетов показывают наличие четырех волновых па- кетов. Это отраженная боковая волна сжатия, обозначенная на рис. 3 цифрой 1, распространяющаяся со скоростью первого вступления 3700-4000 м/с обменная волна (2), распространяющаяся со скоро- стью около 3100 м/с, боковая волна сдвига (3), скорость которой со- ставляет 2300-2500 м/с, а также каналовая волна (4), первое вступ- ление которой теряется в хвостовой части волн сдвига. Максимальные значения частот информативных волновых паке- тов не превышают 450-500 Гц. При этом спектр боковой волны сжа- тия (доминирующей в отраженном сигнале) располагается в диапа- зоне от 30 до 200 Гц, с расположением максимума на частоте 90- 100 Гц. Боковая волна сдвига в наиболее высокоамплитудной её части имеет частоту 180-200 Гц, тогда как обменные волны, имею- щие амплитуду, составляющую 25-35% от максимальной амплитуды по сейсмограмме имеют диапазон от 50 до 150 Гц. Каналовые волны испытывают наибольшее поглощение в зоне аномалии. Их амплиту- да составляет около 50% от максимальной, а частота имеет диапазон Рис. 3. Усредненные ам- плитудно-частотные вол- новых пакетов отражен- ных волн, для модели гор- но-геологических условий залегания пласта d4 с уче- том нарущения типа над- виг. Представлены спек- тры боковой волны сжатия (1), обменной волны (2), боковой волны сдвига (3) и каналовой волны (4). Прогноз и управление состоянием горного массива 197 от 150 до 450 Гц. Поскольку «хвостовая» часть пакета боковых волн сдвига и первое вступление каналовых волн накладываются, на час- тотных характеристиках этот факт отразился определенной корре- ляцией кривых в области от 200 до 300 Гц. Таким образом, результаты предварительного анализа позволили предположить, что в качестве информативных волновых пакетов будут использованы отраженные продольные боковые волны. Не исключался также анализ поперечных боковых волн. При этом был сделан вывод о том, что оптимальный для обработки частотный диапазон лежит в пределах от 50 до 250 Гц, а скоростной от 3700 до 4000 м/с, а также от 2400 до 2600 м/с. Предполагалось, что возможна регистрация каналовой волны, имеющей частоту максимума около 350 Гц и скорость распространения менее 1800 м/с. Перейдем к описанию прогнозных экспериментов. Для реше- ния поставленной задачи был выбран метод шахтной сейсмораз- ведки отраженными волнами по способу общей глубинной точки (МОВ ОГТ). Сейсмическая съемка была выполнена из 3-его кон- вейерного штрека в сторону выемочного столба 4-ой лавы южной панели блока №8. Расположение системы возбуждения и регист- рации сейсмических волн, включая расположение и ориентацию сейсмоприемников, была выбрана оптимальной для возбуждения и приема продольных волн. Для регистрации преимущественно продольных отраженных волн ось максимальной чувствительно- сти сейсмоприемников была направлена в угольный пласт пер- пендикулярно стенке горной выработки. Точки возбуждения и приема сейсмических волн, расположенные с шагом 15 м и выно- сом 60 м, перемещались вдоль горной выработки согласно методу ОГТ, обеспечивая 6-ти кратное перекрытие отраженных волн (см. рис. 4). Рис. 4. Система сейсмических наблюдений в 3-м конвейерном штреке пла- ста d4. Прогноз и управление состоянием горного массива 198 Сейсморазведочные работы были проведены в соответствие с мето- дикой, разработанной в УкрНИМИ [3]. Обработка сейсмических записей МОВ ОГТ проводилась с помощью специализированного программного обеспечения. На первом этапе обработки была проведена оценка скоро- стей продольных и поперечных волн в песчанике. При этом было уста- новлено, что максимальной интенсивностью обладают прямые волны, распространяющиеся от источников к приемникам по породе вдоль гор- ной выработки, а также по воздуху. Времена регистрации этих волн ис- пользовались для оценки скорости их распространения. Было установле- но, что значения скоростей продольных и поперечных волн составляют соответственно Vp = 3700–3900 м/с и Vs = 2200–2400 м/с. Эти значения использовались для пробного суммирования и при анализе волнового поля на предварительных временных разрезах ОГТ. Для выбора параметров обработки был проведен частотный и скоро- стной анализ исходного волнового поля, а также выполнено пробное суммирование по общим глубинным точкам. По результатам расчета амплитудно-частотных спектров в интервале регистрации отраженных продольных волн был выявлен максимум спектра в интервале 80–120 Гц (см. рис. 5), что полностью со- ответствует результатам расче- тов, представленным на рис. 3. На следующем этапе об- работки тестировались пара- метры нормирования ампли- туд, ввода кинематических поправок, полосовой фильт- рации, подавления регуляр- ных помех. Результатом пе- ребора параметров обработки являлись промежуточные временные разрезы ОГТ, по каждому из которых строи- лись отражающие площадки на плане пласта с целью уточнения картины нару- шенности. В качестве окон- чательных были выбраны несколько временных разре- зов ОГТ с лучшим качеством Рис. 5. Характерный частотный спектр реальных сейсмограмм, полученных в результате наблюдений в 3-м конвей- ерном штреке пласта d4. Прогноз и управление состоянием горного массива 199 выделения отраженных волн. В результате была сформирована окончательная тектоническая модель участка работ. На рис. 6 представлен фрагмент временного разреза, полученно- го без нормирования амплитуд в результате фильтрации записей в диапазоне частот 30 – 170 Гц и суммирования по ОГТ с использова- нием реальной скорости (Vp = 3700 м/с). 100 200 Рис. 6. Фрагмент временного разреза полученного в результате обработки данных наблюдений в 3-м конвейерном штреке пласта d4. Прогноз и управление состоянием горного массива 200 В интервале пикетов профиля 420 – 600 м на временах 130 – 160 мс наблюдаются отражения от площадок К1 и А1. Кроме этого вы- деляются отражения от двух наклонных площадок К2 и К3, а также от площадок А2 и А3, расположенных почти параллельно 3-му кон- вейерному штреку.. Значения t0 отраженных волн на окончательных временных разрезах были пересчитаны в расстояния отражающих площадок от линии профиля с использованием значения скорости Vp = 3,7 м/мс. Отражающие площадки были построены на плане пласта d4 способом окружностей (см. рис. 1). Тектонические нарушения 1-1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5 имеют амплиту- ду смещения меньше мощности пласта, так как при относительно близком расположении к линии профиля им соответствуют слабые отраженные сигналы. Более уверенно прослеживаются отражающие площадки А1, А2, А3, которые вероятно являются апофизами Кот- линского надвига с амплитудой смещения порядка и выше мощно- сти угольного пласта. Отражающие площадки К1, К2, К3 соответст- вуют одной из ступеней Котлинского надвига с амплитудой смеще- ния, большей мощности пласта. Слабые отражения от площадок К2 и К3 объясняются потерей волновой энергии при прохождении либо через зоны интенсивной трещиноватости, либо через зоны скопле- ния малоамплитудной тектоники. Зоны дифракции Д1, Д2, Д3, Д4, Д5 являются проявлением нарушений или зон интенсивной трещи- новатости, расположенных по нормали к линии профиля, хотя вол- ны могут дифрагировать на краях тектонических нарушений, кото- рые проявляются в угольном пласте фрагментарно, что характерно для поля шахты «Красноармейская-Западная». В приведенном примере предложенные в результате проведен- ного теоретического анализа волновых полей параметры проведения эксперимента оказались оптимальными, что позволило провести прогноз с наименьшими затратами и, в то же время, с высокой точ- ностью. Результаты прогноза были подтверждены последующей от- работкой пласта. Результаты данной статьи могут быть использованы специали- стами в области шахтной сейсморазведки для разработки и усовер- шенствования методик сейсмического прогноза горно-геологических условий залегания угольных пластов и способов обработки резуль- татов сейсморазведки для повышения эффективности и надежности прогноза геологического строения горного массива. Прогноз и управление состоянием горного массива 201 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Глухов А.А. Сейсмические волновые поля, регистрируемые на угольных пластах Донбасса при решении задач шахтной сейсмо- разведки/ Сб. научных трудов Национального горного универси- тета. – Днепропетровск: НГУ, 2006. - № 26. – С.65-74. 2. Анциферов А.В., Азаров Н.Я., Глухов А.А., Компанец А.И. Влияние геологических факторов на параметры волновых полей при решении задач шахтной сейсморазведки / Зб. научных тру- дов “Проблемы горного давления”. - Донецк: ДонНТУ, 2005. - №13. - С.68 - 85. 3. Методические рекомендации по технологии шахтной сейсмораз- ведки разрывных нарушений угольных пластов с использовани- ем цифровых суммирующих сейсмостанций типа ШСС: РД: Утв. ВГО “Союзуглегеология” 20.04.91. - Донецк, 1991. - 150 с.

Практическое использование моделирования при сейсмическом прогнозе тектонических нарушений угольных пластов Донбасса

Репозитарії

Схожі ресурси