Исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей Западного Донбасса
Проведено аналіз особливостей формування сейсмічних хвильових полів в умовах залягання вугіль Західного Донбасу. Досліджено аномальні параметри спостережуваних каналових хвиль, пов'язаних з інверсією пружних властивостей вугіль і вміщувальних порід. Analysis of seismic wave filed generation fea...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15930 |
| 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: | Исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей Западного Донбасса / А.А. Глухов, В. В. Трофимов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 103-111. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859974411633819648 |
|---|---|
| author | Глухов, А.А. Трофимов, В.В. |
| author_facet | Глухов, А.А. Трофимов, В.В. |
| citation_txt | Исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей Западного Донбасса / А.А. Глухов, В. В. Трофимов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 103-111. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Проведено аналіз особливостей формування сейсмічних хвильових полів в умовах залягання вугіль Західного Донбасу. Досліджено аномальні параметри спостережуваних каналових хвиль, пов'язаних з інверсією пружних властивостей вугіль і вміщувальних порід.
Analysis of seismic wave filed generation features in conditions of coal occurrence in the Western Donets Basin is made. Anomalous parameters of the observed channel waves concerned with inversion of elastic properties of coals and enclosing rocks are investigated.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:22:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
103
УДК 550.834: 622.12
ИССЛЕДОВАНИЕ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИХ
ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ЗАЛЕГАНИЯ УГЛЕЙ
ЗАПАДНОГО ДОНБАССА
Глухов А. А., Трофимов В. В.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
Проведено аналіз особливостей формування сейсмічних хви-
льових полів в умовах залягання вугіль Західного Донбасу. Дослі-
джено аномальні параметри спостережуваних каналових хвиль,
пов'язаних з інверсією пружних властивостей вугіль і вміщуваль-
них порід.
Analysis of seismic wave filed generation features in conditions
of coal occurrence in the Western Donets Basin is made. Anomalous
parameters of the observed channel waves concerned with inversion
of elastic properties of coals and enclosing rocks are investigated.
Опыт использования шахтной сейсморазведки для выбора
оптимальных путей отработки угольных пластов Донбасса пока-
зал, что, несмотря на разнообразие и сложность горно-
геологических условий залегания угольных пластов, структуры
реальных сейсмограмм и характеристики информативных волно-
вых пакетов укладываются в определенную систему и могут быть
с высокой точностью определены перед проведением реальных
экспериментов [1 – 3]. Этот факт является предпосылкой разра-
ботки надежных и эффективных методик определения горно-
геологических условий залегания отрабатываемых угольных пла-
стов. Однако при различных условиях залегания углей наблюда-
ются существенные расхождения между теоретически ожидае-
мыми и практически наблюдаемыми результатами. В частности,
эта проблема актуальна в условиях шахтных полей Западного
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
104
Донбасса при использовании в качестве информативных волн Ре-
лея.
Целью настоящей статьи является анализ характеристик
сейсмических волновых полей, описание структуры и параметров
волновых пакетов, и разработка на этой основе рекомендаций к
проведению прогнозных сейсмоакустических экспериментов в
условиях Западного Донбасса.
Углевмещающие толщи, содержащие соответствующие
угольные пласты в рассматриваемом районе, интересны тем [4 –
7], что принадлежат к зоне инверсии упругих свойств пород и
углей на границе раннего и среднего катагенеза. Это проявляется
в двух влияющих на формирование сигнала особенностях [4, 5]:
− акустические свойства алевролитов, аргиллитов и песча-
ников отличаются в незначительных пределах;
− акустическая граница между угольным пластом и порода-
ми не столь резка, как в случае углей марок «Ж», «К», «ОС» и
«Т».
Если первый фактор приводит к относительно слабой зави-
симости характеристик волнового поля от типа вмещающих по-
род, то второй требует особого рассмотрения в рамках настоящей
статьи.
Объектом исследования был выбран опытный участок, рас-
положенный на юге 3-го блока шахтного поля шахты «Западно-
Донбасская» ОАО «Павлоградуголь» в Павлоградско-
Петропавловском углепромышленном районе Западного Донбас-
са. В геологическом строении блока принимают участие камен-
ноугольные отложения свит С1
3, С1
4, С2
0, которые везде перекры-
ты мезозойскими и кайнозойскими образованиями.
Промышленная угленосность блока приурочена к отложе-
ниям самарской свиты (С1
3), заключенной между известняками
С5 и С1. Средняя мощность толщи между ними составляет 380 м.
Для свиты С1
3 характерной является мелкая цикличность и высо-
кая угленасыщенность. Свита составлена комплексом осадочных
пород от песчаников до аргиллитов. Геологоразведочными рабо-
тами раскрыто 53 угольных пласта, из которых промышленное
значение имеют 8 угольных пластов: с11, с10
в, с9, с8
в, с8
н, с7
н, с5, с1
[8].
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
105
Пласты с12, с7
в, с4
2, с4
1, с4
в, с2 – имеют подчиненное значе-
ние. Суммарная мощность пластов в среднем составляет 6,21 м,
коэффициент промышленной угленосности – 2,6 %. Рабочая
мощность угольных пластов колеблется от 0,60 до 1,50 м при по-
давляющих значениях 0,80 – 0,90 м. Строение пластов преиму-
щественно простое. Сложное строение характерно для пластов с11
и с8
в, в меньшей мере – для пластов с10
в и с1.
Более 40 % запасов угля содержится в относительно выдер-
жанных угольных пластах с8
н и с5. В пределах блока № 3 прово-
дятся подготовительные и добывающие работы на угольном пла-
сте с8
н. Пласт с8
н залегает в аргиллитах и алевролитах на глубине
485,0 – 585,0 м. Иногда в подошве пласта с8
н встречаются песча-
ники мощностью 2 – 22 м.
При проведении исследований использовалась модель, схе-
матически показанная на рис. 1. Моделируется участок угольного
пласта мощностью 0,9 м между двумя выработками, распола-
гающимися на расстоянии R = 150 м. Имитируется удар тампером
в стенку одной из выработок. Для анализа структуры волнового
поля 28 сейсмоприемников располагаются на границе со второй
выработкой в вертикальной плоскости с шагом 30 см. На рис. 2
показан спектр источника моделируемых сейсмических колеба-
ний.
150 м
28 СП с шагом 30 см
Горные выработки
Отрабатываемый угольный пласт
Источник
Рис. 1. Модель, используемая для анализа сейсмических па-
раметров отрабатываемых угольных пластов Запад-
ного Донбасса
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
106
Рис. 2. Спектр модельного источника сейсмических колеба-
ний
На рис. 3 представлена характерная для данной модели тео-
ретическая сейсмограмма. На ней в едином масштабе совмещены
Х и Z компоненты колебаний. При этом закрашены положитель-
ные значения смещений Х и отрицательные значения Z компо-
нент. Ось X выбрана по направлению распространения колебаний
от источника к сейсмоприемнику. Колебания вдоль данной оси
соответствуют продольным волнам. Ось Z выбрана перпендику-
лярно плоскости напластования. Колебания вдоль неё являются
поперечными. На рис. 4 представлены характерные частотные
спектры.
На сейсмограммах проявляются два волновых пакета. Пер-
вый из них – боковая волна сжатия, распространяющаяся со ско-
ростью волн сжатия во вмещающих породах. Частотный диапа-
зон данной волны лежит в широких пределах от 50 до 300 Гц,
практически совпадая со спектром источника (см. рис. 2). Боко-
вая волна сдвига имеет более сложную структуру. Её первые
вступления существенно отличаются по частотному диапазону от
0 250 500 f, Гц
А
,
ус
л.
е
д.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
107
хвостовой части. Если в начальной части волны её частотный
диапазон не отличается от частотного диапазона волн сжатия, то
в дальнейшем свой вклад начинают вносить колебания с часто-
тами 400-700 Гц.
Рис. 3. Теоретическая сейсмограмма для модели пласта с8
н
Рис. 4. Спектры сейсмических колебаний для модели плас-
та с8
н (разными типами линий обозначены спектры
при различных параметрах акустических свойств по-
род в рамках одной стадии эпигенеза)
t, мс
А,
усл. ед
f, Гц
А,
усл. ед.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
108
Однако они не доминируют. Их амплитуда составляет не
более 20% от амплитуды доминирующей части боковой волны
сдвига. К тому же, в реальных условиях высокочастотные коле-
бания не будут наблюдаться по причине значительного поглоще-
ния.
Таким образом, расчеты показывают, что для условий За-
падного Донбасса сравнительно слабо проявляется эффект кана-
лирования колебательной энергии угольным пластом, который, в
частности, должен был бы проявляться в различии частотных
диапазонов боковых волн сдвига и сжатия. Так для углевмещаю-
щих толщ с более поздней стадией эпигенеза характерно форми-
рование боковых волн сжатия и сдвига [1 – 3], с частично пере-
крывающимися частотными диапазонами от 50 до 200 Гц и от 80
до 300 Гц, соответственно. Этот результат хорошо согласуется с
физическими основами каналирования колебательной энергии.
Для условий пласта с8
н характерно на целом ряде участков
наличие сближенных пластов. Выше пласта с8
н залегает угольный
пласт с8
в. Расстояние между ними колеблется от 3,4 до 5,6 м, со
средним значением 4 м. Ниже пласта с8
н залегает не имеющий
промышленного значения угольный пласт со средней мощностью
менее 0,5 м. Указанные угольные пласты развиты в аргиллитах и
алевролитах. Иногда в кровле пласта с8
в встречаются песчаники
мощностью 2 – 20 м.
В работах [2, 9] показано, что максимальная мощность по-
родного прослоя между пластами, при котором сближенные пла-
сты можно рассматривать как совокупный волновод для сейсми-
ческих полей с характерными для Донбасса частотными характе-
ристиками (диапазон частот 20 – 500 Гц, максимальные частоты
максимумов амплитудного спектра не превышают 300 – 350 Гц)
составляет 3 – 4 м. При этом наблюдаются пакеты высокочастот-
ных каналовых волн соответствующих данному волноводу. По-
этому была рассмотрена модель, отличающаяся от изображенной
на рис. 1 наличием сближенного пласта, расположенного на рас-
стоянии 4 м от того, в котором располагался источник колебаний
и сейсмоприемники. На рис. 5 представлена характерная теоре-
тическая сейсмограмма, полученная для случая сближенных пла-
стов, а на рис. 6 – характерные спектры.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
109
Рис. 5. Теоретическая сейсмограмма для модели пласта с8
н с
учетом расположенного в 4 м пласта с8
в
Рис. 6. Спектры для модели пласта с8
н с учетом расположен-
ного в 4 м пласта с8
в (разными типами линий обозна-
чены спектры при различных параметрах акустиче-
ских свойств пород в рамках одной стадии эпигенеза)
На сейсмограммах, как и в случае одного пласта, проявля-
ются два волновых пакета: боковая волна сжатия с частотой от 50
до 300 Гц и боковая волна сдвига. В этом случае боковая волна
сдвига имеет еще более сложную структуру и большую длитель-
t, мс
А,
усл. ед.
f, Гц
А,
усл. ед.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
110
ность. В начальной части волны её частотный диапазон не отли-
чается от частотного диапазона волн сжатия, но затем явно про-
является эффект каналирования энергии, заключающийся в вы-
делении значительного по амплитуде максимума на частоте око-
ло 500 Гц. Максимум амплитуды перемещается на 200 – 250 м/с в
зону малых скоростей. Однако отдельного пакета каналовых
волн, соответствующих волноводу сложного строения, не наблю-
дается.
Таким образом, анализ волновых полей, формируемых в ус-
ловиях Западного Донбасса, дает основание сделать заключение
о том, что причиной аномальных структур и параметров наблю-
даемых волновых полей является принадлежность углевмещаю-
щей толщи к зоне инверсии упругих свойств пород и углей на
границе раннего и среднего катагенеза. Основным проявлением
инверсии упругих свойств является сходность акустических па-
раметров алевролитов, аргиллитов и песчаников, а также относи-
тельно слабая акустическая граница между угольным пластом и
породами.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Анциферов А.В. Механизмы формирования волнового поля
сейсмических колебаний угленосной толщей // Сб. научн. тр.
Национальной горной академии Украины. – Днепропетровск:
НГА Украины. – 2002. – № 13. – Т.1. – С. 60 – 67.
2. Анциферов А.В., Глухов А.А. Сейсмические волновые поля,
регистрируемые на угольных пластах Донбасса при решении
задач шахтной сейсморазведки / Зб. научных трудов Нацио-
нального горного университета. – Днепропетровск: НГУ,
2005. – № 23. – С. 120 – 128.
3. Анциферов А.В. Обобщенные характеристики волновых по-
лей, формируемых на угольных пластах Украины при приме-
нении сейсмоакустического метода прогноза условий залега-
ния угля // Физико-технические проблемы горного производ-
ства. – Донецк: ИФГП. – 2002. – Вып.6. – С. 105 – 115.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 4, 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 4, 2009
111
4. Азаров Н.Я., Яковлев Д.В. Сейсмоакустический метод про-
гноза горно-геологических условий эксплуатации угольных
месторождений. – М.: Недра, 1988. – 199 с.
5. Анциферов А.В. Теория и практика шахтной сейсморазвед-
ки. – Донецк: ООО “Алан”, 2002. – 312 с.
6. Гречухин В.В. Изучение угленосных формаций геофизиче-
скими методами – М.: Недра, 1980. – 360с.
7. Гречухин В.В., Топорец С.А. Закономерности изменения фи-
зических свойств пород угленосных формаций. Угленосные
формации и их генезис. – М.: Наука. 1973. – С. 173 –185.
8. Проведення моделювання розповсюдження хвильових полів у
вуглепородному масиві та профільних сейсморозвідувальних
робіт для розробки програми і методики 3D сейсморозвідува-
льних робіт: Звіт про НДР (заключний) // УкрНДМІ / Тір-
кель М.Г. – Донецьк, 2008. – № ДР 0108U003281. – 191 с.
9. Глухов А.А. Особенности формирования сейсмических вол-
новых полей сближенными пластами и пластами сложного
строения // Проблеми гірського тиску. – Донецьк: ДонНТУ,
2006. – №14. – С. 132 – 157.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-15930 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:22:30Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Глухов, А.А. Трофимов, В.В. 2011-02-03T13:34:01Z 2011-02-03T13:34:01Z 2009 Исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей Западного Донбасса / А.А. Глухов, В. В. Трофимов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України — 2009. — № 4. — С. 103-111. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15930 550.834: 622.12 Проведено аналіз особливостей формування сейсмічних хвильових полів в умовах залягання вугіль Західного Донбасу. Досліджено аномальні параметри спостережуваних каналових хвиль, пов'язаних з інверсією пружних властивостей вугіль і вміщувальних порід. Analysis of seismic wave filed generation features in conditions of coal occurrence in the Western Donets Basin is made. Anomalous parameters of the observed channel waves concerned with inversion of elastic properties of coals and enclosing rocks are investigated. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей Западного Донбасса Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей Западного Донбасса Глухов, А.А. Трофимов, В.В. |
| title | Исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей Западного Донбасса |
| title_full | Исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей Западного Донбасса |
| title_fullStr | Исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей Западного Донбасса |
| title_full_unstemmed | Исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей Западного Донбасса |
| title_short | Исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей Западного Донбасса |
| title_sort | исследование сейсмоакустических волновых полей в условиях залегания углей западного донбасса |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15930 |
| work_keys_str_mv | AT gluhovaa issledovanieseismoakustičeskihvolnovyhpoleivusloviâhzaleganiâugleizapadnogodonbassa AT trofimovvv issledovanieseismoakustičeskihvolnovyhpoleivusloviâhzaleganiâugleizapadnogodonbassa |