Сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів
Приведены результаты сейсмогеологического и математического моделирования, а также результаты натурных наблюдений, которые показывают, что размывы угольных пластов с углем марки «А» могут быть выявлены на основе применения сейсмоакустического метода путем анализа изменения амплитудной и частотной ха...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| 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/123456789/15947 |
| 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: | Сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів / А.О. Майборода, О.О. Глухов, В.В. Туманов, О.І. Компанець // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 61-75. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859638820649041920 |
|---|---|
| author | Майборода, А.О. Глухов, О.О. Туманов, В.В. Компанець, О.І. |
| author_facet | Майборода, А.О. Глухов, О.О. Туманов, В.В. Компанець, О.І. |
| citation_txt | Сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів / А.О. Майборода, О.О. Глухов, В.В. Туманов, О.І. Компанець // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 61-75. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Приведены результаты сейсмогеологического и математического моделирования, а также результаты натурных наблюдений, которые показывают, что размывы угольных пластов с углем марки «А» могут быть выявлены на основе применения сейсмоакустического метода путем анализа изменения амплитудной и частотной характеристик волнового поля. Рассмотрены зависимости этих характеристик от амплитудыразмывов.
The results of geoseismic and mathematical modeling as well as the results of field studies are given which show that wash out of coal beds containing A-rank coals can be revealed based on the use of seismic technique by analyzing changes in amplitude and frequency responses of the wave field. Dependences of these responses on wash out amplitudes are considered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:18:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
61
УДК 550.834:622.12
СЕЙСМОГЕОЛОГІЧНЕ І МАТЕМАТИЧНЕ
МОДЕЛЮВАННЯ РОЗМИВІВ АНТРАЦИТОВИХ ПЛАСТІВ
Майборода А. О., Глухов О. О., Туманов В. В., Компанець О. І.
(УкрНДМІ НАНУ, м. Донецьк, Україна)
Приведены результаты сейсмогеологического и математи-
ческого моделирования, а также результаты натурных наблю-
дений, которые показывают, что размывы угольных пластов с
углем марки «А» могут быть выявлены на основе применения
сейсмоакустического метода путем анализа изменения ампли-
тудной и частотной характеристик волнового поля. Рассмот-
рены зависимости этих характеристик от амплитуды
размывов.
The results of geoseismic and mathematical modeling as well as
the results of field studies are given which show that wash out of coal
beds containing A-rank coals can be revealed based on the use of
seismic technique by analyzing changes in amplitude and frequency
responses of the wave field. Dependences of these responses on wash
out amplitudes are considered.
Багаторічна практика сейсмоакустичного прогнозу геологі-
чних порушень вугільних пластів показує, що першим етапом до-
сліджень повинне бути сейсмогеологічне й на його основі мате-
матичне моделювання таких аномалій, стосовно до конкретних
гірничо-геологічних і сейсмогеологічних умов досліджуваних
масивів гірських порід з певними фізичними показниками. Таке
моделювання забезпечує необхідну теоретичну базу для вибору
найбільш оптимального комплексу методів і методології сейсмі-
чних експериментальних робіт, а також для ефективної інтерпре-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
62
тації сейсмічних даних, що забезпечують високу надійність і ві-
рогідність прогнозування [1, 2].
До теперішнього часу накопичено великий досвід сейсморо-
звідувального прогнозу диз'юнктивних порушень вугільних плас-
тів, зон підвищеної тріщинуватості масиву гірських порід, як
найпоширеніших й істотних ускладнень вуглевидобувних робіт
[1, 3, 4]. Є певний досвід у дослідженнях мульд [1, 5], а також се-
диментаційних порушень (розмивів, стоншень) [1]. Що стосуєть-
ся розмивів антрацитових пластів, то дотепер це питання в доста-
тній мірі не вивчалося. Теоретичному аналізу особливостей по-
ширення сейсмоакустичних коливань через розмиви антрацито-
вих вугільних пластів присвячена дана стаття.
При видобувних роботах на антрацитових пластах розмиви є
серйозними геологічними ускладненнями, що не поступаються
по значимості диз’юнктивам. Це пояснюється досить високими
міцнісними властивостями порід-заповнювачів розмивів, що пе-
ребувають на антрацитовій стадії метагенезу, у порівнянні з та-
кими ж, але що знаходяться на стадіях катагенезу, породами, що
заповнюють розмиви кам'яновугільних пластів. Це наочно видно
в порівняльній таблиці 1, складеній за даними роботи [6].
Оскільки відповідно до Інструкції [7] під час вивчення роз-
мивів у гірничих виробках особлива увага приділяється невияв-
леним геологічною розвідкою сингенетичним локальним розми-
вам ярово-річкових типів (типи 1 й 2 за класифікацією [7]), у
табл. 1 наведені найпоширеніші літолого-фаціальні типи порід-
заповнювачів вказаних розмивів.
Сейсмогеологічне моделювання наведено на прикладі вугі-
льного пласта l6
н-2 потужністю 1,0 м, вугілля марки А шахти «До-
вжанська–Капітальна», для якої розмиви цього пласта і, перш за
все, заповнені пісковиком, є одним з найбільш істотних геологіч-
них ускладнень при його відпрацьовуванні, що вимагає перенарі-
зки лав і що знижує ефективність вугледобувних робіт.
При побудуванні сейсмогеологічних моделей вугільного
пласта l6
н-2 використані усереднені щільності ρ вугілля і вміщу-
вальних порід (табл. 2), а також швидкості Vp та Vs поширення
хвиль стиску та зсуву, відповідно.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
63
Таблиця 1
Зіставлення середніх значень міцнісних властивостей порід-
заповнювачів розмивів на різних стадіях епігенезу
σст, МПа σр, МПа
марка вугілля марка вугілля Порода-заповнювач
розмивів Г А1 Г А1
Пісковики фації русла (АР) 50,0 159,0 2,7 12,7
Піщано-алевритові
відклади заплави (АП) 24,1 145,2 1,1 9,7
Глинисто-алевритові відклади
заболочених прибережно-
морських рівнин (БП)
27,5
68,6
2,0
5,1
Таблиця 2
Усереднені значенняρ , Vp, Vs вугілля для пласта l6
н-2 і вміщуваль-
них порід за даними [1]
Усереднені значення характеристик
Літологія ρ ,
10-3 кг/м3
Vp,
км/с
Vs,
км/с
Пісковик 2,70 5,2 3,0
Піщаний сланець 2,72 3,9 2,1
Вугілля 2,20 2,6 1,3
Сейсмогеологічні моделі (рис. 1) включають найбільш хара-
ктерні для шахти «Довжанська–Капітальна» варіанти розрізів ву-
гільного пласта l6
н-2: без геологічних порушень; з розмивом, що
заповнений піщаним сланцем; а також з частковим і повним роз-
мивами пласта, що заповнені пісковиком.
Ці моделі можуть служити основою для математичного мо-
делювання і, відповідно, встановлення теоретичних закономірно-
стей або особливостей поширення сейсмічних хвиль в розрізах,
що вміщують антрацити, ускладнених седиментаційними геоло-
гічними порушеннями вугільних пластів типу розмивів.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
64
При проведенні досліджень була використана модель, яка
схематично показана на рис. 2. Моделюється ділянка вугільного
пласта з вугіллям марки А потужністю 1 м між двома виробками,
що розташовуються на відстані R=150 – 160 м. Імітується удар
тампером у стінку однієї з виробок.
1, 2 – розрізи по вугільному пласту без геологічних порушень;
3 – розмив вугільного пласта, заповнений піщаним сланцем;
4 – частковий розмив вугільного пласта, заповнений пісковиком;
5 – повний розмив вугільного пласта, заповнений пісковиком
Рис. 1. Сейсмогеологічні моделі вугільного пласта l6
н шахти
«Довжанська-Капітальна» (вугілля марки А)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
65
R=150 – 165 м
24 сейсмоприймача з
кроком 60 см
Гірничі виробки
0,9 м m М m 2,5 м
відпрацьований вугільний пласт
Джерело
Зони розущільнення, викликані
гірничими роботами
Рис. 2. Модель, що використовується для аналізу характер-
них сейсмічних полів на прикладі вугільного пласта
l6
н-2 на ділянці шахти «Довжанська–Капітальна»
Для аналізу структури хвильового поля 24 сейсмоприймача
розташовуються на межі з іншою виробкою у вертикальній пло-
щині із кроком 20 см так, що СП № 12 розміщується по центру
пласта. У ряді випадків моделювалася зона розущільнення навко-
ло виробок, що викликана гірничими роботами.
Було проведено близько 25 розрахунків, в яких у діапазоні,
характерному для вугілля марки «А», варіювалися характеристи-
ки вугілля, тип і характеристики вміщувальних порід, а також ти-
пи геологічних аномалій (зона стоншення, розмиву вугільного
пласта на половину його потужності й на всю потужність, запов-
нені щільним піщаником. На рис. 3 представлені характерні тео-
ретичні сейсмограми, отримані для наступних моделей:
– для симетричної відносно центра пласта моделі, де вміщу-
вальні породи представлені піщаним сланцем з потужністю плас-
та 1 м (див. рис. 3а);
– для моделі пласта потужністю 1 м, у покрівлі якого залягає
потужний пласт пісковику (див. рис. 3б);
– для моделі з такими ж вміщувальними породами, із зоною
стоншення з потужністю пласта 0,7 м (див. рис. 3в).
Відповідні спектральні характеристики представлені на
рис. 4.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
66
а)
б)
в)
Рис. 3. Характерні теоретичні сейсмограми, отримані для
таких моделей: а) Н=1,0 м; б) Н=1,0 м, пісковик у
покрівлі; в) зона стоншення Н=0,7 м
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
67
Рис. 4. Характерні спектри, отримані для таких моделей:
а) Н=1,0 м; б) Н=1,0 м, пісковик у покрівлі; в) зона
стоншення Н=0,7 м
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
68
На теоретичних сейсмограмах присутні три хвильових паке-
ти. Перший – бічна хвиля стиснення з діапазоном частот від 60 до
200 Гц. Для моделей із симетричними за характеристиками вмі-
щувальними породами, представленими піщаними сланцями, цей
пакет є домінуючим.
Швидкість його приходу строго відповідає швидкості по-
ширення поздовжніх хвиль у піщаному сланці (близько 4000 м/с).
У випадку присутності в покрівлі пісковику, бічна хвиля, що по-
ширюється по сланцю, практично не спостерігається. Є присут-
ньою бічна хвиля, відповідна пісковику (близько 5000 м/с). Вона
має порівняно слабку амплітуду.
Другий хвильовий пакет на всіх моделях являє собою бічну
хвилю зсуву з діапазоном частот від 80 до 250 Гц. Швидкість йо-
го поширення для моделей, де є присутнім пісковик, становить
приблизно 3000 м/с. У випадку, якщо пісковику немає, то швид-
кість становить близько 2000 м/с. Як можна легко переконатися,
це швидкості поширення хвиль зсуву у відповідних породах.
Розроблена математична модель має високу ступень адеква-
тності. Характерні реальні сейсмограми й осереднений швидкіс-
ний спектр, що отримані у лаві 120 шахти «Довжанська-
Капітальна» (див. рис. 5) мають аналогічні теоретичним структу-
ри і характеристики.
Третій пакет на теоретичних сейсмограмах - хвиля із часто-
тою від 150 до 350 Гц (і вище). Це каналова хвиля, що у реальних
умовах спостерігається через сильне загасання тільки на окремих
сейсмотрасах. Для випадку, коли в покрівлі існує пісковик, ця
хвиля має складну будову. Її перший вступ формується хвилями
зрушення, що поширюються по піщаному сланцю, а хвостова ча-
стина являє собою каналову хвилю з домінуючою амплітудою.
Представляє інтерес той факт, що наявність зони стоншення
на третину потужності пласта практично не змінює структуру си-
гналу. Змінюється спектральна характеристика. Внесок низькоча-
стотної складової сигналу знижується, тоді як внесок високочас-
тотної - зростає. Для різних моделей кількісні співвідношення,
що описують цю особливість, істотно розрізняються, але сама те-
нденція зберігається на всіх моделях без винятку.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
69
Рис. 5. Характерні реальні сейсмограми (а) і осереднений
швидкісний спектр, що отримані у лаві 120 шахти
«Довжанська-Капітальна»
Розглянемо моделі з ділянками розмивів. На рис. 6 предста-
влені характерні теоретичні сейсмограми, отримані для моделей
t, мс
а)
б)
V, м/с
1000 2000 3000 4000 5000
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
70
Рис. 6. Характерні теоретичні сейсмограми, отримані для
моделей вугільного пласта в піщаному сланці з діля-
нкою розмиву довжиною 50-70 м на всю потужність
(а) і на половину потужності пласта (б)
а)
б)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
71
вугільного пласта в піщаному сланці з ділянкою розмиву довжи-
ною 50-70 м на половину потужності пласта і на всю потужність.
Відповідні спектральні характеристики представлені на рис. 7.
Рис. 7. Характерні спектри, отримані для моделей вугільно-
го пласта в піщаному сланці з ділянкою розмиву до-
вжиною 50-70 м на всю потужність (а) і на половину
потужності пласта (б)
Ми можемо переконатися в тім, що наявність розмиву слабо
змінює структуру сигналу. При розмиві вугільного пласта на по-
ловину його потужності спостерігається зниження амплітуди си-
а)
б)
X
Y
Z
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
72
гналу на 25-35 % і підвищення характерних частот хвильових па-
кетів на 5-25 Гц. При подальшому збільшенні потужності розми-
ву амплітуда продовжує знижуватися. При розмиві на всю поту-
жність пласта вона може становити 15-30 % від значення на не-
порушеній ділянці.
Зміна частотної характеристики має більш складний харак-
тер. Якщо при розмивах до половини потужності пласта характе-
рні частоти росли, то при подальшому збільшенні амплітуди роз-
миву спостерігається їхнє зменшення. При стоншенні каналу
спостерігається відповідне зростання частот. Однак високі часто-
ти мають високий коефіцієнт поглинання, і ми їх не спостерігає-
мо. Крім цього, розмив на повну потужність пласта являє собою
бар'єр для будь-яких частот і, в першу чергу, для високих.
Порівняно висока інформативність амплітудних і частотних
характеристик хвильових пакетів бічних хвиль прекрасно підтве-
рджується на практиці. Це видно, якщо порівняти розподіл мак-
симуму модуля амплітуди, швидкості максимуму модуля амплі-
туди та частоти сигналу параметрів у плані лави 120 шахти «До-
вжанська-Капітальна» (див. рис. 8), а також прогнозну карту гір-
ничо-геологічних умов відпрацювання виїмкового стовпа (див.
рис. 9).
Таким чином, сейсмогеологічне та математичне моделюван-
ня показує, що розмиви вугільних пластів із вугіллям марки «А»
можуть бути виявлені на основі застосування сейсмоакустичного
методу шляхом аналізу змінення амплітудної та частотної харак-
теристик інформативних хвильових пакетів. Представлено зале-
жності цих характеристик від амплітуди розмивів. Показано, що
висновки теоретичних досліджень підтверджуються результата-
ми реальних спостережень.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
73
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
50
100
150
200
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
50
100
150
200
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 5000
50
100
150
200
а)
б)
в)
ПК 30 25 20 15 10 5
Конв. уклон 120
Конв. уклон 118
Конв. уклон 118
Конв. уклон 118
Конв. уклон 120
Конв. уклон 120
Рис. 8. Розподіл параметрів у плані лави 120 шахти «Дов-
жанська-Капітальна»: а – максимум модуля амплі-
туди; б – швидкість максимуму модуля амплітуди;
в – частота сигналу
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
74
Ри
с.
9
. П
ро
гн
оз
на
к
ар
та
г
ір
ни
чо
-г
ео
ло
гі
чн
их
у
мо
в
ві
дп
ра
цю
ва
нн
я
ви
їм
ко
во
го
с
то
вп
а
(л
ав
а
12
0
ш
ах
ти
«
Д
ов
ж
ан
сь
ка
-К
ап
іт
ал
ьн
а»
Д
П
«
С
ве
рд
ло
вс
ьк
ан
тр
ац
ит
»)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
75
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Анциферов А. В. Теория и практика шахтной сейсморазвед-
ки. – Донецк, ООО «Алан», 2003. – 311 с.
2. Глухов А. А., Анциферов А. В. Современные методы матема-
тического моделирования при прогнозе геологических нару-
шений угольных пластов // Горный информационно-
аналитический бюллетень. – Москва: Изд.–во Московского
государственного горного университета, 2005. - № 8. – С. 119-
131.
3. Глухов А. А., Анциферов А. В. Метод определения типа и па-
раметров малоамплитудной тектонической нарушенности
угольного пласта // Проблеми гірського тиску. - Донецьк:
ДонДТУ, 2001. - № 5. - С.16-36.
4. Анциферов А. В. Математическое моделирование процесса
прохождения сейсмических сигналов через тектонические на-
рушения угольного пласта // Геотехническая механика. -
Днепропетровск: ИГТМ. - Вып. 29. - 2001. - С. 90-97.
5. Анциферов А. В. Анализ особенностей распространения
сейсмоакустических сигналов через мульды в задачах шахт-
ной сейсморазведки // Физико-технические проблемы горного
производства. - Донецк: ИФГП. - 2002. - Вып. 5. - С. 28-34.
6. Руководство по экспресс-определению прочностных свойств
углевмещающих пород Донбасса по их геологическим харак-
теристикам и акустическим измерениям кернов геологоразве-
дочных скважин / А. А. Майборода, Р. Х. Миняфаев,
О. С. Алферов, А. А. Яланский; Под ред. Н. Я. Азарова: РД;
Утв. ВГО «Союзуглегеология» 28.12.84г., срок действия ус-
тановлен с 01.01.85 г., - Днепропетровск, изд. «Заря», 1988г., -
ч. 1 – 48 с., ч. 2 – 84 с.
7. КД 12.06.204-99 Геологічні роботи на вуглевидобувних
підприємствах України. Інструкція: Затв. Мінпаливенерго
України 12.12.2000. – К., 2001. – 384 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-15947 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:18:54Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Майборода, А.О. Глухов, О.О. Туманов, В.В. Компанець, О.І. 2011-02-03T16:08:47Z 2011-02-03T16:08:47Z 2009 Сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів / А.О. Майборода, О.О. Глухов, В.В. Туманов, О.І. Компанець // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 61-75. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15947 550.834:622.12 Приведены результаты сейсмогеологического и математического моделирования, а также результаты натурных наблюдений, которые показывают, что размывы угольных пластов с углем марки «А» могут быть выявлены на основе применения сейсмоакустического метода путем анализа изменения амплитудной и частотной характеристик волнового поля. Рассмотрены зависимости этих характеристик от амплитудыразмывов. The results of geoseismic and mathematical modeling as well as the results of field studies are given which show that wash out of coal beds containing A-rank coals can be revealed based on the use of seismic technique by analyzing changes in amplitude and frequency responses of the wave field. Dependences of these responses on wash out amplitudes are considered. uk Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів Article published earlier |
| spellingShingle | Сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів Майборода, А.О. Глухов, О.О. Туманов, В.В. Компанець, О.І. |
| title | Сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів |
| title_full | Сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів |
| title_fullStr | Сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів |
| title_full_unstemmed | Сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів |
| title_short | Сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів |
| title_sort | сейсмогеологічне і математичне моделювання розмивів антрацитових пластів |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15947 |
| work_keys_str_mv | AT maiborodaao seismogeologíčneímatematičnemodelûvannârozmivívantracitovihplastív AT gluhovoo seismogeologíčneímatematičnemodelûvannârozmivívantracitovihplastív AT tumanovvv seismogeologíčneímatematičnemodelûvannârozmivívantracitovihplastív AT kompanecʹoí seismogeologíčneímatematičnemodelûvannârozmivívantracitovihplastív |