Определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием
Розглянуто особливості поверхневих хвиль щодо впливу на енергетичні показники їхніх високочастотних складових напружень у покривній товщі підроблюваного гірського масиву. Surface wave characteristics are considered with regard to the impact on energy parameters of their high-frequency stress compone...
Saved in:
| Published in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2013
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57264 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием / А.С. Трифонов, В.В. Туманов, А.В. Буждежан // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 2. — С. 423-429. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859857209636159488 |
|---|---|
| author | Трифонов, А.С. Туманов, В.В. Буждежан, А.В. |
| author_facet | Трифонов, А.С. Туманов, В.В. Буждежан, А.В. |
| citation_txt | Определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием / А.С. Трифонов, В.В. Туманов, А.В. Буждежан // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 2. — С. 423-429. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | Розглянуто особливості поверхневих хвиль щодо впливу на енергетичні показники їхніх високочастотних складових напружень у покривній товщі підроблюваного гірського масиву.
Surface wave characteristics are considered with regard to the impact on energy parameters of their high-frequency stress components in overburden of rock mass being undermined.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:43:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
423
УДК 622.8:550.3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТЕЙ НАПРЯЖЕНИЙ В
ПОКРОВНОЙ ТОЛЩЕ ПОДРАБАТЫВАЕМОГО
МАССИВА СЕЙСМИЧЕСКИМ ЗОНДИРОВАНИЕМ
Трифонов А. С., Туманов В. В., Буждежан А. В.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
Розглянуто особливості поверхневих хвиль щодо впливу на
енергетичні показники їхніх високочастотних складових напру-
жень у покривній товщі підроблюваного гірського масиву.
Surface wave characteristics are considered with regard to the
impact on energy parameters of their high-frequency stress compo-
nents in overburden of rock mass being undermined.
Особенности проявления и развития напряжений в покров-
ной толще над очистной выработкой являются важными приме-
нительно к проблеме сохранения целостности инженерных объ-
ектов на земной поверхности.
Геомеханические трансформации в подрабатываемом гор-
ном массиве, определяемые множеством геологических и текто-
нических факторов и отражающие геомеханическую энергона-
сыщенность массива, способны в той или иной степени прояв-
ляться в параметрах сейсмических волн, в том числе и тех, кото-
рые формируются и распространяются в покровных отложениях
[1-4].
Волновая структура сейсмического сигнала в покровных от-
ложениях при зондировании на небольших базах (порядка 10–
20 м) определяется целым рядом волн (преломленные, рефраги-
рованные, поверхностные рэлеевские, пластовые и др.), из кото-
рых энергетически наиболее выражены поверхностные. Измене-
ния в покровной толще с глубиной упругих констант, а также
наличие в ней слоистости определяют дисперсионные свойства
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
424
высокочастотных составляющих поверхностных волн. Распро-
страняясь в определенных волноводных условиях с градиентны-
ми (по плотности, напряжениям, влажности и температуре) и от-
ражающими границами, высокочастотные компоненты за счет
многократных отражений и рефракций проходят расстояние по
протяженности значительно превышающую базу зондирования.
За счет этого в их параметрах более полно отображаются особен-
ности состояния среды при малом затухании этих волн с расстоя-
нием.
Энергетическое превосходство поверхностных волн над
преломленными и рефрагированными демонстрируется на ри-
сунке 1 примерами сейсмограмм, характерных для условий зон-
дирования (на базе 20 м) на подработанном участке (5-ой южной
лавой блока № 10 ш/у «Покровское») и в этих же условиях непо-
средственно над очистным забоем.
Рис. 1. Примеры сейсмических сигналов (в виде абсолютных
значений амплитуд) зондирования на базе 20 м на
подработанном участке (а) и над очистным забоем
(в) и фрагменты этих сейсмограмм во временном
диапазоне до 150 мс с увеличенным масштабом по
амплитуде (б, г)
0
0,5
1
0 100 200 300 400
Время, мс
А
м
пл
ит
уд
а,
у
сл
. е
д.
0
0,1
0 50 100 150
V=193 м/с
V=307 м/с
Время. мс
А
м
пл
ит
уд
а,
у
сл
. е
д.
V=500 м/с
0
0,5
1
0 100 200 300 400
Время, мс
А
м
пл
ит
уд
а,
у
сл
. е
д.
0
0,1
0 50 100 150
V=193 m/s
V=303 m/s
Время. мс
А
м
пл
ит
уд
а,
у
сл
. е
д.
V=503 м/с
а)
в)
б)
г)
Поверхностные
Рефрагированные
Преломленные
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
425
На приведенных сейсмограммах энергетически значимыми
являются также низкоскоростные (порядка 70-80 м/с) пластовые
волны, формируемые в приповерхностном канале с отражающи-
ми границами [1] и приходящие после пакета поверхностных
волн с заметно меньшей, чем у них, видимой частотой. Эти пла-
стовые (каналовые) волны, в силу своей низкочастотности, мало-
информативны на небольших базах зондирования (недостаточная
разрешающая способность), но могут быть эффективными в мо-
ниторинговых исследований на базах порядка 50-100 м [1].
Преломленные волны на рассматриваемых участках зонди-
рования, равно как и рефрагированные, не имеют сколь-нибудь
существенных различий ни по скоростным показателям, ни по
видимым частотам (см. рис. 1, б и рис. 1, г) и, по всей видимости,
их чувствительность к наличию напряжений в среде (над очист-
ной выработкой) незначительна.
Поверхностные волны (детально представленные на рисунке 2
во временных диапазонах их проявления) в рассматриваемых
условиях заметно различаются по длительности волновых паке-
тов и по частотам, постепенное возрастание значения которых в
волновом пакете после его амплитудного максимума является
дисперсионным показателем, характерным для интерференцион-
ных пластовых (каналовых) волн.
Рис. 2. Волновая структура поверхностных волн над отрабо-
танным участком столба (а) и над очистным
забоем (б)
Дисперсионный характер поверхностных волн для рассмат-
риваемых участков показан на рисунке 3 и для подработанного
0
0,5
1
100 150 200 250
Время, мс
40
45,5
48,8
54
А
м
пл
ит
уд
а,
у
сл
. е
д.
33,3
41,7 40,8
34,5
35
45,5
47,6
48,7
0
0,5
1
100 150 200 250
Время, мс
40 50
55,6
66,7
48,8 мс
А
м
пл
ит
уд
а,
у
сл
. е
д.
28,6
37
а) б)
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
426
участка дисперсия существенно менее выражена, чем над очист-
ным забоем.
Рис. 3. Зависимость частоты полупериода от времени его
прихода для поверхностных волн на подработанном
участке (график с маркерами - ○) и над очистным
забоем (график с маркерами - ●)
Отмеченные дисперсионные отличия указывают на улучше-
ние для поверхностных волн волноводных свойств в напряжен-
ных областях покровной толщи, и проявляется это в основном на
высокочастотных составляющих этих волн, энергетические пока-
затели которых в частотном диапазоне 50-80 Гц их спектров (по-
казанных на рисунке 4) многократно (до пяти раз) возрастают над
очистным забоем. Столь существенное возрастание свидетель-
ствует как о значительности напряжений в покровном массиве,
так и о высокой чувствительности высокочастотных компонент
поверхностных волн к изменению напряжений в плотных отло-
жениях покровной толщи, в которых формируются условия рас-
пространения этих интерференционных составляющих поверх-
ностных волн.
25
45
65
100 150 200
Ч
ас
то
та
, Г
ц
Время, мс
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
427
Рис. 4. Спектры поверхностных волн: на подработанном
участке (график с маркерами - ○) и над очистным
забоем (график с маркерами - ●)
В рассматриваемых условиях зондирование покровной тол-
щи выполнено по площадной схеме на трех параллельных про-
филях (база зондирования – 20 м, расстояние между смежными
профилями – 15 м, шаг перемещения расстановки зондирования
по профилю – 5 м) примерно в средней по мощности части вые-
мочного столба с направленностью профилей по ходу подвигания
очистного забоя и перекрытием профилями проекции очистного
забоя на земную поверхность. Рассчитанные для частотного диа-
пазона 50-80 Гц спектров сигналов энергетические показатели
(сумма амплитудных значений частотных составляющих частот-
ного диапазона, нормированная к энергетическому показателю в
частотном диапазоне спектра 20-120 Гц) представлены на рисун-
ке 5 в виде карты распределения этих показателей по исследуе-
мому участку.
Область повышенных напряжений (по высоким значениям
энергетических показателей) впереди проекции очистного забоя
на земную поверхность, по видимому, вызывается растягиваю-
щими деформациями в покровной толще на стадии упругого из-
гибного деформирования ее на границе сдвижения коренных по-
род. Величина напряжений в этой области определяется преиму-
щественно мощностью покровной толщи (в данном случае по-
рядка 60-70 м) и по направлению подвигания очистного забоя об-
0
0,5
1
0 20 40 60 80 100
Частота, Гц
А
м
пл
ит
уд
а,
у
сл
. е
д.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
428
ласть повышенных напряжений достигает величины 40-50-ти
метров.
Рис. 5. Карта распределения энергетических показателей ча-
стотного диапазона 50-80 Гц спектров сейсмических
сигналов по площади исследуемого участка
В области полных сдвижений горных пород энергетические
показатели поверхностных волн своими пониженными значения-
ми отражают разгрузку покровных отложений от напряжений с
сохранением структурной целостности отложений, которая опре-
деляется наличием дисперсионных свойств у поверхностных
волн в этих условиях.
Высокая чувствительность высокочастотных составляющих
поверхностных волн к проявлению напряжений в покровной
толще указывает на возможность использования их энергетиче-
ских показателей, как для выявления в приповерхностной части
покровной толщи повышенных напряжений техногенного проис-
хождения, так и для оценки геомеханической активности текто-
нически нарушенных и потенциально геодинамически опасных
участков горного массива
СПИСОК ССЫЛОК
1. Antsyferov A., Trifonov A., Tumanov V., Ivanov L. Changes of
overburden stresses in time and their manifestations in seismic
wave indices / VII International scientific-practical conference
“School of Underground Mining” // Annual Scientific-Technical
Collection “Mining of Mineral Deposits”. –– Netherlands: CRC
Press/Balkema, 2013. –– P. 23––27.
Проекция очистного забоя на
земную поверхность
0,5
0,1
0,2
0,3
0,4
ПР 1
ПР 2
ПР 3
0
0
15
30
100 200 300 400 500
ПК, м
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
429
2. Трифонов А. С. Проявления техногенной нарушенности горно-
го массива в энергетических показателях сейсмических волн
[Текст] / А. С. Трифонов, Н. Н. Киселев, В. В. Туманов,
А. В. Буждежан, Н. В. Хлюстов. –– Наук. пр. УкрНДМІ НАН
України : сб. наук. пр. –– Донецьк, 2012. –– № 11 ––
С. 267––274.
3. Трифонов А. С. Сейсмические исследования геомеханическо-
го состояния покровной толщи при активном развитии экзо-
генных геологических процессов [Текст] / А. С. Трифонов,
А. И. Архипенко, Н. В. Хлюстов, Е. А. Ялпута. – Наук. пр.
УкрНДМІ НАН України : сб. наук. пр. –– Донецьк, 2010. ––
№ 6 –– С. 294––300.
4. Трифонов А. С. Исследование влияния напряженного состоя-
ния верхней части подрабатываемого массива на параметры
сейсмических сигналов [Текст] / А. С. Трифонов, М. Г. Тир-
кель, В. В. Туманов, А. И. Архипенко. –– Наук. пр. УкрНДМІ
НАН України : сб. наук. пр. –– Донецьк, 2009. –– № 4. ––
С. 61––70.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-57264 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:43:34Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Трифонов, А.С. Туманов, В.В. Буждежан, А.В. 2014-03-05T15:20:32Z 2014-03-05T15:20:32Z 2013 Определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием / А.С. Трифонов, В.В. Туманов, А.В. Буждежан // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 2. — С. 423-429. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57264 622.8:550.3 Розглянуто особливості поверхневих хвиль щодо впливу на енергетичні показники їхніх високочастотних складових напружень у покривній товщі підроблюваного гірського масиву. Surface wave characteristics are considered with regard to the impact on energy parameters of their high-frequency stress components in overburden of rock mass being undermined. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием Detection of Stress Areas in Overburden of Rock Mass Being Undermined Employing Seismic Sounding Article published earlier |
| spellingShingle | Определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием Трифонов, А.С. Туманов, В.В. Буждежан, А.В. |
| title | Определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием |
| title_alt | Detection of Stress Areas in Overburden of Rock Mass Being Undermined Employing Seismic Sounding |
| title_full | Определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием |
| title_fullStr | Определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием |
| title_full_unstemmed | Определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием |
| title_short | Определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием |
| title_sort | определение областей напряжений в покровной толще подрабатываемого массива сейсмическим зондированием |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57264 |
| work_keys_str_mv | AT trifonovas opredelenieoblasteinaprâženiivpokrovnoitolŝepodrabatyvaemogomassivaseismičeskimzondirovaniem AT tumanovvv opredelenieoblasteinaprâženiivpokrovnoitolŝepodrabatyvaemogomassivaseismičeskimzondirovaniem AT buždežanav opredelenieoblasteinaprâženiivpokrovnoitolŝepodrabatyvaemogomassivaseismičeskimzondirovaniem AT trifonovas detectionofstressareasinoverburdenofrockmassbeingunderminedemployingseismicsounding AT tumanovvv detectionofstressareasinoverburdenofrockmassbeingunderminedemployingseismicsounding AT buždežanav detectionofstressareasinoverburdenofrockmassbeingunderminedemployingseismicsounding |