Перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы
Нові методи для визначення та відновлення координат сейсмічних подій техногенної було розглянуто для вирішення проблеми підвищення безпеки гірничих робіт при відпрацюванні високонавантажених лав на великій глибині. New methods to identify and reconstruction the coordinates of technogenic seismic eve...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2011
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99709 |
| 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: | Перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы / Е.В. Бабенко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 386-393. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859818555202076672 |
|---|---|
| author | Бабенко, Е.В. |
| author_facet | Бабенко, Е.В. |
| citation_txt | Перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы / Е.В. Бабенко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 386-393. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | Нові методи для визначення та відновлення координат сейсмічних подій техногенної було розглянуто для вирішення проблеми підвищення безпеки гірничих робіт при відпрацюванні високонавантажених лав на великій глибині.
New methods to identify and reconstruction the coordinates of technogenic seismic events were considered to solve the problem of improving mine safety in the working out of heavily lavas at great depth.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:23:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
386
УДК 622.831
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
КООРДИНАТ СЕЙСМИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ
ТЕХНОГЕННОЙ ПРИРОДЫ
Бабенко Е. В.
(УкрНИМИ, г. Донецк, Украина)
Нові методи для визначення та відновлення координат сей-
смічних подій техногенної було розглянуто для вирішення про-
блеми підвищення безпеки гірничих робіт при відпрацюванні ви-
соконавантажених лав на великій глибині.
New methods to identify and reconstruction the coordinates of
technogenic seismic events were considered to solve the problem of
improving mine safety in the working out of heavily lavas at great
depth.
В условиях рыночной экономики к рентабельности горно-
добывающих предприятий предъявляются особые требования,
поскольку это обеспечивает экономическую устойчивость отрас-
ли в целом. Одним из путей повышения рентабельности подзем-
ной разработки месторождений полезных ископаемых является
увеличение темпов подвигания очистных забоев, так как это
обеспечивает существенное снижение себестоимости продукции,
учитывая высокую капиталоемкость подземной разработки.
Практика показывает, что при сложившихся рыночных ценах на
каменные угли устойчивая рентабельность шахты обеспечивается
при скорости подвигания лав на уровне 90-120 м/мес. Высоко-
рентабельные шахты достигли темпов подвигания длинных
очистных забоев порядка 190-210 м/мес. Совместное влияние
большой глубины разработки и высоких темпов отработки запа-
сов существенно меняет геомеханику сдвижений массива горных
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
387
пород. В указанных условиях начинает превалировать динамиче-
ская компонента сдвижений даже в условиях легкообрушаемой
кровли. Так, отработка лав со скоростью более 100 м/мес., сопро-
вождается горными ударами, в результате которых разрушается
рамная крепь выемочных выработок впереди лавы, происходит
посадка "нажестко" очистных механизированных крепей, возни-
кают обрушения непосредственной кровли и другие опасные по-
следствия динамических сдвижений массива горных пород. [1-5].
В связи с указанными особенностями динамических прояв-
лений горного давления во многих странах с развитыми горнодо-
бывающими промышленностями создают системы прогнозиро-
вания силы и места динамических проявлений горного давления.
Аппаратно эти системы основаны на известных комплексах зву-
коулавливающей аппаратуры. Одной из важнейших составляю-
щих при решении указанной проблемы является задача опреде-
ления фактических координат техногенных сейсмических собы-
тий [6]. Для этого устанавливают набор сейсмоакустических дат-
чиков (геофонов) вокруг изучаемой области и осуществляют не-
прерывную запись сигналов на каждый датчик. Для большей
надежности определения координат источников акустических
импульсов устанавливают по несколько сейсмоакустических дат-
чиков на вентиляционном и откаточном штреках, и, по возмож-
ности, над и/или под разрабатываемым пластом в скважинах или
смежных выработках. Достоверность определения координат
выше внутри области, окруженной геофонами и тем больше, чем
больше число геофонов и однороднее толща.
В первых системах определение координат источников аку-
стических импульсов осуществлялось разностно-дальномерным
методом, который получил широкое распространение в задачах
местоопределения и навигации [7]. Для этого измеряли относи-
тельное запаздывание τ прихода сигнала в пространственно раз-
несенных точках, что позволяет вычислить разницу расстояний
ΔR. Координаты источника определяются как точка пересечения
двух и более линий положения. На этих линиях разность рассто-
яний от источника до пары приемников постоянна. Рис. 1 демон-
стрирует пример лини положения для случая расположения при-
емников А, В и источника М в одной плоскости. Линия положе-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
388
ния представляет собой гиперболу, проходящую через источник
М, причем точки А и В являются фокусами этой гиперболы.
Координаты XM, YM источника получают из решения систе-
мы уравнений двух и более гипербол, уравнения которых имеют
вид:
,))2(())2(( 2222
21 ydXydXRRR +−−++ = −=∆ (1)
где d – база разностно-дальномерной системы (расстояние
между парой приемников).
В
α
R 1
R
A
Y
X
M
R 2
d
∆ R=const
Рис. 1. Пример линии положения при расположении прием-
ников и источника в одной плоскости
При решении двухмерной задачи координаты источника
определяют по разностно-дальномерной системе с помощью трех
приемников. Для вычисления координат источника в простран-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
389
стве необходимо более трех приемников. Точность установления
координат сейсмического события зависит от ошибки определе-
ния относительного запаздывания τ, в качестве которой исполь-
зуют среднеквадратическую величину погрешности στ, и геомет-
рического фактора - расположения геофонов относительно ис-
точника, который обуславливает зависимость величины отклоне-
ния рассчитанной линии положения (гиперболы) от истинной.
Ошибка σR гиперболической линии положения будет раз-
личной при одном и том же значении погрешности измерения от-
носительного запаздывания στ, в зависимости от взаимного рас-
положения источника и геофонов [7]. Под ошибкой линии поло-
жения понимается отклонение рассчитанной линии положения от
истинной в точке нахождения источника:
ττ σασσ ⋅ =⋅ ⋅= ГdRR )cos( (2)
Минимум геометрического фактора, как видно из формулы,
равен:
dRГ = , (3)
и соответствует случаю равноудаленности от приемников распо-
ложения источника, то есть при α = 0. Следовательно, оптималь-
ным можно считать расположение геофонов вокруг исследуемого
участка горного массива.
Разница расстояний ΔR от источника до пары геофонов рас-
считывается по измеренной относительной задержке τ прихода
акустического сигнала в точки расположения геофонов (А и В на
рис. 1). Эта разница определяется, исходя из предположения об
акустической изотропности массива, то есть когда распростране-
ние сейсмических волн во всех направлениях одинаково по ско-
рости и прямолинейно:
τν ×=∆R , (4)
где v – скорость акустической волны в массиве.
К сожалению, в реальном массиве горных пород неодно-
родного строения, обладающего анизотропными свойствами,
разница скоростей и непрямолинейность распространения аку-
стических волн, их переотражения, наличие в качестве помех
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
390
других источников звука, вносят дополнительную погрешность
измерения величин τ, среднеквадратическое значение στ которой
определяет, в конечном итоге, точность измерения координат
сейсмических событий. Практика показывает, что в результате
погрешности, вносимой анизотропией среды и криволинейно-
стью сейсмических лучей, возникают смещения на десятки, а
иногда на сотни метров мнимых позиций источников сейсмиче-
ских колебаний [3, 4].
В классической теории оптимального приема [8] величина
задержки сигнала S(t) определяется использованием корреляци-
онной обработки. Оценкой τ, в этом случае, является положение
максимума корреляционного интеграла V(τ) на оси задержки τ:
∫ −×=
T
dttStSV
0
)()()( ττ , (5)
где T – интервал времени существования сигнала S(t) аку-
стического импульса с учетом максимально возможной задержки
для базы d.
Данная теория хорошо работает при определении координат
сейсмических событий в воздухе или в жидкой среде. Однако
форма сигналов, поступивших на разные сейсмоакустические
датчики от одного и того же источника техногенной природы
(например, от горного удара или выброса породы, угля и газа)
существенно различна и нахождение корреляционной функции
практически невозможно. Именно поэтому измерение времени
прихода акустического сигнала из анизотропного массива горных
пород на геофон осуществляется по амплитуде первой полувол-
ны. Этот метод широко применяется, хотя имеет недостатки в
виду неодинаковости мощности акустического сигнала на входах
разнесенных геофонов и маскирования помехами.
В связи с указанными особенностями строения реального
горного массива последнее время испытываются различные мо-
дификации и усовершенствования методов определения место-
положения сейсмических событий техногенной природы. На се-
годняшний день достаточно популярен двойной разностный ме-
тод определения относительного взаиморасположения источни-
ков сейсмических событий [9, 10]. Метод двойной разности
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
391
(МДР) основан на противоположном подходе тому, который опи-
сывался выше. Вместо одного сигнала, принимаемого несколь-
кими датчиками МДР использует сигналы от пары сейсмический
событий, которые зарегистрированы одной и той же сейсмостан-
цией. В результате определяют относительное взаиморасположе-
ние Res источников i, j сейсмических сигналов по формуле:
predjiobsji tttt )()(Res −−−= , (6)
где (ti –tj)obs – измеренная в натурных условиях разница вре-
мени прихода сейсмических колебаний от источников i, j; (ti –
tj)pred – предсказанная разница.
Идея МДР базируется на том, что сейсмические сигналы ti и
tj от близко расположенных источников идут к датчику практиче-
ски одним и тем же путем, а разница времени прихода сигналов
определяется только их взаимным расположением и не зависит от
скорости распространения. Это предположение достаточно хо-
рошо подтверждается на практике и дает возможность избавиться
от искривления сейсмических лучей в анизотропных массивах.
Преимущества метода заключаются в устранении проблемы
искривления сейсмические лучей. Имеет значение лишь взаимо-
расположение источников сейсмических сигналов друг относи-
тельно друга. Существует небольшая вероятность того, что при
определенных ситуациях, лучи от близко расположенных источ-
ников разделяются и сейсмические колебания идут к датчику со-
вершенно разными путями. Так происходит, например, в случае,
когда источники сейсмических сигналов разделены контактом
породных слоев и от одного источника луч идет прямо к датчику,
а от соседнего источника окольным путем через отражения и
преломления.
Чтобы избавиться от опасности возникновения таких ситуа-
ций применяют специально продуманное взаиморасположение
приемных сейсмостанций, что усложняет сам метод. Однако его
преимущества преобладают перед недостатками, и последнее
время МДР позволил получить хорошие результаты при восста-
новлении координат сейсмических техногенных событий, проис-
ходящих в окрестности активных горных работ.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
392
Еще один перспективный метод определения координат
сейсмических событий основан на симплекс методе, с помощью
которого минимизируют ошибки или невязки при определении
координат событий [11]. Указанный метод заслуживает внимания
с точки зрения его применения для мониторинга массива горных
работ в процессе отработки угольных длинных очистных забоев.
Весьма многообещающий метод мониторинга сейсмических
событий техногенной природы с помощью трехкомпонентных
датчиков ускорения грунта [12]. Такие датчики позволяют выде-
лять вертикальную и две горизонтальные составляющих колеба-
ний, что существенно расширяет информацию и сейсмическом
источнике и дает возможность более детально анализа сейсмо-
грамм.
Дальнейшими исследованиями предусматривается испыта-
ние новых методов определения и восстановления координат
сейсмических событий техногенной природы для решения про-
блемы повышения безопасности горных работ при отработке вы-
соконагруженных лав на большой глубине.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах,
опасных по внезапным выбросам угля, пород и газа. – М: Ми-
нуглепром СССР, 1989. – 192 с.
2. Bialek J., Banka P., Jaworski A. Method for description of
seismity basing on changes of rockmass deformation induced by
mining // Proc. ISM 12th Int. Cogress. – Fuxin, 2004. – Pp. 470 –
475.
3. Chavan A.S., Raju N.M. Prediction of area instability from mining
induced seismicity // Rock mechanics Proceedings of the 35th U.S.
Symposium.-Rotterdam: A.A.Balkema Publisher, 1995. –
Pp.533 – 538.
4. Dubinski J., Lurka A., Stec K. Influence of the mining tremor
source radiation directivity on the distribution of the seismic inter-
actions with surface // 20th world mining Congress. – Tehran,
2005. – Pp. 889 – 894.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011
393
5. Назимко К.В. Модель сейсмічних проявів зрушень земної по-
верхні над очисним вибоєм, що рухається // Сборник научных
трудов XV Международной научной школы «Деформирова-
ние и разрушение материалов с дефектами и динамические
явления в горных породах и выработках» – Симферополь:
ТНУ, 2005. – С. 23 – 27.
6. Совершенствование микросейсмического анализа газодина-
мических явлений / Звягильский Е.Л., Ильюшенко В.Г., Бо-
кий Б.В. и др. // Проблеми гірського тиску. – Донецк: Дон-
НТУ. – 2002. – № 7. – С. 5 – 16.
7. Сайбель А.Г. Основы теории точности радиотехнических ме-
тодов местоопределения. – М.: Оборонгиз, 1958. – 456 с.
8. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.:
Советское радио, 1971. – 420 с.
9. Waldhouser F., Elsworth W. A double-difference earthquake loca-
tion algorithm. – Dull. Seismol. Soc. Am. 90, 2000. – Pp. 1353 –
1368.
10. Pankow K., McCarter M., Aarabasz W., Burlacu R. Coal-mining-
induced seismity in Utah – improving spatial resolurion using
double-difference reloications // Proceedings 27th Int Conf on
Ground Control in Mining. – USA, Morgantown, WVU, 2008. –
Pp. 91 – 97.
11. Reifenberg J. A simplex-based algorithm for source location of
microseismic events associated with underground mining // Proc.
Int. Conf. Rock mechanics as a guide for efficient utilization of
natural resources. – Rotterdam: Balkema, 1989. – Pp. 655 – 662.
12. Swanson P., Stewart C. Monitoring coal mine seismicity // Pro-
ceedings 27th Int Conf on Ground Control in Mining. – USA,
Morgantown, WVU, 2008. – Pp. 79 – 86.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99709 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:23:44Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бабенко, Е.В. 2016-05-02T10:56:25Z 2016-05-02T10:56:25Z 2011 Перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы / Е.В. Бабенко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 386-393. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99709 622.831 Нові методи для визначення та відновлення координат сейсмічних подій техногенної було розглянуто для вирішення проблеми підвищення безпеки гірничих робіт при відпрацюванні високонавантажених лав на великій глибині. New methods to identify and reconstruction the coordinates of technogenic seismic events were considered to solve the problem of improving mine safety in the working out of heavily lavas at great depth. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы Article published earlier |
| spellingShingle | Перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы Бабенко, Е.В. |
| title | Перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы |
| title_full | Перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы |
| title_fullStr | Перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы |
| title_full_unstemmed | Перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы |
| title_short | Перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы |
| title_sort | перспективные методы определения координат сейсмических событий техногенной природы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99709 |
| work_keys_str_mv | AT babenkoev perspektivnyemetodyopredeleniâkoordinatseismičeskihsobytiitehnogennoiprirody |