Особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами
У роботі дається аналіз особливостей взаємодії сейсмічних хвильових полів із стоншеннями і розмивами вугільного пласта з метою підвищення достовірності прогнозу даного роду порушень методами шахтної сейсморозвідки. Features of interaction of seismic wave fields and coal seam thinning and washout are...
Saved in:
| Published in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99737 |
| 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: | Особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами / А.В. Анциферов, А.А. Глухов, М.А. Педченко, В.В. Трофимов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 187-194. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99737 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Анциферов, А.В. Глухов, А.А. Педченко, М.А. Трофимов, В.В. 2016-05-02T15:17:14Z 2016-05-02T15:17:14Z 2011 Особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами / А.В. Анциферов, А.А. Глухов, М.А. Педченко, В.В. Трофимов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 187-194. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99737 550.834:622.12 У роботі дається аналіз особливостей взаємодії сейсмічних хвильових полів із стоншеннями і розмивами вугільного пласта з метою підвищення достовірності прогнозу даного роду порушень методами шахтної сейсморозвідки. Features of interaction of seismic wave fields and coal seam thinning and washout are analyzed in order to improve reliability of prediction of such types of faults using methods of seismic exploration in mines. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами |
| spellingShingle |
Особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами Анциферов, А.В. Глухов, А.А. Педченко, М.А. Трофимов, В.В. |
| title_short |
Особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами |
| title_full |
Особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами |
| title_fullStr |
Особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами |
| title_full_unstemmed |
Особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами |
| title_sort |
особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами |
| author |
Анциферов, А.В. Глухов, А.А. Педченко, М.А. Трофимов, В.В. |
| author_facet |
Анциферов, А.В. Глухов, А.А. Педченко, М.А. Трофимов, В.В. |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| format |
Article |
| description |
У роботі дається аналіз особливостей взаємодії сейсмічних хвильових полів із стоншеннями і розмивами вугільного пласта з метою підвищення достовірності прогнозу даного роду порушень методами шахтної сейсморозвідки.
Features of interaction of seismic wave fields and coal seam thinning and washout are analyzed in order to improve reliability of prediction of such types of faults using methods of seismic exploration in mines.
|
| issn |
1996-885X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99737 |
| citation_txt |
Особенности взаимодействия сейсмических волновых полей с утонениями и размывами / А.В. Анциферов, А.А. Глухов, М.А. Педченко, В.В. Трофимов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 187-194. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT anciferovav osobennostivzaimodeistviâseismičeskihvolnovyhpoleisutoneniâmiirazmyvami AT gluhovaa osobennostivzaimodeistviâseismičeskihvolnovyhpoleisutoneniâmiirazmyvami AT pedčenkoma osobennostivzaimodeistviâseismičeskihvolnovyhpoleisutoneniâmiirazmyvami AT trofimovvv osobennostivzaimodeistviâseismičeskihvolnovyhpoleisutoneniâmiirazmyvami |
| first_indexed |
2025-11-25T20:39:34Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:39:34Z |
| _version_ |
1850525927243513856 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
187
УДК 550.834:622.12
ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ
ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ С УТОНЕНИЯМИ И РАЗМЫВАМИ
Анциферов А. В., Глухов А. А., Педченко М. А.,
Трофимов В. В.
(УкрНИМИ, НАНУ, г. Донецк Украина)
У роботі дається аналіз особливостей взаємодії сейсмічних
хвильових полів із стоншеннями і розмивами вугільного пласта з
метою підвищення достовірності прогнозу даного роду пору-
шень методами шахтної сейсморозвідки.
Features of interaction of seismic wave fields and coal seam
thinning and washout are analyzed in order to improve reliability of
prediction of such types of faults using methods of seismic exploration
in mines.
Утонения угольных пластов выражаются в уменьшении
мощности угольного пласта (например, в результате его размыва)
без изменения иных физико-механических параметров среды.
Достоверный прогноз утонений традиционными методами воз-
можен в основном на участках, ограниченных горными выработ-
ками, по крайней мере, с трех сторон. При отсутствии трех гор-
ных выработок такой прогноз осуществляется только при исполь-
зовании методов шахтной сейсморазведки. Это касается, прежде
всего, сингенетических локальных размывов овражно-речных ти-
пов.
По морфологической классификации изучению и сейсмиче-
скому прогнозу подлежат, в основном, микроразмывы с парамет-
рами: вытянутые (руслообразные) шириной менее 50 м и протя-
женностью менее 300 м и изометрические (овальные) средним
поперечным размером менее 100 м [1].
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
188
Утонения угольных пластов существенно влияют на произ-
водительность выемочных комплексов и проходческих комбай-
нов. Так, уменьшение мощности пласта более, чем на 30 % при-
водит к снижению нагрузки в комплексно–механизированных ла-
вах, по меньшей мере на 20 %. Внезапные встречи размывов со-
здают угрозу завалов горных выработок или их затопления (осо-
бенно при разработке буроугольных месторождений), снижают
безопасность очистных и подготовительных работ, могут приво-
дить к непредвиденным перенарезкам лав и порче оборудования,
особенно, если породами–заполнителями размывов являются
крепкие песчаники высоких стадий эпигенеза. В угольных разре-
зах утонения приводят к непроизводительным работам транс-
портно–отвальных мостов, повышению зольности добываемых
углей. Исходя из этого, проведение анализа особенностей взаи-
модействия сейсмических волновых полей с утонениями и раз-
мывами, является актуальной задачей.
В целом для оценки влияния утонений на эксплуатацию
угольных пластов в пределах конкретного шахтного поля исполь-
зуется их горно-геологическая классификация, произведенная на
основе трех параметров: площадь распространения размыва,
мощность угольного пласта M, глубина эрозионного среза размы-
ва h в процентах от его мощности.
Разрешающая способность сейсморазведки при изучении и
прогнозе утонений должна отвечать эрозионному срезу 0,5 мощ-
ности пласта, а по размерам выявляемых размывов – в сечении от
30–50 м.
Частной задачей сейсмического прогноза размывов является
картирование смены литологического состава пород непосред-
ственной кровли, что характерно для II типа овражно-речных
размывов, особенно, когда породой-заполнителем является гру-
бозернистый кластический материал.
Анализ волнового поля для утонений проводился на приме-
ре разрезов с углями марки Ж с параметрами, характерными для
условий Донбасса. Был использован ряд моделей с угольным
пластом мощностью 1,0 м. Физические свойства угля и пород,
как и в ранее рассмотренных случаях соответствуют средней и
поздней стадиям катагенеза. Расстояние между выработками рав-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
189
но 200 м. Строго между ними расположен размыв, параметры ко-
торого варьируются (см. рис. 1). Расчеты проводились для утоне-
ний различной протяженности L и различными значениями соот-
ношения h / M, в том числе для предельного случая h = M. Всего
было рассчитано около 60 моделей.
Рис. 1. Модель, использованная при проведении расчетов
характеристик волнового поля в зоне утонений
На рис. 2 представлены последовательные стадии распро-
странения P и SV волн в плоскости, перпендикулярной плоскости
залегания угольного пласта. Изображения были получены нало-
жением картин распределений амплитуд колебаний частиц среды
вдоль направлений X и Z в определенный момент времени (через
каждые 20 мс, начиная с момента 40 мс от начала возбуждения
колебаний).
Интерес представляет то, что в момент пересечения первой
группой волн утонения мы не наблюдаем многократно отражен-
ных от границ пласта интерференционных продольных и попе-
речных волн (4), а также обменных волн (2). Для их формирова-
ния в используемом диапазоне частот нет условий (см. рис. 2 а).
Как только первая группа волн пересекла область утонения
(см. рис. 2 б), данные типы колебаний вновь присутствуют на
картине колебательного процесса. Эта особенность прохождения
колебаний через утонения характерна для обеих групп волн.
Многократно отраженные от границ пласта интерференционные
волны «теряют» пласт и рассеиваются в породы, образуя эллип-
соподобный фронт. Рассеяние идет преимущественно в направ-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
190
лении от источника колебаний, но заметны и отраженные в об-
ратном направлении волны. В структуре рассеянных волн в рав-
ной степени представлены продольные и поперечные колебания.
Расчеты показывают, что продольные волны из набора интерфе-
ренционных волн 5 при рассеянии на утонении могут несколько
опережать волну 2, создавая эффект кажущегося ускорения вто-
рой группы волн. На ряде моделей он проявляется в виде умень-
шения времени первого вступления данных колебаний.
Рис. 2. Картина распространения сейсмоакустических коле-
баний в плоскости, перпендикулярной плоскости за-
легания угольного пласта при наличии размыва:
а) t = 40 мс; б) t = 60 мс
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
191
В изменении амплитуды волновых пакетов следует выде-
лить ряд общих особенностей. Увеличение значения h влечет за
собой понижение амплитуды сигнала, регистрируемого за утоне-
нием. Это понижение тем больше, чем больше протяженность
нарушения. Эта особенность иллюстрируется рис. 3а, где обоб-
щены результаты расчетов, проведенных для пластов с утонени-
ями различной протяженности и амплитуды. Значение h варьиро-
валось от 1/3 мощности пласта до 1 (что соответствует полному
разрыву сплошности). Для значений 1/3, 2/3 и 1 была проведена
серия расчетов. Кроме этого, дополнительные вычисления были
проведены для промежуточных значений h. Ширина зоны со-
ставляла 40 м или 80 м.
В монографии [2] упоминалось о существенном изменении
частотного спектра сигнала. Приведенные там примеры
(см. рис. 2.12 в [2]) показывают, что при увеличении амплитуды
утонения максимумы частотной характеристики боковых волн
сжатия увеличивают относительную амплитуду в общем спектре
сигнала. Полученные позднее результаты в целом не подтвер-
ждают данный факт. Явление относительного увеличения макси-
мума частотной характеристики боковых волн сжатия проявля-
лось только в отдельных случаях. Более типичен случай смеще-
ния положения максимума в высокочастотную область.
На рис. 3 б обобщены данные по результатам моделирова-
ния характера изменения частотных характеристик различных
типов волн.
Характерные частоты P волн при изменении значения h от
1/3 до 5/6 мощности пласта практически не изменяются. Можно
ожидать смещения положения максимума как в область низких,
так и в область высоких частот на 10–15 Гц. Причем изменение
ширины зоны утонения не влияет на результат. При разрыве
сплошности характерно слабое уменьшение характерной частоты
колебаний (не более чем на 15 Гц).
Характерные частоты SV волн при изменении значения h от
1/3 до 2/3 мощности пласта растут. Причем рост тем больше, чем
протяженнее аномалия. При L = 80 м, h = 2/3 рост характерной
частоты может составлять 20–30 Гц. Дальнейшее увеличение h
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
192
приводит к уменьшению характерной частоты. При разрыве
сплошности её уменьшение достигает 20–35 Гц.
Рис. 3. Изменение амплитуд (а) и характерных частот (б)
различных типов волн при наличии утонения
Спектры SН волн при наличии размыва расщепляется. Ос-
новной максимум смещается в область низких частот. В низкоча-
стотной части спектра (на частотах от 0 до 100 Гц) проявляется
дополнительный максимум. Его величина тем больше, чем боль-
ше амплитуда размыва и ширина зоны аномалии. Указанное по-
ведение SН волн характерно до значений h = М.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
193
Представленные результаты говорят о том, что зависимость
характеристик сейсмического поля от характеристик аномалии
имеет разный в разных диапазонах изменения h. Разрыв сплош-
ности пласта, когда амплитуда утонения (например, глубина эро-
зионного среза размыва) равна мощности пласта, нельзя рассмат-
ривать как предельный случай утонения. Если при изменении
значения h при сохранении сплошности меняются характерные
частоты (а значит и свойства) каналируемых колебаний, то при
разрыве сплошности исчезает сам канал.
Следует отметить, что общий характер волнового поля,
формируемого в районе утонения большой амплитуды, практиче-
ски не отличается от того, который получается в случае тектони-
ческого разрыва.
Результаты, представленные на рис. 3, не позволяют четко
определить количественно характер зависимости параметров
проходящей части сигнала от протяженности нарушения, хотя
общая тенденция падения амплитуды с увеличением длины уто-
нения очевидна. Отчасти это связано с особенностями использу-
емых моделей. Для больших значений L протяженность утонения
сравнима с протяженностью всей модели и уменьшается участок
перед нарушением, оказывающий максимальное влияние на в
формирование структуры и параметров информативных волно-
вых пакетов.
Приведенный анализ показывает высокую информативность
SН волн. Для иллюстрации на рис. 4 представлены последова-
тельные стадии распространения SН волн в плоскости, перпенди-
кулярной плоскости залегания угольного пласта через каждые
20 мс, начиная с момента 40 мс от начала возбуждения колеба-
ний, Выделяются характерные особенности:
– сравнительно интенсивная отраженная от границы утоне-
ния волна;
– рассеяние части колебательной энергии за пределы пласта
в зоне утонения;
– очень сильная зависимость скорости распространения
максимума огибающей от характеристик утонения.
Представляет интерес возможность формирования отражен-
ной волны. Как показали результаты математического моделиро-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
194
вания, сама возможность формирования доступной для регистра-
ции отраженной волны связана с двумя факторами:
– с амплитудой утонения (например, глубиной эрозийного
среза размыва);
– с резкостью изменения мощности пласта в зоне утонения
(крутизной эррозионного среза).
Рис. 4. Последовательные стадии распространения SН волн
в плоскости, перпендикулярной плоскости залегания
угольного пласта через каждые 20 мс, начиная с мо-
мента 40 мс от начала возбуждения колебаний
Причем, необходимо как наличие значительного градиента
мощности при переходе от ненарушенной части пласта к утонен-
ной (не менее 0,3 м/м), так и значительной амплитуды нарушения
(не менее 40–60 % мощности пласта). От протяженности наруше-
ния возможность формирования отраженного сигнала не зависит.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Thomson W.J. Transmission of elastic waves through a stratified
solid medium // Journal of Appl. Phys. – 1950. – 21, – P. 89 – 93.
2. Анциферов А.В. Теория и практика шахтной сейсморазведки.
– Донецк: ООО “Алан”, 2002. – 312 с.
|