Способ сейсмоакустического исследования угольного пласта из забоя горной выработки Советский патент 1985 года по МПК G01V1/00 

Фие. .1 Изобретение относится к сейсмическим исследованиям и может быть использовано в шахтной сейсморазведке для обнаружения тектонически нарушений з горном массиве из подготовительной выработки или из ее забоя, а также при проходке тоннелей и шахтных стволов, Известен способ исследования по ля впереди забоя в ходе эксплуатации угольных пластов, по которому упругие колебания вводят в исследу мый массив посредством специальных излучателей, генерирующих нескольк монохроматических когерентных импульсов в звуковом диапазоне частот, которые образуют пучок с колбовидной характеристикой излучения (1 }.. Указанный способ обладает тем недостатком, что не обеспечивает зо дирование горного массива на существенную глубину вследствие малой мощности существующих излу1ателей упругих колебаний. Наиболее близким к изобретению является способ сейсмоакустического исследования угольного пласта из забоя горной выработки, включающий возбуждение упругих волн в угол ном пласте, преобразование их,сейсм приемниками с последующим усилением и регистрацией. Регистрацию колебаний проводят двумя сейсмоприемниками, установлен ными в скважине на различных глубинах. При этом непосредственно перед регистрацией полезных колебаний измеряют уровни шумов на выходах сейсмоприемников, выравнивают их корректирующим усилителем,суммируют в противофазе, добиваясь минимума шумов на выходе сумматора, после чего регистрируют полезный сигнал L2j. Этот способ также не обеспечивает устранения прямого сигнала из ре гистрируемых колебаний, что усложняет интерпретацию результатов наблюдений и снижает их достоверность Целью изобретения является повышение достоверности исследования го ного массива. Поставленная цель достигается тем, что при способе сейсмоакусти ческого исследования угольного пласта из забоя горной выработки, вклю чающего возбуждение упругих волн в угольном пласте, преобразование и 92 . 2 сейсмоприемниками с последующим усилением и регистрацией, не менее чем четырьмя сейсмоприемниками, равноудаленными от источника упругих волн на расстояние не менее десяти мощностей исследуемого пласта, принимают прямые упругие волны, попарно выравнивают амплитуды усиленных сигналов сейсмоприемников, суммируют ихв противофазе и регистрируют вступление отраженных волн. На фиг. представлена схема наблюдений .из забоя горной выработки с использованием взрывного источника упругих волн на фиг. 2 - ударный источник упругих ВОЛН на фиг. 3 схема наблюдений из одиночной выработки с взрывным источникомJ на фиг. 4 - мнимый источник колебаний. В шпурах, пробуренных из горной выработки или из ее забоя, помещают четыре сейсмоприемника 1-4, точки установки которых одинаково удалены от источника 5 колебаний и располагаются в вершинах прямоугольника (фиг. 1, 3, 4) при взрывном источнике возбуждения упругих колебаний или по дуге окружности (фиг. 2) при ударном источнике колебаний. Способ реализуется следующим образом. Колебания, возбуждаемые источником 5, одновременно (синфазно/ принимаются четырьмя сейсмоприемниками. Сигнал одного из них выравнивается по амплитуде с сигналом какого-либо другого приемника и инвертируется ,после чего сигналы суммируются. Вследствие этого прямые волны, распространяющиеся непосредственно от источника колебаний к точке приема, взаимно устраняются, а отраженные сигналы регистрируются. Но поскольку расстояния между точками приема небольшие, так как максимально возможная длина шпура 10-20 м, то oj;- раженные от тектонического нарушения в горном массиве волны регистрируются наложенными, в результате чего можно выделить первое вступление только той из них, точка при- . ема которой ближе расположена к отражающей плоскости. Для определения ближайшей к отражающей плоскости точки приема сигнальную из двух рассмотренных точек выравнивают и суммируют в противофазе с сигналом сейсмоприемника в третьей точке. Если при этом время первого вступления отраженйого- сигнала остается тем же, что и в первом случае, то из трех анализируемых точек ближе к отражающей плоскости находится сигнал, который суммировался с си1- налами двух точек. Если время прихода отраженного сигнала во втором случае больше, чем в первом, то бли же к отражак)щей плоскости находится точка приема сигнала, в которой сум мировался только в первом случае. Если при втором суммировании время прихода отраженного сигнала меньше, чем при первом, то ближе к отражающей плоскости находится третья точ ка. Выбранные таким образом две точки приема iC известными временами прихода в них отраженных сигналов позволяют определить расстояние до нарушения в горном массиве и направ ление его простирания. Способ позволяет использовать взрывной и ударный источники возбуж дения упругих колебаний, что обеспе чивает разведку нарушений расположенных близко к горной выработке (десяти метров) и на значительном удалении от нее (сотни метров). Минимальное количество приемнико при котором возможна реализация пре лагаемого способа, обусла;вливается тем обстоятельством, что для опреде ления точки приема отраженного сигнала, которой соответствует время его вступления, необходимо произвести попарное суммирование сигналов как минимум трех точек приема. Поскольку для построения отражающей площадки «еобходимо наличие как минимум двух точек приема с извёстными временами прихода в них отраженных сигналов, то, следовательно для определения этих двух точек по предлагаемому способу необходимо в общем случае как минимум четыре точки приема. В частном случае,, когда отражающая граница параллель на прямой, проходящей через две точ ки приема, достаточно трех точек пр ема для реализации способа.Однако по скольку в реальных условиях такая с туация маловероятна, то в любых условиях следует использовать четыре точки приема. Необходимость равноудаленности приемников от источника колебаний определяется тем, что наиболее полное устранение пряного сигнала возм но при идентичных волновых картинах прямых сигналов в точках приема, а такая идентичность возможна только при одинаковой удаленности точек приема от источника колебаний. Кроме того, синфазность прямых сигналов, определяющая полноту устранения прямого сигнала, возможна также при одинаковой удаленности точек приема от источника колебаний. Расстояние между приемниками определяется следующим образом. Амплитуда вьщеленного при сзгммировании в противофазе сигналов приемников вступления отраженного сигнала, помимо всего прочего, зависит от разности времен прихода отраженного сигнала в рассматриваемые точки приема, . и наибольшие значения этой амплитуды будут при разнице во временах прихода отраженных сигналов равной четверти периода отраженной волны и более, поскольку в этом случае четверти периоду вступления отраженной волны, когда в этом периоде волна достигает максимального значения, не будет противоставляться вступление другого отраженного сигнала, суммируемого с первым, Дпя схем наблюдения (фиг, 1-3/ наименьшие разницы во временах прихода отраженного сигнала в ближайшую к отражающей границе точку приема и две из трех других точек приема будут в том случае, когда направление прихода отраженного сигнала в ближайшую к отражающей границе точку приема будет перпендикулярно одной из диагоналей четырехугольника, образуемого точками приема. На фиг,4 приведена схема наблюдений, иллюстрирующая указанный случай, Сейсмоприемники 1-4 установлены в точках приема, источник 5-в точке возбуждения, а также показан мнимый источник 6 колебаний. Для указанного случая наименьшие разницы во временах прихода отраженных сигналов будут при одинаковых расстояниях между смежньми точкаьш приема, т,е, когда точки приема будут располагаться по вершинам квадрата. При этом наименьшее расстояние между смежными приемниками не должно быть меньше величины, определяемой выражением мин 4 4irW „„ -8° м«н- 3 Л , где Iv,.r наименьшее расстояние между смежными точками приема - длина отраженной волны , При выполнении этого условия для схем наблюдений при расположении приемников по вершинам четьфехуголь ника для любых трех точек приема всегда будут две точки, для которых разница во временах прихода отражен ных сигналов не меньше четверти периода отраженной волны. Поскольку способ реализуем ч;олько при использовании каналовых волн длина которых в наиболее информативной их фазе (фаза Эйри) соизмери ма с мощностью пласта-волновода, то указанное условие можно представить в следующем виде. Если сейсмоприемники устанавливают в вершинах прямоугольника, I.TO наименьшее расстояние между приемниками выбирают из условия ., где Ь„„- наименьшее расстояние межикнду приемниками; . М - мощность исследуемого плас та. Если сейсмоприемнкки устанавливают по дуге окружности, наименьшее расстояние меящу приемниками выбирают из условия xe-yn R-Vo- 2 где 1и. наименьшее расстояние между приемниками; М - мощность исследуемого плас та; R - радиус окружности, по дуге окружности которой устанавливают сейсмоприемники; ot - центральный угол, опирающийся на дугу окружности, заключенный между точками приема, расстояние между которыми меньше, чем между другими точками приема. Прямые сигналы при суммировании их в противофазе выравненными по амплитуде, взаимно устраняются по всей своей длительности, тогда как вступление отраженной волны в интервале времени, равном разнице во временах прихода отраженных суммируемых волн, не претерпевает никаких изменений. Таким образом, разрешающая способность предлагаемого способа при вьзделении вступления отраженной волны от близко расположенной к забою горной выработки отражающей границы определяется только базой формирования отраженных волн, которая не . превьшает расстояния порядка десяти длин отраженных волн или приблизительно десяти мощностей исследуемого пласта. Глубинность зондирования угольного массива по предлагаемому способу зависит от волноводных свойств пласта, которые определяются в основном соотношением акустических жесткостей пласта и вметающих пород, и достаточно уверенно удается принимать каналовые волны на расстояниях, примерно в 200 раз превышающих мощность пласта. Таким образом, в данном способе повышается достовернвсть исследования горного массива.

СПОСОБ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ИЗ ЗА БОЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ, включающий возбуждение упругих волн в угольном пласте, преобразование их сейсмопри- емниками с последунщим усилением и регистрацией, отлнчающийс я тем, что, с целью повышения достоверности исследования горного массива не менее чем четырьмя сейсмоприемниками, равноудаленными от источника упругих волн на расстояние не менее десяти мощностей исследуемого пласта, принимают прямые упругие волны, попарно выравнивают амплитуды усиленных сигналов сейсмоприемников, суммируют их в противофазе и регистрир т вступления отраженных волн. .