Способ контроля состояния тектонически нарушенного массива Советский патент 1991 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к способу контроля состояния угольного массива путем регистрации импульсов сейсмоакустической эмиссии, возникающих в результате трещи- нообразования под действием механических напряжений, применительно к подземной разработке угольных месторождений.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов контроля состояния тектонически нарушенного массива и снижение трудоемкости мероприятий по контролю.

Известно, что формирование пакетов волн происходит на расстоянии 5 Я от источника колебаний, где Я-длина волны. В условиях угольных пластов наиболее информативными легко идентифицируемыми являются продольные волны, распространяющиеся во вмещающей среде (их можно считать монотипными), а также волны типа Лява и Релея (L и R), обладающие частотной дисперсией скорости.

Для того, чтобы контролировать состояние массива в зоне дизъюнктива, необходимо установку геофонов производить так, чтобы волновые пакеты, соответствующие различным типам волн были и разделимы.

О

о

СП

м

Расстояние, на котором удовлетворяется условие формирования интерференционной волны в градиентной зоне.

I 5Ак,1. ЮЯ/KL.R , где KL.R - решение уравнения

(D

tg I / VKs2(Z)-K2dzi

/лУ-Ks,2

fi (d) VKs2(d) для симметричных волн,

tgL/V(z)-K2dz

/i(d)VK32(d)-K2 Т

KS1

для асимметричных волн;

г - текущая координата на нормали к линии скрещения:

d - половина ширины зоны влияния;

// (d) - параметр Ламе для угольного пласта на расстоянии от линии скрещения;

(л - параметр Ламе для вмещающих пород;

Ksi, Ks - волновое число монотипной поперечной волны в пласте и во вмещающей среде соответственно;

К - волновое число интерференционной волны.

Применение обычных соотношений ьи- да А с/Т, где с - скорость; Т - период колебаний, для интерференционных волн в градиентной зоне невозможно вследствие влияния скоростного градиента на дисперсию последних.

Из выражений (1) определяют также частоты фазы Эйри для градиентной зоны.

Последовательность операции при реализации способа следующая.

Для исследуемого района или группы шахтопластов экспериментально определяют скоростной разрез зоны влияния дизь- юнктива в виде зависимостей

W fi(Rg)HCr f2(Rg,z),(2)

.где W - ширина зоны влияния нарушения;

Rg - амплитуда перемещения крыльев нарушения;

Сг групповая скорость упругих волн.

Методика изучения скоростного разреза включает сейсмопросвечивание нарушения с известными параметрами с использованием продольного профиля (при

расположении сейсмоприемников и пунктов возбуждения на одном профиле, ориентированном вкрест линии скрещения нарушения) или непродольных профилей.

Определяют вид указанных функций для интерференционных волн типа R и L и продольных волн по вмещающим породам, а также величины скоростей продольных и поперечных волн для вмещающих пород и

угольного пласта в ненарушенном массиве, по которым производят расчет частот фаз Эйри по известным дисперсионным уравнениям.

В горных выработках, расположенных

на исследуемом участке углепородного массива, выявляют дизъюнктивное нарушение и определяют его параметры.

Далее по уравнению (2) с учетом зависимостей f2(Rq, z) рассчитывают волновые числа интерференционных волн типа R и L. Вычисляют расстояние I по формуле (1), в соответствии с которым устанавливают двухкомпонентный сейсмоприемник так, чтобы одна из его осей чувствительности

ориентировалась по нормали (для регистрации волн типа R), другая - параллельно (для волн типа L) линии скрещения нарушения. Производят раздельную регистрацию волн типа Р, R и L от очагов сейсмоакустической

эмиссии, определяют временные сдвиги AtiR3 и AtiL3 и частоты фаз Эйри для волн типа R и L сравнивают их с расчетными значениями этих величин, рассчитанными заранее для любых 1-х точек линии скрещения по формулам (2) и при совпадении расчетных и экспериментальных значений данных параметров в пределах погрешности их определения делают вывод об активизации сейсмоакустической эмиссии на

0 конкретном участке массива, примыкающем к линии скрещения нарушения, и определяют координаты очага эмиссии по формулам

45 vVTl

(х, - хд)2 + (у, - уд)2 (1 /vk - 1 /vp) Д tiRp

(3)

V(xi-Xg)2+(y,-yg)2 (1 /VI - 1 /Vp) Д t,LP.

(4)

где xi, yi - координаты i-й точки на линии скрещения,

vp, VK, VL - средняя скорость волн Р, R и L соответственно по сейсмическому лучу, а также определяют частоты фаз Эйри волн R и L и сопоставляют их с расчетными значениями. При их совпадении относят зарегистрированный импульс к дизъюнктивному нарушению и производят локализацию очага сейсмоакустической эмиссии

Формула изобретения

Способ контроля состояния тектонически нарушенного массива, включающий установку геофонов, регистрацию импульсов сейсмоакустической эмиссии, разделение пакетов волн, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности способа и снижения его трудоемкости, предварительно в исследуемой части массива определяют длину и направление линии скрещения дизъюнктивного нарушения, амплитуду перемещения крыльев дизъюнктивного нарушения, рассчитывают волновые числа К L.R интерференционных волн, в зонах, прилегающих к линии скрещения, определяют место установки двухкомпонентного геофона на расстоянии 1 ЮЯ/KL.R по нор0

5

мали от линии скрещения дизъюнктива, ориентируют одну из осей чувствительности геофона по нормали к линии скоешения дизъюнктива, а другую - параллельно ей, рассчитывают средние скорости продольной волны и волн поляризации Релея и Ля- ва, рассчитывают для каждой точки линии скрещения временные сдвиги и частоты фаз Эйри по отношению к выбранной точке приема, разделяют пакеты продольных волн и волн поляризации Релея и Лява, измеряют временные сдвиги и фактические значения частот в фазе Эйри интерференционных волн, сопоставляют с расчетными значениями, при их совпадении относят зарегистрированный импульс к дизъюнктивному нарушению и производят локализацию очага сейсмоакустической эмиссии.

Изобретение относится к способу контроля состояния нарушенного массива путем регистрации импульсов сейсмоакустиче- ской эмиссии, применительно к подземной разработке угольных месторождений. Цель изобретения - повышение достоверности способа и снижение его трудоемкости. Находят длину и направление линии скрещения, амплитуду перемещения крыльев дизъюнктивного нарушения. Определяют скоростной разрез зоны влияния нарушения. Рассчитывают частоты фаз Эйри для ненарушенного пласта, а также волновые числа интерференционных волн в зонах, прилегающих к линии скрещения. Ориентируют двухкомпонентный геофон по нормали к линии скрещения дизьюнктива и параллельно ей. Рассчитывают временные сдвиги и частоты фаз Эйри по отношению к каждой точке приема. Регистрируют импульсы сейсмоакустической эмиссии. Разделяют пакеты продольных волн и волн поляризации Релея и Лява. Измеряют временные сдвиги и фактические значения частот а фазе Эйри интерференционных волн, сопоставляют их с расчетными и при их совпадении относят зарегистрированный импульс к дизъюнктивному нарушению, локализуя очаг сейсмоакустической эмиссии.