Способ определения положения ослабленных контактов в массиве горных пород Советский патент 1993 года по МПК E21C39/00 

ных на окружности с центром в точке крепления сейсмоприемника, при этом угол смещения точек возбуждения целесообразно принять кратным 45°.

На фиг. 1 приведены амплитудные спектры сейсмоакустических сигналов при импульсном возбуждении массива горных пород на дневной поверхности. Спектр 1 и спектр 2 - результаты возбуждения колебаний соответственно по линиям б и а (см.фиг.2) ортогонально зоне трещиновато- сти и вдоль нее. Спектры на фиг. 1(а)получены вдали от зоны повышенной трещиноватости, а спектры на фиг, 1(6)- в пределах этой зоны. На фиг. 2 приведена схема реализации способа - план расположения пунктов приема 1 и возбуждения 2 на линиях 3, одна из которых ориентирована вдоль зоны повышенной трещиноватости пород 4.

Способ осуществляют следующим образом.

В точке приема 1 закрепляют сейсмоп- риемник(СП). Пункты возбуждения 2 располагают на линиях 3 на равном расстоянии от СП Одну линию направляют вдоль предполагаемой трещиноватости горных пород или вдоль простирания пород, преобладающего направления тектонических структур, а вторую линию - ортогонально первой. При недостаточном объеме информации о направлении зон трещиноватости, возбуждение колебаний осуществляют & точках, лежащих на окружности с центром в точке крепления сейсмоприемника, на линиях, направления которых составляют угол 45е. В намеченных пунктах, вначале на одной линии, а затем на других, на равном расстоянии QT СП, возбуждают упругие колебания, регистрируют сейсмоакуетический сигнал, определяют его амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и резонансные частоты. Резонансные частоты определяют при помощи аппаратуры Резонанс или путем регистрации и последующего анализа сигнала на ЭВМ, применяя быстрое преобразование Фурье. Сопоставляют амплитуды резонансных частот, полученные при возбуждении на одинаковых расстояниях от СП, но расположенных на разных линиях. Для определения мощности слоев и построения разреза используют АЧХ с максимальными амплитудами и по ним рассчитывают добротность Для определения положения слоев в геологическом разрезе осуществляют анализ сигнала в переменном временном интервале. Параметры перемещаемого временного интервала: величину временного интервала (A t), шаг перемещений (д t), количество перемещений (п). определяют из формул:

(D,

(2),

(3),

где fp - значение резонансной частоты ;

v - скорость продольных волн в массиве; .. . . :; . .;, .. . ...:.

h - требуемая глубина исследований. Для каждой резонансной частоты вычисляют параметры по формулам 1-3. При каждом перемещении временного интервала At на величину д t по сейсмограмме импульсного сигнала определяют амплитуду Ар на этой частоте. Из набора п амплитуд выбирают максимальную и определяют время tp, соответствующее этой амплитуде

tp np , (4)

где Пр - номер; перемещения, для которого зафиксирована максимальная Ар.

Величину At/2 используют для определения очередности расположения слоев и построения геологического разреза. Пред- лагаемый способ дает возможность дополнительно оценить степень трещиноватости пород в слое и их обводненность. Эта задача актуальна не только в горном деле, но и в инженерной геологии и гидрогеологии. Ре- щение ее осуществляют следующим обра- зом. В трех-пяти точках массива с известной степенью трещиноватости и обводненности горных пород, например, возле разведочных скважин, возбуждают и регистрируют упругие колебания в соответствии с предлагаемым способом. Сопоставляют спектры колебаний, полученные при их возбуждении на двух ортогональных линиях, и находят те. резонансные частоты, на которых амплитуды изменяются максимально. Выделяют в геологическом разрезе массива слои, которые соответствуют этим частотам, и вычисляют для них коэффициент, пропорциональный степени из анизотропии, из соотношения

(5)

Аб

где Аа и Аб- амплитуды сигнала на определенной резонансной частоте при возбуждении колебаний соответственно на линии, направленной вдоль трещиноватости, и ортогонально ей.

Между величиной коэффициента К и сте- пенью трещиноватости, обводненности (по данным бурения) находят осредненную зависимость. Затем, на участке, где необходимо оценить степень трещиноватости или обводненности пород, выполняют операции способа. Для определенных слоев по формуле (5) вычисляют коэффициент К, а по установленной осредненной зависимости делают вывод о степени трещиноватости и обводненности пород.

Предлагаемый способ опробован на поле ш-ты Моспинскэя ПО Донецкуголь. Прюфиль, на котором расположены точки регистрации, пересекает обводненную зону повышенной трещиноватости в районе ПК 14. Упругие колебания возбуждали по двум линиям: линия (б) совпадала с направлением профиля, а линия (а)- направлена вдоль трещиноватости. Расстояние между сейсмоприемником и пунктом возбуждения 5 м. Регистрация сейсмоакустического сиг- нфа осуществлялась при помощи магнйт- нс|го регистратора РАМШ. Обработка сейсмоакустического сигнала выполнена на персональной ЭВМ ДВК-3 при помощи спе- щ/|альной программы РОМК, в основе кото- лежит быстрое преобразование Фурье. На фиг. 1 представлены третьоктавные спектры, полученные в точках вдали от зоны трещиноватых пород (а) и в пределах ее (б). Спектр 2 - результат возбуждения колебаний на линии, направленной вдоль трещи- нфватости, а спектр 1 - ортогонально ей. Из анализа кривых АЧХ на ПК 14 (б)следует, что с/)ой горных пород, резонирующий на час-, тоде 190 Гц, имеет ослабленные механические контакты с вмещающими породами, не обличающиеся от других участков, напри- мёр ПК 24. Добротность колебательного процесса на этой частоте при возбуждении нЈ линии (б) резко уменьшается вследствие пЬвышения трещиноватости пород слоя. С другой стороны, анализ кривых 1 и 2 позволяет сделать вывод о том. что породы всех

слоев обладают повышенной трещиновато- стью, но особенно она велика для слоя пород мощностью 13,2 м, расположенного на глубине около 10м. Коэффициент К для это- гр слоя на ПК 14 равен 4,7. Этот слой представлен песчаниками, по которым развита трещиноватость вблизи разрывного нарушения. Трещиноватые породы, как показало бурение, обильно обводнены. Предлагаемый способ по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:

повышается точность выделения резонирующих слоев и оценки состояния контак- то в между ними:

позволяет оценить степень трещиноватости и обводненности выделенных резонирующих слоев и массива в целом;

позволяет выявлять зоны повышенной трещиноватости и обводненности горных пород.

Формула изобретения

1. Способ определения положения ослабленных контактов в массиве горных пород, включающий импульсное возбуждение упругих колебаний, регистрацию сейсмоакустического сигнала, определение его амплитудно-частотной характеристики,

выделение резонансных частот и определение мощности и положения слоев горных пород в массиве, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет учета анизотропии массива, колебания возбуждают в точках, расположенных по окружности с центром в точке регистрации сейсмоакустического сигнала при неизменном ее положении, выделяют сигналы с наибольшей амплитудой резонансных частот

и по ним определяют положение ослабленных контактов и направление максимальной анизотропии.

2. Способ по п.. 1, отличающийся тем, что колебания возбуждают в точках, углы между которыми кратны 45°.

60 юв ж мт зоо ц.ъгц

фиг. 1

Ф

а

-х

Ш

- о;-KI

фиг 2