Способ впередизабойной локации Советский патент 1993 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к инженерной сейсморазведке и может быть использовано в внутрипластовой сейсморазведке для обнаружения, преимущественно, тектонических нарушений угольных пластов и старых пластовых горных выработок впереди забоя горной выработки, а также найти применение при проходке тоннелей и шахтных стволов.

Цель изобретения - повышение достоверности способа за счет уменьшения погрешности в определении скоростей распространения.каналовых волн и положения объектов разведки относительно забоя горной выработки.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

1)прием сейсмических сигналов четырьмя сейсмоприемниками, образующими сочлененные с перекрытием на два сейсмоприемника две линейные группы, каждая из которых состоит из трех сейсмоприемников,

2)возбуждение упругих волн последовательно в центрах каждой из сочлененных групп;

3)регистрация волновых картин тремя сейсмоприемниками, один из которых установлен в точке возбуждения а два других симметрично ей;

00

Ю

о о ся

4) выравнивание амплитуд усиленных с ш налов после их покомпонентной селекции и высокочастотной фильтрации вдиапа- ЛОНР фазы Эйри каналовых волн Лява и Ррлея и разновременное суммирование волновых картин с изменением наклона линии суммирования с последующим выделением на суммолентах разрастаний амплитуд, обусловленных отраженными волнами, и определением их параметров.

Изображение поясняется чертежами: на фиг. 1 показано расположение точек возбуждения и приема сейсмических волн в угольном пласте в забое горной выработки (1 горная выработка, 2 угольный пласт, 3 - срединная плоскость, 4. 5, 6, 7 - устья шпуров 8 для размещения сейсмоприемни- ков 10), на фиг.2 - изображен ход сейсмических лучей отраженных волн, возбуждаемых последовательно вдомках 5 и 6 и принимаемых сейсмоприемниками в точках 4, 5, 6 и 5, б, 7 (11 - положение отражающего обьекта относительно забоя горной выработки, 12 и 13 - центры элементарных отражающих

площадок).

Способ осуществляют следующим образом.

1)предварительно по сейсмогеологиче- ской модели углевмещающего массива выполняют расчеты дисперсионных кривых каналовых волн Лява и Релея, по которым выделяют их фазы Эйри определяют соответствующие им частотные диапазоны и фазовые скорости каналовых волн, по которым рассчитывают длины упругих волн Лява и Релея и по условию оптимальной фазовой корреляции.- расстояния между точками приема;

2)Из забоя горной выработки 1 (фиг. 1, 2) в угольном пласте 2 в пределах его в срединной плоскости 3 в точках 4. 5, 6, 7 перпендикулярно линии забоя бурят четыре шпура 8 глубиной 1,5-2,0 м за границу 13 зоны дробления пород 9, обусловленную изменением напряженного состояния массива горных пород в связи с проходкой горной выработки, в каждом из которых на границе

9зоны дробления устанавливают трехком- понентные X, У, Z сейсмоприемники 10, при этом продольную Х-ось сейсмоприемника

10ориентируют параллельно оси горной выработки 1, ось У - в срединной плоскости 3 угольного пласта 2, а ось Z - по нормали к напластованию угольного пласта 2; расстановка сейсмоприемников 10 образует две сочлененные в точках 5. 6 и две линейные группы 4. 5, б и 5. 6, 7 с певекрытием на два сейсмоприемника 5 и 6.

3)последовательно, в точках 5 и 6 механическими ударами по обнажению угольного пласта 2 в горной выработке 1 возбуждают упругие волны и регистрируют их, соот ветственно, сейсмоприемникам 4, 5, 6 и 5, 6, 7 выходы которых подключают «а вход, например, 12-ти канальной шахтной цифровой сейсмостанции ШСС-1 Дружба, регистрацию выполняют с задержкой для подавления прямых волн в режиме накопления, начиная со второго возбуждения,

4)обработку сейсмозаписей на ЭВМ выполняют в следующей последовательности:

а)выполняют покомпонентную X, У, Z селекцию сейсмозаписей, после чего осуществляют полосовую высокочастотную фильтрацию в диапазонах фаз Эйри каналовых волн Лява и Релея:

б)выполняют разновременное (т.е. с различными временными задержками) суммирование сейсмозаписей по МРНП; т.к.

его выполняют на малых базах, это позволяет считать фронты приходящих отраженных волн плоскими; центры без суммирования совмещают с точками 6 (для первой группы) и 5 (для второй группы), т.е. с взаимными

точками наблюдений. Относительный сдвиг суммирования принимают кратным 1, 2. 3 времени дискретизации цифровой регистрации волновых картин; при этом при совпадении наклона линии суммирования с

наклоном оси синфазности отраженной волны на суммоленте формируется запись с максимальной амплитудой, т.е. разрастание амплитуд;

в) для каждого разрастания амплитуд измеряют их параметры: видимую амплитуду Ав, время прихода волны к центру базы суммирования ti и разность прихода волны к крайним сейсмоприемникам базы суммирования dti, равный 6 ti t4 - tz (для первой группы) и 612 ts - t3 (для второй группы); временные сдвиги могут быть как положительными, так и отрицательными и зависят от направления прихода отраженных волн, т.е. от положения обьекта разведки относительно оси горной выработки - справа или слева от нее; в обоих случая знак временного сдвига должен быть одинаковым; если же он различен, это означает, что группами зарегистрированы отражения от различных объектов, расположенных впереди забоя горной выработки:

г) вычисляют эффективную скорость по формуле

Чэф

где у - расстояние от источника до центра базы суммирования;

ti - время регистрации волны в центре базы суммирования;

3ti - временной сдвиг волны на базе суммирования Л.

Так как у Лх, а 5у 2 АХ, где Дх - расстояние между точками приема, a di пДг , где п 1,2,3..., а Дг- время дискретизации сейсмозаписи,то

Уэф1

.

ti n Дг

среднее значение эффективной скорости определяют, как

V1 4- V2 Уэфср 2)

где vi и V2 - значения эффективных скоростей, определенное для первой и второй групп (не должны различаться более чем на 5%):

д) вычисляют координаты центров элементарных отражающих площадок 12 и 13 (фиг.2):

У12.13

tl

«ill И

2

Vcp ti г л Х12 13 V - 1

Vcp

ТГ)2 (5)

/ ч

(5Т

iуср

е) вычисляют углы наклона отражающих лементов (отражающих площадок):

f)( arcsin --

d tr,

arcsin vcp --т;

где VK - кажущаяся скорость вдоль базы суммирования

Угол считается положительным по падению отражающей границы 11. При этом направляющий вектор отражающей площадки (совпадающий с нормалью к ней)должен совпадать с линией, соединяющей точки возбуждения 5 и 6. центры элементарных отражающих элементов 12 и 13, соот- ветственно. Соединяя точки 12 и 13, получают положение отражающей площадки (объекта разведки 11) впереди забоя горной выработки 1.

Небольшая (1,5-2,0) длина шпуров для установки сейсмоприемников позволяет с высокой точностью (до 1-2 см) контролировать координаты их установки как по глубине так и в вертикальной плоскости (по мощности угольного пласта), что обеспечи

5

10

15

20

25

30

35

40

45 5055вает, с одной стороны, прямолинейность приемной базы сейсмоприемников. т е син- фазность разновременного суммирования, с другой стороны, идентичность условий приема одноименных мод каналовых волн.

Точность определения эффективной скорости по формуле (1) существенно зависит от погрешности измерения fti. Так как при использовании шахтных цифровых сей- смостанций типа ШСС абсолютная погрешность определения времен на суммолентах не превышает величины времени дискретизации при сейсмозаписи (обычного,125- 0,250 мс), при расстоянии отражающей границы до 100мот забоя горной выработки и для средних значений скоростей каналовых волн Лява и Релея в 1000 м/с (для условий Донбасса), абсолютная погрешность определения средней скорости составляет 0,125-0,25%, что позволяет с более высокой, чем в прототипе, достоверностью определить элеме нты глубинного разреза впереди забоя горной выработки.

Непосредственное, по данным впере- дизабойной локации, определение величины средней скорости распространения сейсмических волн vcp, позволяет также уменьшить погрешность в определении положения объекта разведки относительно забоя горной выработки, обусловленную естественным разбросом скоростей распространения сейсмических волн по площади залегания угольного пласта.

Формула изобретения

Способ впередизабойной локации, включающий установку четырех сейсмоприемников. возбуждение упругих волн в уголь- ном пласте, их прием и преобразование сейсмоприемниками с последующим усилением, выравниванием амплитуд усиленных сигналов, суммированием волновых картин и выделением вступлений отраженных волн, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности способа за счет уменьшения погрешности в определении скоростей распространения каналовых волн и положения объектов разведки впереди забоя горной выработки, установку четырех трехкомлонентных сейсмоприемников осуществляют в виде двух линейных групп с перекрытием на два сейсмоприемника, каждая из которых содержит три сейсмоприемника, возбуждают последовательно упругие колебания в центрах каждой из сочлененных групп, регистрируют в режиме накопле- ния волновые картины тремя сейсмоприемниками, установленными в каждой из точек возбуждения и симметрично ей, выравнивают амплитуду усиленных сигналов после их покомпонентной селекции и высокочастотной фильтрации в диапазоне фазы Эйри каналовых волн, после чего выполняют разновременное суммирование волновых картин, изменяя наклон линии

суммирования, выделяют на суммолентах разрастания амплитуд, обусловленные отраженными волнами, определяют их параметры, по которым строят глубинный разрез массива впереди горной выработки,

Использование: в инженерной сейсморазведке, в частности в шахтной внутрипла- стовой сейсморазведке, для обнаружения тектонических нарушений угольных пластов и старых горных выработок впереди забоя. Сущность изобретения расстановка четырех трехкомпонентных сейсмоприемников образует сочлененные с перекрытием на два сейсмоприемника две линейные группы, каждая из трех сейсмоприемников. Возбуждают последовательно упругие колебания в центрах каждой из упомянутых групп; регистрируют в режиме накопления волновые картины тремя сейсмоприемника- ми. Последние установлены в каждой из точек возбуждения и симметрично группе. Выравнивают амплитуды усиленных сигналов после их покомпонентной селекции и высокочастотной фильтрации в диапазоне фазы Эйри каналовых волн Выполняют разновременное суммирование воловных картин, изменяя наклон линии суммирования. Выделяют на суммолентах разрастания амплитуд, обусловленные отраженными волнами. По их параметрам строят глубинный разрез массива впереди забоя горной выработки. 2 ил (Л С

№ J f j

|

У/

«--MJ

Редактор

Рмг. 2

Составитель Ю. Мясников Техред М.Моргентал

/ ФКР. i

UiO

Корректор М. Шэроши