Способ сейсмоакустического исследования угольного пласта из забоя горной выработки

Способ сейсмоакустического исследования угольного пласта из забоя горной выработки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ИЗ ЗА БОЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ, включающий возбуждение упругих волн в угольном пласте, преобразование их сейсмоприемниками 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. .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G Ol V 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3562959/24-25 (22) 15.03,83 (46) 23.05.85. Бюл. Р 19 (72) А.С.Трифонов и IO.С.Исаев (71) Украинский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института горной геомеханикн н маркшейдерского дела (53) 550.834(088.8) (56) I. Патент ФРГ 9 2345884, кл. G Ol V 1/00, опублик. 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

У 8111.67 кл. G 01 Ч l/00, 198! (прототип ) . (54)(57) СПОСОБ СЕЙСИОАКУСТИЧЕСКОГО

ИССЛЕДОВАНИЯ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ИЗ ЗА„„Я0„„1157492 А

БОЯ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ, включающий возбуждение упругих волн в угольном пласте, преобразование их сейсмоприемникеми с последующим усилением и регистрацией, о т л и ч а ю щ и йс 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 регистрируют вступления отраженных волн.

1157

Изобретение относится к сейсмическим исследованиям и может быть использовано в шахтной сейсморазведке для обнаружения тектонических нарушений в горном массиве из под- 5 готовительной выработки или из ее забоя, а также при проходке тоннелей и шахтных стволов, Известен способ исследования поля впереди забоя в ходе эксплуата- f0 ции угольных пластов, по которому упругие колебания вводят в исследуемый массив посредством специальных излучателей, генерирующих несколько монохроиатических когерентных им- f5 пульсов в звуковом диапазоне частот, которые образуют пучок с колбовидной характеристикой излучения pl ).

Укаэанный способ обладает тем, у0 недостатком, что не обеспечивает зондирование горного массива на существеннуюглубину вследствие малой мощности существующих излучателей упругих колебаний. 25

Наиболее близким к изобретению является способ сейсмоакустического исследования угольного пласта из забоя горной выработки, включающий возбуждение упругих волн в уголь-З ном пласте, преобразование их,сейсмоприемниками с последующим усилением и регистрацией.

Регистрацию колебаний проводят двумя сейсмоприемниками, установленными в скважине на различных глубинах. При этом непосредственно перед регистрацией полезных колебаний измеряют уровни шумов на выходах сейсмоприемников, выравнивают их кор40 ректирующим усилителем, суммируют в противофазе, добиваясь минимума шумов на выходе сумматора, после чего регистрируют полезный сигнал 1 2 .

Этот способ также не обеспечива- 45 ет устранения прямого сигнала из регистрируемых колебаний, что усложняет интерпретацию результатов наблюдений и снижает их достоверность.

Целью изобретения является позы- 50 шение достоверности исследования горного массива.

Поставленная цель достигается тем, что при способе сейсмоакусти" ческого исследования угольного пла- 55 ста из забоя горной выработки, вклю— чающего возбуждение упругих волн в угольном пласте, преобразование их

492 . 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 их в противофазе и регистрируют вступление отраженных волн, На фиг. 1 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 иэ одиночной выработки с взрывным источником, 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 распо. лагаются 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 от-— 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 иэ двух рассмотренных точек выравнивают и суммируют в противофазе с сигналом сейсмоприемника в третьей точке. Если при этом время первого вступлеII 57492 4 ния отраженного сигнала остается тем же, что и в первом случае, то из трех анализируемых точек ближе к отражающей глоскостн находится сигнал, который суммировался с сигналами двух точек. Если время прихода отраженного сигнала во втором случае больше, чем в первом, то ближе к отражающей плоскости находится точка приема сигнала, в которой сум- to мировался только в первом случае.

Если при втором суммировании время. прихода отраженного сигнала меньше, чем при первом, то ближе к отражающей плоскости находится третья точка.

Выбранные таким образом две точки приема,с известными временами прихода в них отраженных сигналов позволяют определить расстояние до нарушения в горном массиве и направление его простирания.

Способ позволяет использовать взрывной и ударный источники возбуждения упругих колебаний, что обеспечивает разведку нарушений расположенных близко к горной выработке (десяти метров ) и на значительном удалении от нее (сотни метров).

Минимальное количество приемников, 30 при котором возможна реализация предлагаемого способа, обуславливается тем обстоятельством, что для определения точки приема отраженного сигнала, которой соответствует время его вступления, необходимо произвести попарное суммирование сигналов как минимум трех точек приема.

Поскольку для построения отражающей площадки необходимо наличие как минимум двух точек приема с известными 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 параллельна прямой, проходящей через две точки приема, достаточно трех точек при-. ема для реализации способа. Однако по- 50 скольку в реальных условиях такая ситуация маловероятна, то в любых условиях следует использовать четыре точки приема.

Необходимость равноудаленности 55 приемников от источника колебаний определяется тем, что наиболее полное устранение прямого сигнала возможно 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 выделенного при суммировании 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.

Для 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 укаэанный 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 смежными точками 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

)Х -1 - 0,5

7 11 + и!й! сии З Л

I и и Ь „>i 0,35 Л

l! 57492

-1 2 -1 -1 Е ему мкн 2.г где Ь - наименьшее расстояние меж— иий ду смежными точками приема, — длина отраженной волны..

При выполнении этого условия для схем наблюдений при расположении 5 приемников по вершинам четырехугольника для любых трех точек приема всегда будут две точки, для которых разница во временах прихода отраженных сигналов не меньше четверти пе- 10 риода отраженной волны.

Поскольку способ реализуем только при использовании каналовых волн, длина которых в наиболее информативной их фазе (фаза Эйри ) соизмери- 15 ма с мощностью пласта-волновода, то указанное условие можно представить в следующем виде.

Если сейсмоприемники устанавливают в вершинах прямоугольника, ..то наименьшее расстояние между приемниками выбирают из условия

Ф

-0,6 минЪВ М, где L — наименьшее расстояние межмин ду приемниками;

М - мощность исследуемого пласта.

Если сейсмоприемники устанавли- Э0 вают по дуге окружности; наименьшее расстояние между приемниками выбирают из условия где 4 — наименьшее расстояние межН ду приемниками;

М вЂ” мощность исследуемого плас- 4© та;

R — радиус окружности, по дуге окружности которой устанавливают сейсмоприемники; о — 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 спо" собность предлагаемого способа при выделении вступления отраженной вол. ны от близко расположенной к забою горной выработки отражающей границы определяется только базой формирования отраженных волн, которая не . превышает 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 вмешающих пород, и достаточно уверенно удается принимать каналовые волны на расстояниях, примерно в 200 раэ превышающих мощность пласта, Таким образом, в данном способе повышается достоверность исследования горного массива.

1 157492

Составитель И.Маслов

Техред М.Кузьма

Редактор О. Головач

«Ю

Филиал ППП ".Патент", r. Ужгород, ул, Проектнал, 4

Корректор А.Обручар

Закаэ 3364/45 Тираж 748 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР но делам иэобретений и открытиВ

II3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5