Способ определения положения ослабленных контактов в массиве горных пород

Способ определения положения ослабленных контактов в массиве горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ --:-: -;«-,," .„" а

К АВТОРСКОМУ .СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4896475/03 (22) 25.12.90 (46) 1. 5.03.93. Бюл. М 10 (71) (осударственный 1У1акеевский научноисследовательский институт по безопасно сти работ в горной промышленности (72) Г,И.Колчин, В,И.Белоусов, А.Г.Гликман и В.Й.Бунчиков (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 879550, кл. Е 21 С 39/00, 1976.

Авторское свиДетельство СССР

1Ф 1633122, кл, Е 21 С 39/00, 1988. (54),СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕ:, НИЯ ОСЛАБЛЕННЫХ КОНТАКТОВ В МАС-.

СИВ ГОРНЫХ ПОРОД (57) спользование: определение расслоений, литологических контактов, зон повы°

Изобретение относится к горной промыш ленности и предназначено для опреде-. лен я положения литологических контактов, расслоений в массиве горных пород,,и может быть использовано в инженер.ной геологии и гидрогеологии для оценки монолитности массива, выявления зон повышенной трещиноватости и обводненности горных пород. (4елью изобретения является повыше ние Точности за счет учета анизотропии массивэ.

На фиг, 1 приведены амплитудные спектры. полученные при неизменном положении сейсмоприемника и возбуждении колебаний на двух ортогональных линиях.

Спектры на фиг. 1(а) получены вдали от трещинрватых зон. Имеет место четкое отражение "rpex резонирующих слоев на частотах

60, 120 и 270 Гц при соизмеримых амплиту„„ЯХ„„1802119 А1

2 шенной трещиноватости в массиве горных пород; Сущность изобретения: устанавливают сейсмоприемник в точке приема. В точках, лежащих на окружности с центром в точке приема, последовательно возбуждают импульсные упругие колебания. Регистрируют сейсмоакустические сигналы после каждого возбуждения. Определяют их амплитудно-частотные характеристики. Выделяют резонансные частоты. Сопоставляют амплитуды одних и тех же реэонансйых частот различных сигналов. Выделяют сигналы с наибольшими амплитудами. По данным сигналам определяют положение и мощность ослабленных контактов в массиве и направление его максимальной аниэотропии. 1 з.п.ф -лы, 2 ил.. дах первых двух. На фиг. 1(б) спектры получены в зоне повышенной трещиноватости пород, на расстоянии 50:м от первой точки.

Спектр 1 получен при возбуждении колебаний на линии, ортогональной к направлению трещиноватости, а спектр 2 — вдоль трещиноватости, Здесь имеет место резкое изменение амплитуд колебаний резонирующих слоев спектра 1. Такое изменение приводит не только к ошибочным оценкам добротности колебательного процесса и качества контактов, но и к ошибкам при выделении слоев. Для исключения таких ошибок необходимо выполнять возбуждение не ме-: нее, чем на двух ортогональных линиях. одна из которых должна быть направлена вдоль предполагаемой зоны трещиноватости. Если нет данных о направлении трещиноватости, то возбуждение колебаний следует осуществлять в точках, расположен1802119 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 импул ьсном возбуждении массива горных пород нэ дневной поверхности. Спектр 1 и спектр 2 — результаты возбуждения колебаний соответственно по линиям б и а (см.фиг.2) ортогонально зоне трещиноватости и вдоль нее. Спектры на фиг. 1(э) получены вдали от зоны повышенной трещиноватости, а спектры на фиг, 1(б)- в пределах этой зоны.

Нэ 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 сейсмоприемник(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, преобладаю. щего направления тектонических структур, а вторую линию — ортогонально первой. При недостаточном объеме информации о направлении зон трещиноватости, возбуждение колебаний осуществляют в точках, лежащих на окружности с центром в точке крепления сейсмоприемника, на линиях, направления которых составляют угол 45

В намеченных пунктах, вначале на одной линии, а затем на других, на равном расстоянии от Cll, 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, йрименяя 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 аиплитудами и по ним рассчитывают добротность. Для определения положения слоев в геологическом разрезе осуществляют анализ сигнала в переменном временном интервале. Параметры перемещаемого временного интер: вала. величину временного интервала (Ь t), шэг перемещений (д t), количество перемещений (n), определяют иэ формул: (2), (3), 10 где fp - значение резонансной частоты; ч - скорость продольных волн в массиве;

h — требуемая глубина исследований.

Для каждой резонансной частоты вычисля15 ют параметры по формулам 1-3. При каждом перемещении временного интервала

Ьс на величину д t по сейсмограмме импульсного сигнала определяют амплитуду Ар на этой частоте. Иэ набора и амплитуд выбира20 ют максимальную и ойределяют время tp, соответствующее этой амплитуде

tр =и р .дt, (4)

25 где пр — номер. перемещения, для которого зафиксирована максимальная А>.

Величину Ьс/2 используют для определения очередности расположения слоев и построения геологического разреза. Пред30 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. Ре35 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

40 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

45 изменяются максимально. Выделяют в геологическом разрезе массива слои, которые соответствуют этим частотам, и вычисляют для них коэффициент. пропорциональный степени из анизотропии, из соотношения

К =, (5) где Аа и As — амплитуды сигнала нэ опреде55 ленной резонансной частоте при возбуждении колебаний соответственно нэ линии, направленной вдоль трещиноватости, и ортогонально ей.

1802119

Между величиной коэффициента К и степенью 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, à по установленной осредненной зависимости делают вывод о степени трещиноватости и обводненности пород, Предлагаемый способ опробован на поле ш-ты "Моспинская" ПО Донецкуголь.

Профиль, 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 зоНы трещиноватости. Расстояние между сейсмоприемником и пунктом возбуждения

5 м. Регистрация сейсмоакустического сигнала осуществлялась при помощи магнитного регистратора РАМШ. Обработка сейсмоакустического сигнала выполнена на персональной Э ВМ ДВК вЂ” 3 при помощи спецИальной программы РОМК, в основе которой лежит быстрое преобразование Фурье.

На фиг, 1 представлены третьоктавные сг}ектры, полученные в точках вдали от зоны тс}ещиноватых пород (а) и в пределах ее (6).

Спектр 2 — результат возбуждения колебаний на линии, направленной вдоль трещиноватости, а спектр 1 — ортогонально ей. Иэ анализа кривых АЧХ на ПК 14 (б) следует, что с }ой горных пород, резонирующий на частОте 190 Гц, имеет ослабленные механические контакты с вмещающими породами, не отличающиеся от других участков, например ПК 24. Добротность колебательного процесса на этой частоте при возбуждении на линии (б) резко уменьшае гся вследствие пОвышения трещиноватости пород слоя. С другой стороны, анализ кривых 1 и 2 позволяет сделать вывод о том. что породы всех слоев обладают повышенной трещиноватостью, но особенно она велика для слоя пород мощностью 13,2 м, расположенного на глубине около 10 м. Коэффициент К для это5 го 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, 10 Предлагаемый способ по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества: повышается точность выделения резонирующих слоев и оценки состояния контак15 тов между ними; позволяет оценить степень трещиноватости и обводненности выделенных резонирующих слоев и массива в целом; позволяет выявлять зоны повышенной

20 трещиноватости и обводненности горных пород.

Формула изобретения

1. Способ определения положения ос25 лабленных контактов в массиве горных пород, включающий импульсное возбуждение упругих колебаний, регистрацию сейсмоакустического сигнала, определение его амплитудно-частотной характеристики, 30 выделение резонансных частот и определение мощности и положения слоев горных породвмассиве,отличающийся тем, что, с целью повышения точности эа счет учета анизотропии массива, колебания воз35 буждают в точках, расположенных по окружности с центром в точке регистрации сейсмоакустического сигнала при неизменном ее положении, выделяют сигналы с наибольшей амплитудой резонансных частот

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

2. Способ по и, 1, от л и ч э ю шийся тем, что колебания возбуждают в точках, углы

45 между которыми кратны 45, 1802119

Й

A. yen. el.

1, 0

1802119

Составитель Г.Колчин

Техред М.Моргентал Корректор М, Максимишинец

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина. 101

Заказ 837 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5