Способ определения положения ослабленных контактов в массиве горных пород

(5) С 39 ЗОБ РЕТЕеаеЪ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) (осударственный Макеевский научноисследовательскийинститут по безопасности работ в горной промышленности(56) Авторское свидетельство СССРВ 879550, кл. Е 21 С 39/00, 1976.Авторское свиДетельство СССР1 Ф 1633122, кл, Е 21 С 39/00, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕ:,НИЯОСЛАБЛЕННЫХ КОНТАКТОВ В МАС-СИВ ГОРНЫХ ПОРОД(57) спользование: определение расслоений,литологических контактов, зон повы-. Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для опреде-. лен(я положения литологических контактов, расслоений в массиве горных породи может быть использовано в инженер.ной геологии и гидрогеологии для оценки мон)литности массива, выявления зон повышенной трещиноватости и обводненности горных пород,Оелью изобретения является повышение 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 трещин)ватых зон. Имеет место четкое отражение грех резонирующих слоев на частотах 60, 120 и 270 Гц при соизмеримых амплитущенной 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 резонансных частот различных сигналов. Выделяют сигналы с наибольшими амплитудами. По данным сигналам определяют положение и мощность ослабленных контактов в массиве и направление его максимальной аниэотро- ф пии. 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 полученпри 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 трещи. новатости, то возбуждение колебания следует осуществлять в точках, расположен 1802119ных на окружности с центром в точке крепления сейсмоприемника, при этом угол смещения точек возбуждения целесообразно принять кратным 45 О,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. 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 образомВ 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 обьеме информации о направлении зон трещиноватости, возбуждение колебаний осуществляют в точках, лежащих на окружности с центрам в точке крепления сейсмоприемника, на линиях, направления которых составляют угол 45 ф. В намеченных пунктах, вначале на одной линии, а затем на других, на равном расстоянии от СП, возбуждают упругие колебания, регистрируют сейсмоакуетический сигнал, определяют его амплитудно-чэстотную 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 интервала. величину временного интервала (Ь т), шэг перемещений (д т), количество перемещений (и), определяют иэ формул:(2),(3),10 где р - значение резонансной частоты;ч - скорость продольных волн в массиве,Ь - требуемая глубина исследований.Для каждой резонансной частоты вычисля 15 ют параметры по формулам 1-3. При каждом перемещении временного интервалаЬс на величину д т по сейсмограмме импульсного сигнала определяют амплитуду Ар наэтой частоте. Иэ набора и амплитуд выбира 20 ют максимальную и определяют время тр,соответствующее этой амплитуде т р = и р д с, (4) где Аз и Аб - амплитуды сигнала нэ опреде ленной резонансной частоте при возбуждении колебаний соответственно нэ линии, направленной вдоль трещиноватости, и ортогонально ей. 25 где пр - номер перемещения, для которогозафиксирована максимальная Ар,Величину Ьс/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 известнойстепенью 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 50Между 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, а 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 ситнала выполнена на персональной Э ВМ ДВК - 3 при помощи спецИальной программы РОМК, в основе которай 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 трещиноватости, а спектр 1 - ортогонально ей, Иэ анализа кривых АЧХ на ПК 14(б) следует, что сЛой 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 н 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 нэ глубине около 10 м. Коэффициент К для это 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 спрототипом имеет следующие преимущества:повышается точность выделения резонирующих слоев и оценки состояния контак тов между ними;позволяет оценить степень трещиноватости и обводненности выделенных резонирующих слоев и массива в целом;позволяет выявлять зоны повышенной 20 трещиноватости и обводненности горныхпород.Формула изобретения 1. Способ определения положения ос 25 лабленных контактов в массиве горных пород, включающий импульсное возбуждениеупругих колебаний, регистрацию сейсмоакустического сигнала, определение его амплитудно-частотной характеристики,30 выделение резонансных частот и определение мощности и положения слоев горныхпородвмассиве,отличающийся тем,что, с целью повышения точности эа счетучета анизотропии массива, колебания воз 35 буждают в точках, расположенных по окружности с центром в точке регистрациисейсмоакустического сигнала при неизменном ее положении, выделяют сигналы с наибольшей амплитудой резонансных частот40 и по ним определяют положение ослабленных контактов и направление максимальной анизотропии,2. Способ по и, 1, от л и ч э ю щи й с ятем, что колебания возбуждают в точках, углы45 между которыми кратны 45, 18021191802119 Редакт аксимишин Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро агарин каз 837ВНИИ Составитель Г.КолчинТехред М.Моргентал Корректо Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5