Спосіб сейсмоакустичної діагностики гірського масиву

Спосіб сейсмоакустичної діагностики гірського масиву, що включає збудження пружних коливань і 3 перпендикулярно осями максимальної чутливості і симетрично відносно вертикалі в точці приймання у вертикальній площині, що проходить через точку збудження пружних коливань, обчислюють енергію подовжніх хвиль при підсумовуванні у фазі сигналів приймачів, вирівняних за амплітудою поверхневих релеєвських хвиль, і енергію поверхневих релеєвських хвиль при підсумовуванні в протифазі сигналів приймачів, вирівняних за амплітудою подовжніх хвиль, і за значеннями відносин цих показників будують карту анізотропії напруженості гірського масиву. Спосіб ґрунтується на явищі виникнення в приповерхневій частині гірського масиву в умовах підвищеного швидкісного градієнта в напружених областях середовища, приурочених до геологічних або техногенних аномалій, високочастотних рефрагованих подовжніх хвиль. Ці хвилі, що досягають при базі зондування в 5-10 значень їхніх довжин глибини порядку 5-8 метрів (залежно від швидкісного градієнта середовища), за своїми енергетичними параметрами значно перевершують прямі подовжні хвилі, що поширюються по поверхні масиву з великим загасанням. При цьому енергія рефрагованих хвиль визначається ступенем напруженості приповерхневої частини середовища. Відповідно до цього, діагностичним показником напруженого стану досліджуваного гірського масиву в пропонованому способі є енергетична оцінка рефрагованих подовжніх хвиль. У реальних умовах вимірювання енергії рефрагованих хвиль ускладнюється значною варіацією потужності ударного джерела коливань в різних пунктах збудження. З урахуванням технічної складності усунення цієї неоднозначності, в пропонованому способі її усунення розв'язується шляхом нормування енергії подовжніх хвиль до енергії поверхневих релеєвських хвиль. Ці хвилі, що проникають в масив трохи (на глибині довжини хвилі Релея інтенсивність її складає близько 5 % від інтенсивності на поверхні), практично нечутливі до змін напружень і наявності структурних аномалій в масиві, і своїми енергетичними параметрами релеєвські хвилі відображають, в основному, потужність джерела коливань. Тим самим, при нормуванні енергії подовжніх рефрагованих хвиль до енергії поверхневих релеєвських хвиль складова потужності джерела усувається й одержуваний показник об'єктивно відображає ступінь напруженого стану досліджуваного середовища. Схема реалізації способу показана на Фіг.1, де 1 - пункт збудження пружних коливань, 2 встановлені в одній точці два сейсмоприймачі, Vr1 - напрям поширення поверхневих релеєвських хвиль, Vr - напрям поширення подовжніх рефрагованих хвиль. Спосіб реалізується таким чином. На обстежуваній ділянці гірського масиву в одній точці встановлюють два сейсмоприймачі, розташовуючи їх взаємно перпендикулярно осями максимальної чутливості і симетрично відносно вертикалі в точці приймання й у вертикальній площині, що проходить через точку збудження 15052 4 пружних коливань. На відстані від пункту приймання 10-15 метрів (5-7 значень довжини рефрагованої хвилі) розміщують ударне джерело пружних коливань. Ця база вибирається з міркувань достатності для формування рефрагованих хвиль і з урахуванням мінімальності загасання їхньої найбільш інформативної високочастотної частини спектру. Пружні коливання, що збуджуються ударним джерелом, реєструють одночасно двома сейсмоприймачами. Спостереження проводять по досліджуваній площі з незмінною базою і з постійним кроком, що визначається необхідною детальністю дослідження. Для виділення подовжніх рефрагованих хвиль сигнали приймачів вирівнюють за амплітудами поверхневих релеєвських хвиль і підсумовують. При цьому поверхневі хвилі, сприймані приймачами в протифазі, взаємно подавляються і в результуючому сигналі залишаються переважно подовжні рефраговані хвилі. Для формування сигналу з переважним переважанням поверхневих хвиль сигнали приймачів вирівнюють за амплітудою рефрагованих хвиль і підсумовують в протифазі, подавляючи при цьому рефраговані хвилі і подвоюючи амплітуду поверхневих хвиль. Для одержаних підсумовуванням сигналів по всіх точках вимірювань обчислюють відносини енергії подовжніх рефрагованих хвиль до енергії поверхневих релеєвських хвиль і результуючі значення представляють у вигляді карти їх розподілу по обстежуваній ділянці, що відображає анізотропію напруженості масиву і наявність в його приповерхневій частині структурних аномалій. На Фіг.2 представлена карта розподілу нормованого показника енергії подовжніх рефрагованих хвиль, одержана при дослідженні греблі ставка освітлювача Інгулецького гірничо-збагачувального комбінату. У тілі цієї греблі, в результаті прориву на глибині 15 метрів водоводу, утворився прихований розмив, що виявився на поверхні у вигляді невеликої мульди. Виниклі в масиві в області розмиву підвищені напруження зумовили різке зростання енергії подовжніх рефрагованих хвиль. Високі значення відносної енергії цих хвиль в напруженій області, що перевищують фонові в 5-6 разів, свідчать про велику чутливість цього показника до зміни геодинамічного стану досліджуваного масиву. Пропонований спосіб забезпечує високу точність і достовірність виявлення в гірських масивах областей підвищених напружень і структурних порушень, що викликають їх, і може бути використаний для ефективного контролю стану насипних гідротехнічних споруд і картування зсувонебезпечних зон в породних відвалах і в природних геологічних середовищах. Джерела інформації: 1. Никитин В.Н. Основы инженерной сейсмики. - М., Изд-во МГУ, 1981 г. - 44 с. 2. Ермолов И.Н., Алешин Н.П., Потапов А.И. Неразрушающий контроль. - М., Изд-во "Высшая школа", 1991 г. - 54 с. 5 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 15052 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601