Спосіб сейсмічної діагностики геодинамічного стану гірського масиву попереду вибою підготовчої виробки

Спосіб сейсмічної діагностики геодинамічного стану гірського масиву попереду вибою підготовчої виробки, що включає збудження і приймання сейсмічного сигналу у вибоях свердловин, пробурених у вугільний пласт із вибою виробки, який від 3 пункту збудження, з наступним виділенням відбиттів від тектонічного порушення. Цей спосіб, забезпечуючи виявлення тектонічних порушень у вуглевміщувальному масиві попереду вибою підготовчої виробки, не дозволяє визначати області підвищених напружень. В основу передбачуваної корисної моделі поставлено завдання створення способу сейсмічної діагностики геодинамічного стану гірського масиву попереду вибою підготовчої виробки, в якому за рахунок зондування області масиву попереду вибою виробки прохідним імпульсним сейсмічним сигналом, що збуджується і приймається у вибоях свердловин, пробурених у вибої виробки, й оцінки енергії сейсмічного сигналу в діапазоні частот не менше 1000Гц відносно енергії цього ж сигналу у діапазоні частот не більше 100Гц, досягається технічний результат - визначення області підвищення напружень у вугільному пласті попереду вибою підготовчої виробки. Поставлене завдання розв'язується тим, що в способі сейсмічної діагностики геодинамічного стану гірського масиву попереду вибою підготовчої виробки, що включає збудження і приймання сейсмічного сигналу у вибоях свердловин, пробурених у вугільний пласт із вибою виробки, згідно з корисною моделлю, дві свердловини однакової довжини пробурюють у кутових частинах вибою виробки симетрично відносно її оси, під кутом до напряму просування виробки не більше 85° і завдовжки з розрахунку, щоб відстань між вибоями свердловин становила не менше величини десяти значень довжини хвилі сейсмічного сигналу у вугільному пласті у діапазоні частот не менше 1000Гц, визначають відношення енергії сейсмічного сигналу у діапазоні частот не менше 1000Гц до енергії цього ж сигналу у діапазоні частот не більше 100Гц і по значеннях цього показника, які перевищують не менше ніж удвічі його фонові значення в попередніх вимірюваннях, діагностують підвищення напруженого стану масиву попереду вибою підготовчої виробки. На Фіг.1 показано схему реалізації способу в перерізі по площині вугільного пласта в області вибою підготовчої виробки. На Фіг.2 показано графік змінення показника напруженого стану гірського масиву попереду вибою підготовчої виробки у міру її проходження. Спосіб реалізується таким чином. У підготовчій виробці 1 (див. Фіг.1) у кутових частинах її вибою 2 в площині вугільного пласта бурять свердловини 3 і 4 однакової довжини під кутом до напряму просування виробки не більш 85° з тим, щоб виключити вплив вибою на параметри сейсмічного сигналу. Довжину свердловин задають з розрахунку, щоб відстань між їхніми вибоями становила не менше десяти значень довжини сейсмічного сигналу в досліджуваному вугільному пласті в частотному діапазоні не менше 1000Гц. У вибої однієї зі свердловин збуджують імпульсний сейсмічний сигнал, а у вибої іншої свердловини його фіксують сейсмоприймачем. Для частотних діапазонів сейсмічного сигналу до 100Гц і понад 1000Гц розраховують енергію і визначають 49685 4 відношення енергії високочастотного діапазону до енергії низькочастотного. Характер змінювання цього показника у міру підходу і входження виробки в область підвищених напружень у вуглевміщувальному масиві показано на Фіг.2. Області підвищеного напруженого стану масиву пов'язані з геотектонічними особливостями будови породної товщі і виявляються в закритті тріщин і пониженні об'єму пір (з підвищенням в порах тиску вільного газу) у вугільному пласті. Ці чинники зумовлюють зниження заникання енергії пружних хвиль у пласті, яке найбільш контрастно виявляється у високочастотному діапазоні сейсмічного сигналу. Стосовно до вугільних пластів, оптимальним для оцінки заникання є частотний діапазон в області 1000Гц, який можливо ефективно збуджувати в пластах імпульсним (механічним) джерелом і упевнено фіксувати на базі до 15÷25м використовуваними в шахтній сейсморозвідці серійними електродинамічними сейсмоприймачами. Зазначена база (15÷25м) дослідження вугільного пласта, що перевищує у декілька разів поперечні розміри підготовчої виробки і становить не менше десяти значень довжини хвилі сейсмічного сигналу на частоті 1000Гц (при швидкості поздовжніх хвиль по вугіллю 1400÷1600м/с), є достатньою для достовірного оцінювання змінення заникання в пласті і технічно реалізовувана в підготовчому вибої з урахуванням використовуваного при проходці виробки технологічного обладнання. Точність оцінки заникання пружних хвиль в пласті пов'язана також з певною неоднозначністю джерела коливань за потужністю, нормувати яку технічно проблематично, особливо стосовно до свердловинних пристроїв. Разом з тим низькочастотні (до 100Гц) компоненти сейсмічного сигналу практично не схильні до впливу фізико-механічних змін в пласті через велику довжину хвилі цих коливань (порядку 15м) і, по суті, їх енергія є характеристикою потужності джерела коливань. Відповідно до цього показник відношення енергії високочастотного діапазону (понад 1000Гц і інформативного щодо фізико-механічних змін в пласті) сейсмічного сигналу до енергії його низькочастотного діапазону (нижче 100Гц і такого, що відображає потужність джерела коливань) не залежить від потужності джерела в різних розстановках по ходу просування виробки й об'єктивно характеризує ступінь зміни енергетичного заникання пружних коливань у пласті в залежності від зміни його напруженого стану. Стосовно до напружень у вугільному пласті, зумовлених тільки вагою породної товщі над пластом і, відповідно, такою, що змінюється незначно, показник відношення енергії високочастотного діапазону сейсмічного сигналу до енергії його низькочастотної області також змінюється незначно (в межах 10÷15%), і ці зміни можна вважати фоновими. При підході вибою виробки до області підвищення напружень (див. позицію 5 на Фіг.1) змінювання фізико-механічного стану пласта на шляху (див. позицію 6 на Фіг.1) сигналу, що поширюється в ньому, визначає поступове зростання показника відношення енергії високочастотного і низькочас 5 49685 тотного діапазонів (див. Фіг.2). 3 подальшим просуванням вибою виробки підвищення значень показника відношення енергії до рівня удвічі більше фонових значень є достовірною ознакою наближення вибою до геодинамічно небезпечної області (див. позицію 7 на Фіг.1), при розкритті якої можливі геодинамічні прояви (раптовий викид вугілля і газу, гірський удар, обвалення порід і ін.). Пропонований в способі показник відношення енергії високочастотного (не нижче 1000Гц) діапазону сейсмічного сигналу до енергії його низькочастотного (не вище 100Гц) діапазону є об'єктивним критерієм оцінки зміни фізико-механічного стану вугільного пласта попереду вибою підготовчої виробки, що забезпечує достовірну діагностику наростання напружень в масиві на безпечних відстанях до геодинамічно небезпечної області. Джерела інформації: 1. Спосіб акустичного прогнозу викидонебезпечності вугільних пластів та пристрій для його здійснення [Текст]: пат. 3804593 /SU: МКВ7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 6 Е21F5/00, Е21С39/00 /Мірер С.В., Масленніков Є.В., Хмара О.І.; власник Мірер С.В. - А1 1222853; заявл. 23.10.84; опубл. 15.04.94, Бюл. Промислова власність. Офіційний бюл. №5-1, 1994. 2. Спосіб прогнозування викидонебезпечності призабійної частини гірничого масиву [Текст]: пат. 50901 А Україна, МКВ7 Е21F5/00 /Луньов С.Г., Брюханов О.М., Агафонов О.В., Кончин Г.І.; власник - Державний Макіївський науково-дослідний інститут по безпеці в гірничій промисловості. №2000116816; заявл. 29.11.2000; опубл. 15.11.2002, Промислова власність. Офіційний бюл. №11, 2002. 3. Способ сейсмоакустического исследования угольного пласта из забоя горной выработки [Текст]: пат. 1157492 /SU: МКВ7 G01V1/00 /Трифонов А.С, Исаев Ю.С; Украинский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела. 3562959/24-25; заявл. 15.03.83; опубл. 23.05.85. Бюл. №19. 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