Спосіб сейсмоакустичної діагностики геодинамічного стану вугільного пласта в очисній виробці

Спосіб сейсмоакустичної діагностики геодинамічного стану вугільного пласта в очисній виробці, що включає збудження і приймання пружних 3 25374 шення по перевищенню цього показника фонових значень не менше ніж удвічі. Недоліком цього способу є неможливість його використання для виявлення аномальних зон вугільного пласта в очисному вибої. В основу корисної моделі поставлене завдання створення способу сейсмоакустичної діагностики геодинамічного стану вугільного пласта в очисній виробці, в якому за рахунок пропонованої схеми зондування вугільного пласта з установкою пунктів прийому і збудження поза областю максимуму епюри гірського тиску від безпосередньої покрівлі і технології визначення енергетичної зміни сейсмічних сигналів досягається технічний результат - визначення зон деструкції вугільного пласта, небезпечних за газодинамічними явищами (раптовими викидами вугілля і газу). Поставлена задача досягається тим, що в способі сейсмоакустичної діагностики геодинамічного стану вугільного пласта в очисній виробці, що включає збудження і приймання пружних коливань у вугільному пласті, згідно з корисною моделлю, пункти прийому і збудження встановлюють поза максимумом епюри опорного тиску безпосередньої покрівлі і проводять зондування пласта з базою між джерелом і приймачем до 3050 значень потужності досліджуваного пласта з кроком переміщення розстановки зондування по очисному вибою удвічі меншим бази зондування, розраховують нормовані до потужності джерела для кожного зондування енергетичні показники сейсмічних сигналів і при їх значеннях нижче, не менше ніж в 1,3 рази, фонових значень визначають області з наявністю аномалій у вугільному пласті, які деталізують з базою і кроком зондування удвічі меншими первинних. Схема реалізації способу показана на фіг.1 у вертикальному перетині перпендикулярно лінії очисного вибою, де 1 - очисна виробка, 2 вугільний пласт, 3 - свердловини прийому і збудження пружних коливань, 4 - епюра гірського тиску від безпосередньої покрівлі, 5 - безпосередня покрівля вугільного пласта, 6 - епюра гірського тиску від основної покрівлі, 7 -основна покрівля вугільного пласта, 8 - підошва пласта, 9 - гірський масив над основною покрівлею. На фіг.2 показано схему реалізації способу в плані вугільного пласта (показано частину очисного вибою), де 1 - очисна виробка, 2 - вугільний пласт, 3 - свердловини прийому і збудження пружних коливань, 4 - ділянка максимуму епюри гірського тиску від безпосередньої покрівлі, 6 - ділянка максимуму епюри гірського тиску від основної покрівлі, 10 і 11 - зони деструкції вугільного пласта. На фіг.3 показано характер зміни нормованих енергетичних показників сейсмічного сигналу в області деструкції вугільного пласта. Спосіб реалізується таким чином. В очисному вибої 1 вугільного пласта 2, небезпечного за газодинамічними явищами (раптовими викидами вугілля і газу), у свердловини 3, пробурені поза максимум епюри опорного тиску 4 від безпосередньої покрівлі 5 (положення максимуму епюри визначають відомими методами по зміні швидкості буріння або по кількості виходу 4 бурового дрібняку), встановлюють приймач і джерело пружних коливань з відстанню між ними в 3050 значень потужності досліджуваного вугільного пласта. Збуджуваний в пласті імпульсний сейсмічний сигнал поширюється переважно по пласту в області між максимумами епюр опорного тиску 4 і 6, відповідно, від безпосередньої покрівлі 5 і основної покрівлі 7. Ця ділянка має градієнтні межі в площині пласта (ділянка А підвищення і пониження напружень в пласті - див. фіг.1 і фіг.2), що визначають позитивну рефракцію пружних хвиль в площині пласта і їх концентрацію у зазначеній області. У вертикальній площині вугільний пласт має контрастні акустичні межі з породами підошви пласта 8 і з породами безпосередньої покрівлі 5, що визначають ефективне відбиття пружних хвиль від цих меж. Таким чином, основна енергія сейсмічного сигналу поширюється в обмеженому з усіх боків хвилеводі з малим загасанням і високою частотою, значення якої визначається потужністю вугільного пласта і швидкістю поширення в ньому каналових хвиль. У відсутності у вугільному пласті аномальних зон (підвищеної тріщинуватості і/або розривної порушеності), сейсмічний сигнал без істотного загасання поширюється на великі відстані і, при зондуванні пласта на базах в 30-50 значень його потужності, на різних ділянках по протяжності очисного вибою зміна енергетичних показників сейсмічного сигналу визначається, в основному, варіацією потужності джерела пружних коливань. База в 30-50 значень потужності пласта визначається з міркувань упевненої реєстрації каналових хвиль з істотним перевищенням їх по енергії бічних хвиль (що поширюються породах, що вміщують пласт). Довжина консольної частини основної покрівлі 7 над очисним вибоєм збільшується у міру виймання вугільного пласта і, при досягненні нею межі міцності на розрив в місці її затискання (між безпосередньою покрівлею 5 і вище розміщеними породами 9), відривається у вигляді блоків від основного масиву, динамічно знімаючи навантаження з пласта в області максимуму її опорного тиску і динамічно переносячи це навантаження в ділянка впливу на пласт безпосередньої покрівлі 5. Внаслідок цього потужного динамічного впливу в пласті утворюється зона деструктованого вугілля (на фіг.2 зони 10 і 11) з високим ступенем його тріщинуватості і перем'ятості і з великим тиском вільного метану. При подальшому вийманні вугілля добувним комбайном поблизу таких зон вони здатні виявиться у вигляді раптового викиду вугілля і газу (ефект різкого відкриття пляшки шампанського). Каналова хвиля, зазнаючи значного загасання і розсіювання в області деструкції, проникає поза цю ділянка суттєво ослабленої (див. фіг.3). Слабо виражені аномалії в пласті (див. фіг.2, позиція 11), які також здатні виявлятися у вигляді невеликих, але небезпечних газодинамічних явищ, можуть частково ослабляти каналові хвилі, відмінність енергії яких від енергії каналових хвиль у відсутності аномалії може бути порівняна з варіаціями потужності джерела коливань. Для підвищення чутливості пропонованого способу діагностики енергія реєстрованого сигналу нормується для кожного 5 25374 зондування до сигналу приймача, що встановлюється безпосередньо на джерелі коливань (на передавальній штанзі в свердловині при використанні механічного удару для збудження пружних коливань). У цьому випадку енергетичні показники сейсмічних сигналів для всього циклу реалізації способу не залежать від варіації потужності джерела і їх флуктуація в межах 10-20% обумовлюється загальною анізотропією вуглевміщувального масиву. Зниження нормованого значення енергії каналових хвиль в 1,3 рази і більш від фонових значень свідчить про наявність деструктованої області у вугільному пласті на шляху канальних хвиль, а величина зниження їх енергії є показником ступеня деструкції вугільного пласта. При визначенні наявності аномалії у вугільному пласті на базі зондування в 30-50 значень потужності пласта ділянку з аномалією повторно зондують із зменшенням удвічі бази зондування і кроку переміщення розстановки, локалізуючи, тим самим, аномальну ділянка для скорочення обсягу технологічних заходів профілактики виявленої аномалії (дегазація і гідророзрив деструктованої частини пласта через свердловини і ін.). 6 Таким чином, пропонований спосіб сейсмоакустичної діагностики геодинамічного стану вугільного пласта забезпечує високу достовірність виявлення аномальних зон у вугільному пласті в очисній виробці, локалізацію їх місцеположення і визначення протяжності області деструкції. Джерела інформації 1. Пат. 2753 Україна, E21F5/00, Е21С39/00. Спосіб акустичного прогнозу викидонебезпечності вугільних пластів та пристій для його здійснення /С.В. Мірер, Е.В. Масленніков, О.І. Хмара (Україна). - № 3804593/SU, Заявл. 23.10.84; Опубл. 15.04.94. – Бюл. № 5-1. 2. А. С. 331353 СССР, G01vl/40, E21b47/00. Способ акустического определения неоднородности массива вблизи выработки /B.C. Ямщиков, В.В. Сорокин, И.Г. Абдульманов (СССР). – Опубл.21.04.1972, Бюл. № 9. 3. Пат. 17898 Україна, G01V1/00. Спосіб сейсмоакустичної развідки геологічних порушень з гірничих виробок /А.В. Анциферов, О.С. Трифонов, М.Г. Тіркель, В.В. Туманов, М.Ю. Богак, О.І. Ар хипенко (Україна), - № u 200604449, Заявл. 20.04.2006; Опубл. 16.10.2006. - Бюл. № 10. 7 Комп’ютерна в ерстка Г. Паяльніков 25374 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601