ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ...

15
74 Технологии сейсморазведки, № 2, 2012, с. 7488 http://ts.ipgg.nsc.ru УДК 550.834.05:622.33(571.17) ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ СЕЙСМОТОМОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ПРОХОДЯЩИХ ВОЛНАХ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ КУЗБАССА А.С. Сальников, Б.А. Канарейкин, С.В. Долгова, К.А. Дунаева, О.М. Сагайдачная, А.С. Харламов ФГУП “Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья”, 630091, Новосибирск, Красный просп., 67, Россия, e-mail: [email protected] Обобщены результаты сейсмических исследований в шахтах Кузбасса за период 20102011 гг. по технологии просвечивания угольных пластов с использованием автономных станций РОСА-А [патен- ты (RU) № 2331087, № 2366981]. Изучены особенности волнового поля с помощью сейсмотомогра- фического способа обработки на проходящих волнах вдоль угольного пласта. Показано, что основную роль в оценке структуры угольного пласта определяют скоростные характеристики каналовой волны. Выполненные работы показали эффективность способа сейсмотомографии на проходящих волнах для оптимизации технологии разработки угольного пласта. Угольная шахта, автономная сейсмическая станция, сейсмотомография, проходящие волны, каналовая волна, скорость сейсмических волн, коэффициент поглощения TRANSMITTED-WAVE SEISMIC TOMOGRAPHY FOR KUZNETSK COAL BASIN: TECHNOLOGY AND RESULTS A.S. Salnikov, B.A. Kanareikin, S.V. Dolgova, K.A. Dunaeva, O.M. Sagaidachnaya, A.S. Kharlamov Siberian Research Institute of Geology, Geophysics, and Mineral Resources, 630091, Novosibirsk, Krasnyi prosp., 67, Russia, e-mail: [email protected] The paper presents a synthesis of transmitted-wave seismic data from the Kuznetsk Basin mines (2010– 2011) collected using РОСА-А autonomous stations [patents (RU) No. 2331087, No. 2366981]. The wavefields of transmitted waves along the coal bed have been processed by the seismic tomography method. Velocities of channel waves image the best the coal bed structure. Transmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology of coal development. Coal mine, autonomous seismic station, seismic tomography, transmitted waves, channel wave, seismic wave velocity, attenuation ВВЕДЕНИЕ Геология угольных месторождений определяет основные технологические циклы эксплуатации шахт- ных полей. Актуальной задачей, решение которой поз- воляет значительно снизить затраты по добыче угля и повысить безопасность работ, является прогнозирова- ние возможных скрытых нарушений, в том числе и песчаных врезов, не установленных на этапах развед- ки и проведения подготовительных выработок. Нали- чие в угольном пласте песчаника не только снижает продуктивную мощность пласта, но и существенно усложняет добычу угля при использовании совре- менной техники. Оперативный опережающий контроль условий залегания угольных пластов позволяет оптимизиро- вать технологию отработки участка шахтного поля в зависимости от установленной степени трещинова- тости и литологических изменений. К числу эффективных геофизических способов детального изучения особенностей строения геологи- ческой среды в угольных шахтах относятся сейсми- ческие исследования на проходящих объемных (про- дольных и поперечных) и каналовых волнах [Азаров, Яковлев, 1988; Сагайдачная и др., 2008; Патент…, 2012]. Опыт использования этого способа в шахтах Кузбасса в период 20102011 гг. показал его перспек- тивность [Сагайдачная и др., 2011; Сальников и др., 2011; Salnikov et al., 2012]. Сейсмотомографическая обработка волнового поля на проходящих объемных и каналовых волнах позволила выявить и проинтерпре- тировать особенности геологического строения уголь- ного пласта, включая оценку прогноза выделения его размывов в пределах лавы, которые в дальнейшем были подтверждены в процессе разработки. В настоящей статье обобщены результаты прове- денных сейсмических исследований в шахтах Кузбас- са по технологии просвечивания угольных пластов с использованием автономных станций РОСА-А, кото- рые разработаны в ФГУП “СНИИГГиМС” (г. Ново- сибирск) для выполнения высокоточных сейсмичес- ких измерений, в том числе длительных, в условиях неустойчивого приема или отсутствия спутниковых сигналов [Патент…, 2008, 2009]. Сейсмические рабо- ты по технологии на проходящих волнах выполнены совместно с ООО “НТЦ Восточный” (г. Кемерово) и © А.С. Сальников, Б.А. Канарейкин, С.В. Долгова, К.А. Дунаева, О.М. Сагайдачная, А.С. Харламов, 2012

Upload: others

Post on 10-Aug-2020

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

74

Технологии сейсморазведки, № 2, 2012, с. 74–88 http://ts.ipgg.nsc.ru

УДК 550.834.05:622.33(571.17)

ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ СЕЙСМОТОМОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙНА ПРОХОДЯЩИХ ВОЛНАХ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ КУЗБАССА

А.С. Сальников, Б.А. Канарейкин, С.В. Долгова,К.А. Дунаева, О.М. Сагайдачная, А.С. Харламов

ФГУП “Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья”,630091, Новосибирск, Красный просп., 67, Россия, e-mail: [email protected]

Обобщены результаты сейсмических исследований в шахтах Кузбасса за период 2010–2011 гг. по технологии просвечивания угольных пластов с использованием автономных станций РОСА-А [патен-ты (RU) № 2331087, № 2366981]. Изучены особенности волнового поля с помощью сейсмотомогра-фического способа обработки на проходящих волнах вдоль угольного пласта. Показано, что основную роль в оценке структуры угольного пласта определяют скоростные характеристики каналовой волны. Выполненные работы показали эффективность способа сейсмотомографии на проходящих волнах для оптимизации технологии разработки угольного пласта.

Угольная шахта, автономная сейсмическая станция, сейсмотомография, проходящие волны, каналовая волна, скорость сейсмических волн, коэффициент поглощения

TRANSMITTED-WAVE SEISMIC TOMOGRAPHY FOR KUZNETSK COAL BASIN:TECHNOLOGY AND RESULTS

A.S. Salnikov, B.A. Kanareikin, S.V. Dolgova, K.A. Dunaeva, O.M. Sagaidachnaya, A.S. Kharlamov

Siberian Research Institute of Geology, Geophysics, and Mineral Resources,630091, Novosibirsk, Krasnyi prosp., 67, Russia, e-mail: [email protected]

The paper presents a synthesis of transmitted-wave seismic data from the Kuznetsk Basin mines (2010–2011) collected using РОСА-А autonomous stations [patents (RU) No. 2331087, No. 2366981]. The wavefields of transmitted waves along the coal bed have been processed by the seismic tomography method. Velocities of channel waves image the best the coal bed structure. Transmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology of coal development.

Coal mine, autonomous seismic station, seismic tomography, transmitted waves, channel wave, seismic wave velocity, attenuation

ВВЕДЕНИЕ

Геология угольных месторождений определяет основные технологические циклы эксплуатации шахт-ных полей. Актуальной задачей, решение которой поз-воляет значительно снизить затраты по добыче угля и повысить безопасность работ, является прогнозирова-ние возможных скрытых нарушений, в том числе и песчаных врезов, не установленных на этапах развед-ки и проведения подготовительных выработок. Нали-чие в угольном пласте песчаника не только снижает продуктивную мощность пласта, но и существенно усложняет добычу угля при использовании со вре-менной техники.

Оперативный опережающий контроль условий залегания угольных пластов позволяет оптимизиро-вать технологию отработки участка шахтного поля в зависимости от установленной степени трещинова-тости и литологических изменений.

К числу эффективных геофизических способов детального изучения особенностей строения геологи-ческой среды в угольных шахтах относятся сейсми-ческие исследования на проходящих объемных (про-дольных и поперечных) и каналовых волнах [Азаров,

Яковлев, 1988; Сагайдачная и др., 2008; Патент…, 2012]. Опыт использования этого способа в шахтах Кузбасса в период 2010–2011 гг. показал его перспек-тивность [Сагайдачная и др., 2011; Сальников и др., 2011; Salnikov et al., 2012]. Сейсмотомогра фическая обработка волнового поля на проходящих объемных и каналовых волнах позволила выявить и проинтерпре-тировать особенности геологического строения уголь-ного пласта, включая оценку прогноза выделения его размывов в пределах лавы, которые в дальнейшем были подтверждены в процессе разработки.

В настоящей статье обобщены результаты прове-денных сейсмических исследований в шахтах Кузбас-са по технологии просвечивания угольных пластов с использованием автономных станций РОСА-А, кото-рые разработаны в ФГУП “СНИИГГиМС” (г. Ново-сибирск) для выполнения высокоточных сейсмичес-ких измерений, в том числе длительных, в условиях неустойчивого приема или отсутствия спутниковых сигналов [Патент…, 2008, 2009]. Сейсмические рабо-ты по технологии на проходящих волнах выполнены со вместно с ООО “НТЦ Восточный” (г. Кемерово) и

© А.С. Сальников, Б.А. Канарейкин, С.В. Долгова, К.А. Дунаева, О.М. Сагайдачная, А.С. Харламов, 2012

Page 2: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

75

ООО “Георесурс” (г. Кемерово) в Ленинском и Бе-ловском угленосных районах Кузбасса. Промышлен-ная угленосность шахтных полей связана с отложени-ями кольчугинской серии верхнепермского возраста. В пределах горных отводов исследованных шахт в со-ставе этой серии распространены угленосные отложе-ния ерунаковской подсерии. Изучались достаточно мощные угольные пласты марок Д и Г (Полысаев-ский II и Байкаимский), расположенные на глубинах 250–390 м.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕУГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Угольный пласт Полысаевский II на исследуемом участке выемочного столба лавы А является мощным пластом, состоящим из двух пачек: верхней и ниж-ней, мощностью 5,0–5,7 и 1,0–1,1 м соответственно, разделенных между собой прослоем алевролита мощ-ностью около 1,0 м. Общая мощность угольного плас-

та составляет 7,8 м. Непосредственная кровля имеет мощность 6–8 м и представлена мелкозернистыми до-вольно мягкими алевролитами. Основная кровля со-стоит из крепких мелкозернистых песчаников мощ-ностью до 40 м. Объектом изучения является участок угольного пласта, ограниченный вентиляционным и конвейерным штреками и монтажной камерой. На участке по конвейерному штреку зафиксирован раз-мыв пласта (врез), сложенный крепкими среднезер-нистыми песчаниками руслового типа, с глубиной внедрения, соответствующей мощности угольного пласта. Протяженность вреза по конвейерному штре-ку – 70 м. Размеры изучаемого участка угольного пласта (рис. 1, а) 340 × 242 м.

Мощность угольного пласта Байкаимский в лаве Б составляет в среднем 4,95 м (изменяется от 4,8 до 5,1 м). В средней части пласта располагаются две до-вольно мягкие алевролитовые прослойки суммарной мощностью 0,3 м. В вентиляционном и конвейерном

Рис. 1. Системы наблюдений на проходящих сейсмических волнах, реализованные в угольных шахтах Кузбасса:

а – лава А; б – лава Б; в – лава В; 1 – пункты приема (ПП): а – в шпурах, б – на стенке угольного пласта; 2 – пункты возбуж-дения (ПВ): а – в шпурах, б – на стенке угольного пласта; 3 – обнажение песчаного вреза в штреках; 4 – ПВ для сейсмограмм, приведенных на рис. 4.

Page 3: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

76

штреках наблюдаются зоны частичного размыва кров-ли пласта с замещением крепким песчаником. Шири-на зоны размыва – 8–10 м. Мощность угольного плас-та в зоне размыва уменьшается до 2,0–2,5 м. Ложная кровля пласта (0,2–0,4 м) представлена переслаивани-ем ослабленного алевролита и прослоек (линз) угля. Непосредственная кровля состоит из крупнозернис-тых алевролитов средней крепости мощностью 10–15 м. Основную кровлю слагает крепкий крупнозер-нистый песчаник мощностью 45–55 м, подошву плас-та – алевролит мелкозернистый средней крепости. Размер изучаемого угольного пласта по штрекам (см. рис. 1, б): по вентиляционному – 650 м, по конвейер-ному – 580 м, ширина по разрезной печи – 210 м.

Выемочный столб лавы В также расположен в поле пласта Байкаимский, который на данном участ-ке состоит из трех угольных пачек, разделенных двумя прослоями алевролита средней крепости мощностью 0,17 и 0,05 м соответственно. Общая его мощность составляет 4,7–4,75 м. Ложная кровля представлена трещиноватым алевролитом мощностью 0,3–0,6 м. Непосредственная кровля сложена крепкими алевро-литами – от 0 до 24 м и отсутствует в зонах размывов. Основная кровля образована пачкой крепкого мелко-зернистого песчаника мощностью от 40 до 58 м. На исследуемом участке при проходке вентиляционного и конвейерного штреков встречены три зоны частич-ного размыва пласта Байкаимский. Тела размывов сложены крепким мелкозернистым песчаником мощ-ностью 0,7–1,2 м. Протяженность зон размыва в вен-тиляционном штреке составляет 8–10 м, а в конвейер-ном – 34 м. Размер изучаемого участка по штрекам (см. рис. 1, в): по вентиляционному – 300 м, по кон-вейерному – 270 м, по монтажной камере – 290 м.

Угол падения угольных пластов в лавах А–В ко-леблется от 1 до 5°.

В шахтах Кузбасса значения скоростей продоль-ных волн составляют: для углей – 2,23–2,50 км/с, для углевмещающих пород – 3,0–4,0 км/с; поперечных волн: для углей – 1,7–1,9 км/с, для углевмещающих пород – 1,9–2,6 км/с [Азаров, Яковлев, 1988; Карасе-вич, 2008].

СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЙНА ПРОХОДЯЩИХ ВОЛНАХ В ШАХТАХ

Полевая методика сейсмических исследований в шахтах включает в себя систему наблюдений на про-ходящих волнах, которая определяется технологичес-кими схемами эксплуатации угольных месторожде-ний, в том числе размерами выемочного столба и искомого нарушения. Естественно, что при выборе параметров системы наблюдений принципиально важно обеспечивать максимально равномерное про-свечивание изучаемого объекта.

Для выбора оптимальной системы наблюдений при просвечивании угольных пластов были выполне-ны модельные сейсмотомографические построения. Методика обработки сейсмических волн основыва-лась на способе лучевой томографии. Вычисления выполнялись с использованием программы обработки данных межскважинной томографии “Migratom” [Jackson, Tweeton, 2000].

В качестве модели строения изучаемого участка среды была выбрана двумерная модель с линейными размерами 300 × 300 м (рис. 2, а). В основное скоро-стное поле (VP = 2,2 км/с) включено аномальное тело с линейными размерами 40 × 100 м и VP = 2,5 км/с. Сейсмотомографические разрезы для этой модели были построены с использованием двух вариантов систем наблюдения. В первом случае пункты приема (ПП) и пункты возбуждения (ПВ) располагались по трем сторонам площадки – верхней, нижней и левой, во втором – по четырем.

На сейсмотомографическом разрезе (см. рис. 2, б) для первой системы наблюдений при равномерном (с шагом 10 м) расположении сейсмоприемников и источников искомый аномальный объект выделяется, но имеет неправильную форму и увеличенные более чем в два раза относительно исходной модели раз-меры по вертикали (~90 × 90 м). Он характеризуется значениями скорости VP = 2,45–2,5 км/с, а вмещаю-щая среда – VP = 2,2–2,25 км/с, т. е. относительно близкими к исходным значениям.

Для второго варианта системы наблюдений, ког-да источники возбуждения и приемники сейсмичес-

Рис. 2. Двумерная скоростная модель угольного пласта с включением высокоскоростной линзы (а) и сейсмотомогра-фические разрезы с ПП и ПВ, расположенными:

б – по трем сторонам площадки (верхней, нижней, левой), в – по четырем.

Page 4: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

77

ких колебаний равномерно размещались на всех четырех сторонах площадки, на сейсмотомографи-ческом разрезе (см. рис. 2, в) практически точно вос-станавливается конфигурация аномального объекта. Значения скорости в аномальном объекте – VP = 2,45–2,50 км/с, во вмещающей среде – VP = 2,2–2,25 км/с.

Приведенные модельные расчеты сейсмотомо-графических разрезов свидетельствуют о существен-ном влиянии выбранной системы наблюдений на восстановление скоростного строения среды. Наибо-лее точные результаты достигаются при равномерном освещении ограниченного участка по его периметру. Однако требование освещения объекта на проходя-щих волнах по всему периметру не всегда выполнимо из-за горнопроходческих условий. В данном случае можно рассчитывать лишь на некоторое “размытое” отображение формы аномальных объектов. При этом значение скорости в восстановленном аномальном объекте будет искажено относительно исходного зна-чения.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛЕВЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ РАБОТС АВТОНОМНЫМИ СТАНЦИЯМИ

Сейсмические исследования в шахтах Кузбасса проведены по способу просвечивания угольных плас-тов с использованием автономных станций РОСА-А (рис. 3, а). Преимуществом бескабельной системы ре-гистрации сейсмических данных является отсутствие внешнего кабеля для подачи электропитания, провод-ной связи с управляющей станцией, а также проводов между автономными полевыми модулями регистра-ции сейсмических данных.

Система синхронизации времени, реализованная в станции РОСА-А, включает в себя GPS-приемник, прецизионный тактовый генератор и систему авто-подстройки. Использование GPS-приемников поз-воляет получить точность синхронизации не хуже ±1 мкс. При отсутствии спутниковых сигналов тер-мостатированный генератор обеспечивает работу в автономном режиме с погрешностью менее ±1 мс/сут. Эти два способа гарантируют достоверную временную синхронизацию модулей регистрации между собой.

В качестве энергонезависимой памяти использу-ются промышленные flash-карты CompactFlash или SecureDigital емкостью до 32 Гб. В версии v.2 (2010 г.) реализована опция “горячей” замены карт памяти и считывание их отдельно от устройства. Для записи информации на карту используется стандартная файловая система FAT16/FAT32, поддерживаемая практически всеми современными операционными системами.

Для программирования режима записи использу-ется компьютер с USB-портом и предустановленной операционной системой, поддерживающей файловую систему FAT и накопители USB Mass Storage. USB-интерфейс регистратора соответствует стандартам: USB 1.1 Full-speed и USB Mass Storage Class Bulk-Only Transport, Revision 1.0. При подключении к компью-теру регистратор представляется пользователю как жест кий диск (аналогично опознаванию USB Flash-Drive), доступный для записи и чтения файлов. В кор-невой директории этого диска посредством стандарт-ных средств (Блокнот, WordPAD) подготовлен файл config.txt, содержащий информацию о предстоящих сеансах работы. Программное обеспечение регистра-тора создает на этом диске текстовый файл (report.txt)

с информационными сообщениями о техническом состоянии модуля и проведенных сеансах. Данные сейсмических записей сформированы на диске как бинарные файлы, которые далее можно конвертиро-вать для просмотра и обработки в требуемый формат, например формат SEG-Y, разработанный “Society of Exploration Geophysicists”. В состав поставляемого программного обеспечения входит также библиотека функций для хранения и архивации записей.

В версии 2 добавлен интерфейс Ethernet, соот-ветствующий стандартам 10BASE-T/100BASE-T, обес-печивающий канальную скорость передачи данных до 100 Мб/с.

Станция РОСА-А по исполнению полевых бло-ков прошла экспертизу на соответствие требованиям нормативных документов по безопасности во испол-нение Федерального закона “О промышленной без-опасности опасных производственных объектов” (за-ключение № 189-7 от 22.12.2009 г.).

Рис. 3. Автономная сейсмическая станция РОСА-А:

а – общий вид; б – типичная сейсмозапись одного удара на открытом канале; фрагменты сейсмических записей в шахте на открытом канале: в – “остановленная”, г – с работающими механизмами.

Page 5: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

78

Общая схема полевых сейсмических работ в шах-тах с автономными станциями РОСА-А следующая: перед началом работы станции на дневной поверх-ности согласуются по мировому времени через спут-никовые сигналы по GPS-приемникам. Далее для проведения сейсмических измерений они устанавли-ваются в шахте.

Для привязки сейсмических данных к мировому времени используется канал регистратора РОСА-А с подключенным сейсмическим датчиком, располагае-мым в непосредственной близости от источника воз-буждения. В шахтах применяется пьезодатчик, за-крепленный на кувалде и подключенный к формиро-вателю импульсов с крутыми фронтами (в качестве последнего использовался одновибратор на КМОП таймере 555). Высокая идентичность импульсов позво-ляет в последующем на этапе начальной обработки сейс мических материалов (препроцессинг) выполнить до стоверную идентификацию и временную привязку зарегистрированных отметок момента начала воздей-ствия.

Возбуждение упругих колебаний в шахтах на всех участках осуществлялось путем удара кувалдой (весом 8–10 кг) по металлической подложке или штырю. В по следнем случае штыри помещались в горизон-тально пробуренные шпуры глубиной ~1,5 м. Шаг между пунктами возбуждения составлял 5 или 10 м. На каждом ПВ выполняется несколько (до 8) ударов кувалдой.

Сейсмоприемники помещались в горизонтально пробуренные шпуры глубиной до 1–1,5 м или прикле-ивались непосредственно к стенке угля. Ось макси-мальной чувствительности сейсмоприемников распо-лагалась перпендикулярно стенке угольного пласта. Шаг между пунктами приема составлял 5 или 10 м. Пункты возбуждения и приема сейсмических колеба-ний располагались на высоте 1 м ото дна штреков.

Длительность рабочего сеанса записи составляла около часа, в течение которого отрабатывалось не-сколько ПВ. Запись сейсмического материала осу-ществлялась на частоте дискретизации 0,5 мс (см. рис. 3, б). На этапе первичной обработки длительных полевых записей формируются сейсмограммы общей точки возбуждения (ОТВ). Большой общий дина-мический диапазон (свыше 140 дБ) и широкий час-тотный диапазон (до 3200 Гц) канала регистрации станции РОСА-А, а также прецизионная система вре-менной привязки позволяют получить в шахтных ус-ловиях качественный материал на проходящих волнах (см. рис. 3, в).

Сейсмические работы в шахтах следует выпол-нять при максимально возможном исключении шу-мов от различных работающих механизмов. Пример влияния таких шумов на качество прослеживания проходящих волн приведен на рис. 3, г.

ОСОБЕННОСТИВОЛНОВОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО ПОЛЯ

На полученных сейсмозаписях (рис. 4, а, б) вы-деляются в основном три группы волн, которые раз-личаются по времени регистрации на сейсмограмме, волновой формой записи и преобладающей частотой,

а также формой прослеживаемого годографа. Прини-мая во внимание данные экспериментальных наблю-дений в угледобывающих районах [Анциферов, 2003] и приведенные в монографии [Азаров, Яковлев, 1988] теоретические расчеты сейсмоакустических полей, выделенные группы волн могут быть идентифициро-ваны следующим образом (рис. 5):

• продольные объемные волны Р УВ, распро-страняющиеся по вмещающим угольный пласт поро-дам (в кровле или подошве угольного пласта – боко-вые волны);

• поперечные объемные волны S УВ, распро-страняющиеся по вмещающим угольный пласт поро-дам (в кровле или подошве угольного пласта – боко-вые волны);

• волноводные (каналовые) волны F У, распро-страняющиеся по угольному пласту.

В первых вступлениях регистрируются боковые (преломленные) волны Р УВ, которые распространя-ются по высокоскоростным (относительно угля) уг-левмещающим породам (песчаникам, алевролитам). При возбуждении колебаний в угольном пласте од-новременно формируются две преломленные волны: одна из них распространяется в породах кровли уголь-ного пласта, другая – в породах его подошвы. Вслед-ствие этого в первых вступлениях может регистриро-ваться волна, распространяющаяся либо по породам кровли угольного пласта, либо по породам подошвы, в зависимости от значений скорости продольных волн в этих породах*. Продольные волны Р УВ на за-писи представлены в виде многофазного цуга, види-мая протяженность которого зависит от расстояния ПВ–ПП. На приведенных сейсмограммах видимая протяженность регистрации продольных волн нахо-дится в пределах 50–100 мс для лавы А и около 70 мс для лавы В (см. рис. 4, а). В первых вступлениях ам-плитудный спектр |SP | волны P УВ (интервал просле-живания 50–80 мс, лава А и 85–110 мс, лава В) ха-рактеризуется максимумом на частоте fmax = 64 Гц (частотный диапазон на уровне 0,7 составляет Δf = = 35–110 Гц) для лавы А и fmax = 93 Гц (Δf == 70–115 Гц) для лавы В (рис. 6, в).

Структура сигнала |SΣ |, полученная осреднением всех записей с отдельного ПП, и структура сигнала одной трассы |Si | приведены на рис. 6, а, б.

Боковые поперечные волны S УВ также являются преломленными волнами, распространяющимися по углевмещающим породам. Здесь, как и в случае с продольными волнами Р УВ, цуг поперечных волн со-стоит из совокупности волн, распространяющихся в породах кровли и подошвы пласта. Видимая протя-женность цуга поперечных волн зависит от времени регистрации каналовой волны F У. На приведенных сейсмограммах видимая протяженность цуга волн S УВ изменяется в пределах от 50 до 150 мс (см. рис. 4, а). Амплитудный спектр |SS | волны S УВ в интервале про-слеживания (например, 140–175 мс, лава А и 155–175 мс, лава В) характеризуется двумя максимумами на частотах 47 и 93 Гц (частотный диапазон на уровне 0,7 составляет соответственно Δf = 40–70 и 90–100 Гц) для лавы А и fmax = 107 Гц (Δf = 90–130 Гц) для лавы В (см. рис. 6, в).

* Особенности геологического строения исследованных лав позволяют считать, что породы кровли угольного пласта относятся к более прочным породам, чем породы подошвенной части разреза. В связи с этим далее будем считать, что волны РУВ и SУВ связаны с кровельной частью разреза.

Page 6: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

79

Таким образом, наблюдения показывают, что ам-плитудный спектр боковой волны S УВ может быть смещен как в сторону более низких, так и более вы-соких частот, в сравнении со спектром боковой вол-ны Р УВ, что требует специального анализа таких фак-тов. Кроме того, следует отметить, что в преобладаю-щем числе случаев наилучшая прослеживаемость боковых волн S УВ предполагает использование фильт-ров, полоса пропускания которых смещена в сторону

низких частот относительно полосы пропускания при прослеживании волн Р УВ.

Угольный пласт, характеризующийся существен-но более низкими значениями скоростей сейсмичес-ких волн по отношению к таковым в углевмещающих породах, может рассматриваться как волновод. При распространении сейсмических волн по волноводу формируется протяженный цуг колебаний, состоящий из ряда волн. Зарегистрированная волна F У характе-

Рис. 4. Типичные сейсмограммы ОТВ на открытом канале (а) и после полосовой частотной фильтрации (б).

Рис. 5. Лучевая схема сейсмических волн, формируемых в углевмещающей среде и угольном пласте:

1 – вмещающие породы; 2 – угольный пласт; 3 – источники (в штреке); 4 – приемники (в штреке); 5 – траектория лучей распространения боковых волн Р УВ; 6 – траектория лучей распространения боковых волн S УВ; 7 – траектория лучей распро-странения каналовых волн F У.

Page 7: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

80

ризуется следующими особенностями: она не имеет четких первых вступлений и быстро меняет поляр-ность и временную форму по фронту распростране-ния (см. рис. 4, б).

Годограф волны F У строится по времени макси-мума ее амплитудной огибающей [Азаров, Яковлев, 1988]. Волна F У отличается повышенной средней час-тотой регистрации по сравнению с частотой регистра-ции волн Р УВ и S УВ. На амплитудном спектре |SF | в интервале прослеживания волны F У (178–215 мс, лава А и 270–320 мс, лава В) преобладающие частоты волны F У находятся в диапазоне Δf = 125–150 Гц (fmax = 140 Гц) для лавы А и в диапазонах Δf = 150–170 и 210–225 Гц (fmax = 155 и 217 Гц) для лавы В (см. рис. 6, в). Длительность всего цуга волн F У опреде-лить затруднительно, так как начальные цуги записи этой волны интерферируют с поперечными волнами S УВ. Наиболее интенсивная часть записи волн F У имеет протяженность 30–50 мс. Значения скорости распространения волны F У примерно в 1,2–1,9 раза ниже значений скорости поперечных волн в угольном пласте. Эти свойства волны F У позволяют ее отнести к каналовой волне волноводного типа, а определяе-мое по ее годографам значение скорости рассматри-вать как групповую скорость [Анциферов, 2003]. Наи-лучшая прослеживаемость волн F У на сейсмограммах в исследуемых лавах достигается при полосе пропус-кания фильтра в диапазоне 120–250 Гц.

Следует отметить, что пункты приема и возбуж-дения упругих колебаний всегда располагаются в пре-делах угольного пласта (см. рис. 5), более того, требу-ется углубить в угольный пласт сейсмоприемники и специальный металлический штырь, по которому вы-полняется ударное воздействие, чтобы максимально исключить разрушенную зону (типа ЗМС). В случае замещения угля включением, например песчаником, в этой зоне каналовая волна F У может быть ослаблена или не наблюдаться совсем. На приведенной сейс-мограмме (см. рис. 4, б) из лавы А, в которой в месте выхода песчаного вреза приемники приклеивали на сам песчаник, видно ослабление энергии волны F У.

Наблюдаемая изменчивость временной формы записи каналовой волны в зависимости от дистанции между пунктами наблюдения и возбуждения затруд-няет ее прослеживаемость, и в некоторых случаях допускается неоднозначность построения годографа. В последующих исследованиях по способу просвечи-вания на сейсмических волнах предполагается рас-смотреть дисперсию каналовых волн более детально.

Выполненные наблюдения по вдольпластовому просвечиванию углевмещающих толщ позволяют от-метить многофакторную зависимость волнового поля как от особенности строения углевмещающих толщ, так и особенностей постановки эксперимента. Поэто-му вопрос формирования волнового поля при работах в шахтах требует специального исследования с при-

Рис. 6. Нормированные амплитудные спектры волнового поля:

а – |SΣ | – осредненные по 30 трассам; б – |Si | – по одной трассе; в – |SP |, |SS |, |SF | в интервалах прослеживания волн P УВ, S УВ, F У соответ ственно (показанных на рис. 4).

Page 8: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

81

менением теоретических расчетов. Отмеченные осо-бенности волнового поля будут рассматриваться как некоторые частные реализации.

МЕТОДИКА СЕЙСМОТОМОГРАФИЧЕСКОЙОБРАБОТКИ ВОЛНОВОГО ПОЛЯ

Методика томографической обработки сейсми-ческого поля включает этап прослеживания и опозна-ния осей синфазности однотипных волн. Пикировка осей синфазности выделенных однотипных сейсми-ческих волн выполняется с использованием програм-мы “Seisviewer” (разработка ФГУП “СНИИГГиМС”). По всем полученным сейсмограммам строятся сис-темы годографов (tP

УВ, tSУВ и tF

У) (рис. 7) прослежен-ных однотипных волн (Р УВ, S УВ, F У), которые явля-ются базой для получения двумерных вдольпластовых сейсмотомографических разрезов по значениям пара-метра скорости*. Обработка системы годографов сейс-мических однотипных волн выполнялась на осно ве программы “Migratom” [Jackson, Tweeton, 2000].

Полученные годографы могут использоваться также для получения поля коэффициента поглощения сейсмической энергии α. Для расчета коэффициентов поглощения α использовались осредненные максиму-мы спектров соответствующих волн, взятые в посто-янном временном окне с началом, захватывающим первые вступления соответствующего типа волн. Рас-чет коэффициента поглощения α проводился по фор-муле:

−⎛

⎝⎜⎜

⎠⎟⎟ = ∫ln

( , ),, ,A r

Adli j i j

j l

ϕ ψα

0

(1)

где A0j – амплитуда, вычисленная на преобладающей частоте для соответствующего типа волны, для j-го источника; Ai,j(ϕ,ψ)ri,j – амплитуда максимума спект-ра, вычисленная по ij-трассе (i-й приемник, j-й ис-точник), исправленная за угол ϕ подхода луча к пун-кту приема и за угол ψ, отсчитываемый в плоскости угольного пласта от линии, проходящей через ПВ ор-тогонально штреку.

Для вычисления A0j для каждой отдельной записи всех приемников берутся точки ln(Ai,j(ϕ,ψ)ri,j)(r), где r – расстояние от источника, и в последующем ис-калось решение уравнения линейной регрессии для r = 0.

Интеграл берется вдоль луча l между i-м прием-ником и j-м источником. Формула (1) аналогична за-даче поиска экстремума функционала для томографии времен пробега.

Первичным результатом сейсмических исследова-ний являются сейсмотомографические разрезы (ско-ростные и по коэффициенту поглощения), которые использовались для прогнозирования геологических особенностей строения угольного пласта и углевме-щающей среды. При прогнозе учитывались известные (или предполагаемые) связи значений кинематичес-ких и динамических параметров с литологией, физи-ческим состоянием среды (трещиноватостью), водона-сыщенностью пластов, с полем тектонических напря-жений, наличием разрывных нарушений, наличием контрастных литологических включений, а также гео-метрией самого угольного пласта.

Ниже приводится анализ полученных сейсмото-мографических разрезов по параметрам VP

УВ, VSУВ,

VFУ, γ =V VS P

УВ УВ, αFУ и αP

УВ .

РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕРПРЕТАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Лава А. Для изучения особенностей строения угольного пласта Полысаевский II лавы А (см. рис. 1, а) и углевмещающей среды использовались вдольпластовые сейсмотомографические разрезы по скоростным параметрам. На одном из них (рис. 8, а) значения скорости VP

УВ находятся в диапазоне 3,1–3,6 км/с, что соответствует значениям скорости про-дольных волн, распространяющихся по алеврито-пес-чаным углевмещающим породам. В поле скорости VP

УВ выделены два участка: первый (I) характеризу-ется пониженными значениями скорости (VP

УВ = = 3,1–3,35 км/с), второй (II) – повышенными (3,35–3,6 км/с). Участок выхода размыва (песчаного вреза) в конвейерный штрек имеет наиболее высокие значе-ния скорости – 3,6 км/с.

На сейсмотомографическом разрезе (см. рис. 8, б) значения скорости VS

УВ составляют 1,4–1,9 км/с, что соответствует значениям скорости поперечных волн, распространяющихся по алевритопесчаным углевме-щающим породам. В поле скорости VS

УВ также мож-

* Построенные томографические разрезы на проходящих волнах при сейсмопросвечивании угольных пластов ориентированы по латерали угольного пласта и вмещающих его пород, т. е. являются вдольпластовыми.

Рис. 7. Системы годографов tPУВ, tS

УВ и tFУ сейсмических

волн Р УВ, S УВ, F У (лава А).

Page 9: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

82

но выделить два участка: первый характеризуется по-ниженными значениями скорости – 1,4–1,65 км/с, второй – повышенными значениями скорости – 1,65–1,9 км/с.

Различия в значениях скоростей VPУВ и VS

УВ на обоих участках, возможно, связаны с изменением ли-тологического состава углевмещающих пород. Повы-шенные значения скоростей VP

УВ, VSУВ для второго

участка могут указывать на увеличение песчанистости (плотности) углевмещающих пород в сравнении с первым участком.

Значения отношения скоростей γ =V VS PУВ УВ для

обоих участков находятся в пределах 0,42–0,60 (см. рис. 8, в), что соответствует значениям отношения скорости поперечной волны к скорости продольной волны для осадочных пород, залегающих на глубинах 200–300 м, а также подтверждает природу выделенных волн Р УВ и S УВ (продольной и поперечной).

Сейсмотомографический разрез по значениям γ также подтверждает разделение углевмещающих по-род на два участка (см. рис. 8, в). Их разграничитель-ная линия фиксируется контрастной полосой повы-шенных значений параметра γ (0,50–0,54). Понижен-ные значения γ на первом участке могут указывать на

повышенную обводненность пород кровли угольного пласта и их меньшую устойчивость при горнопроход-ческих работах.

Дополнительно с использованием известных формул могут быть рассчитаны томографические раз-резы по значениям коэффициента Пуассона (μ), мо-дуля Юнга (Еq ), сдвига (G ) и объемной упругости (K). Однако для расчета последних трех параметров требу-ются данные по плотности углевмещающих пород.

На рис. 8, г приведен томографический разрез коэффициента Пуассона, рассчитанный с использо-ванием формулы:

μ =− ( )− ( )

1 2

2 2

2

2

V V

V V

S P

S P

УВ УВ

УВ УВ.

Значения параметра μ на томографическом раз-резе изменяются в пределах 0,28–0,38. В поле значе-ний μ выделяется узкая контрастная полоса понижен-ных значений (0,28–0,34), положение которой совпа-дает с полосой повышенных значений γ. Эта область может указывать на наличие дизъюнктивной дисло-кации типа сдвига или малоамплитудного сброса либо на наличие локальной зоны напряженного состояния среды (предразломное состояние).

Рис. 8. Сейсмотомографические разрезы для углевмещающих пород (лава А):

а – по скоростям продольных волн VPУВ; б – по скоростям поперечных волн VS

УВ; в – по отношению скоростей V VS PУВ УВ ;

г – по значениям коэффициента Пуассона (μ).1 – обнажение песчаного вреза в штреках; 2 – участки углевмещающих пород, отличающиеся различным диапазоном изме-нения значений скоростей; 3 – малодостоверные участки сейсмотомографических разрезов; 4 – пункты приема сейсмических колебаний; 5 – пункты возбуждения сейсмических колебаний.

Page 10: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

83

На сейсмотомографическом разрезе (рис. 9, а) значения скорости VF

У составляют 1,1–1,3 км/с и могут быть соотнесены со значениями групповой скорости каналовых волн волноводного типа, рас-пространяющихся по угольному пласту. В поле зна-чений скорости VF

У выделяется высокоскоростной (VF

У ≥ 1,25 км/с) участок (показан на разрезе кра-пом). К нему приурочен выход песчаного вреза в кон-вейерный штрек. В связи с этим можно полагать, что выделенная область соответствует в плане песчаному врезу в угольный пласт. Врез вытянут вдоль конвейер-ного штрека, максимальное внедрение его в угольный пласт по латерали составляет примерно 50 м в на-правлении от конвейерного штрека к вентиляцион-ному. Учитывая условную оптимальность системы наблюдений, к конфигурации прогнозного песчаного тела в лаве А следует отнестись как к одной из воз-можных.

По коэффициенту поглощения каналовой волны на сейсмотомографическом разрезе (см. рис. 9, б) от-мечается контрастная аномалия пониженных значе-ний αF

У , примыкающая к конвейерному штреку. Она совпадает с выходом песчаного вреза в этом штреке и

Рис. 9. Сейсмотомографические разрезы (лава А) по значениям скорости каналовых волн VFУ (а) и коэффициентов

поглощения αFУ (б) и αP

УВ (в). Прогнозный вдольпластовый геолого-геофизический разрез угольного пласта (г):

1 – водонасыщенная часть угольного пласта; 2 – обнажение песчаного вреза в штреке; 3 – малодостоверные участки разреза; 4 – прогнозный контур песчаного вреза по значениям αF

У ; 5 – прогнозный контур песчаного вреза по значениямVFУ ; 6 – об-

ласть повышенного напряженного состояния углевмещающей среды (предразломное состояние) по параметру V VS PУВ УВ ;

7 – пункты приема сейсмических колебаний; 8 – пункты возбуждения сейсмических колебаний.

может трактоваться как его отображение. По парамет-ру αF

У конфигурация аномалии имеет иную форму, чем таковая по параметру VF

У и отличается от по-следней более точной привязкой к песчаному врезу. Таким образом, следует признать, что в данном слу-чае сейсмотомографический разрез коэффициента поглощения αF

У дал лучший результат по привязке, чем по параметруVF

У .На сейсмотомографическом разрезе коэффициен-

та поглощения продольной волны αPУВ (см. рис. 9, в)

в области выхода песчаного вреза также выделяется зона относительно пониженных значений. Совпаде-ние положения аномальных зон по параметрам αF

У иαP

УВ , возможно, указывает на то, что песчаный врез захватывает не только угольный пласт, но и часть его кровли. Незначительную выраженность аномальных зон по параметру αP

УВ можно объяснить меньшей акустической контрастностью пород кровельной час-ти разреза и внедрившегося в нее песчаного тела.

Отметим, что полученные значения коэффици-ента поглощения для песчаников кровли и угольного пласта совпадают с таковыми по данным, приведен-ным в работах [Азаров, Яковлев, 1988; Гуляев, 2007].

Page 11: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

84

Геолого-геофизический прогноз особенностей строения угольного пласта по латерали приведен на рис. 9, г.

Лава Б. Для выделения размыва в угольном плас-те Байкаимский лавы Б (см. рис. 1, б) использовался сейсмотомографический разрез (рис. 10, а) по ско-рости каналовых волн. На участке проведенных ра-бот были получены значения скорости VF

У от 0,96 до 1,25 км/с. На разрезе выделяется ряд аномалий с по-вышенной и пониженной скоростью VF

У. К конвей ер-ному штреку примыкает область преимущественно пониженных значений VF

У (0,98–1,04 км/с). Обращает на себя внимание мелкоячеистое строение этой части раз реза. В правой части разреза фиксируется протяжен-ная высокоскоростная аномалия (VF

У = 1,06–1,1 км/с).

В качестве прогнозного признака песчаного вре-за в угольный пласт было принято положение о ло-кальном увеличении скорости каналовой волны при ее распространении через суженный участок угольно-го пласта [Азаров, Яковлев, 1988; Анциферов, 2003]. При таком предположении высокоскоростную анома-лию VF

У можно соотнести с контуром песчаного вре-за в угольный пласт (см. рис. 10, б). Контур вреза проведен по изолинии скорости VF

У = 1,07 км/с. Изо-метричные малоразмерные зоны повышенной скоро-сти (более 1,08 км/с), вероятно, могут быть связаны с локальным увеличением глубины песчаного вреза в угольный пласт. Помимо основного прогнозного кон-тура в левой части разреза выделяются две зоны, так-же характеризующиеся локальным повышением ско-

Рис. 10. Сейсмотомографический разрез (лава Б): по значениям скорости каналовых волн VFУ (а) и прогнозный вдоль-

пластовый геолого-геофизический разрез угольного пласта (б):

1 – прогнозный контур песчаного вреза в угольный пласт; 2 – участки локального увеличения глубины песчаного вреза; 3 – выход песчаного вреза в штреках по данным геологосъемки; 4 – прогнозные зоны повышенной трещиноватости углей; 5 – малодостоверные участки разреза; 6 – высокоскоростные аномалии неясного генезиса; 7 – пункты приема сейсмических колебаний; 8 – пункты возбуждения сейсмических колебаний.

Page 12: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

85

рос ти VFУ. Природа этих аномалий неясна. Локальные

низкоскоростные аномалии VFУ можно трактовать

как зоны повышенной трещиноватости углей (см. рис. 10, б). Мелкоячеистое строение этих зон, вероят-но, обусловлено особенностями напряженного состо-яния толщи, залегающей на угольном пласте.

Лава В. Для изучения особенностей строения угольного пласта Байкаимский и углевмещающей среды лавы В (см. рис. 1, в) использовались сейсмо-томографические разрезы по параметрам VP

УВ, VSУВ, γ

и VFУ. На сейсмотомографическом разрезе (рис. 11, а)

по параметру VPУВ фиксируется контрастная поло-

жительная аномалия (VPУВ = 3,75–3,8 км/с) дугообраз-

ной формы, которая в определенной мере контроли-

руется выходами песчаных врезов в штреки. Она мо-жет отражать присутствие в углевмещающей среде каких-либо плотных пород, например песчаников руслового типа. Зона пониженных значений VP

УВ (3,55–3,7 км/с) может быть также связана с изменени-ем литологии углевмещающей толщи. Эту зону мож-но сопоставить с менее плотными, заглинизирован-ными песчаниками.

На сейсмотомографическом разрезе (см. рис. 11, б) по параметру VS

УВ картируется контраст-ная положительная аномалия (VS

УВ = 2,0–2,2 км/с), которая предположительно связана с зоной повышен-ного горного напряжения [Гуляев, 2007]. Выходы пес-чаных врезов в штреки контролируются пониженны-ми значениями VS

УВ (1,75–1,8 км/с), которые единой

Рис. 11. Сейсмотомографические разрезы (лава В):

а – по скоростям продольных волн VPУВ; б – по скоростям поперечных волн VS

УВ; в – по отношению скоростей V VS PУВ УВ ;

г – по скоростям каналовых волн VFУ.

1 – обнажение песчаного вреза в штреках; 2 – малодостоверные участки разреза; 3 – пункты приема сейсмических колебаний; 4 – пункты возбуждения сейсмических колебаний.

Page 13: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

86

полосой примыкают к монтажной камере, конвейер-ному и вентиляционному штрекам.

Конфигурация аномального поля по параметру γ (см. рис. 11, в) в целом сходна с таковой по парамет-ру VS

УВ . В центральной части разреза картирует ся зона повышенных значений параметра γ (0,54–0,58). Необходимо отметить, что по параметру γ контрастно выделилась узкая полоса пониженных значений (0,45–0,48), которая совпадает с выходами песчаных врезов в штреки и может быть отождествлена с русловыми водонасыщенными песчаниками кровли.

На сейсмотомографическом разрезе (см. рис. 11, г) значения VF

У составляют 0,96–1,2 км/с. В центральной части разреза выделяется высоко-скоростная аномалия VF

У (1,14–1,2 км/с), положение которой примерно совпадает с положением высоко-скоростной аномалии на сейсмотомографическом разрезе по параметру VS

УВ. Высокоскоростную анома-лию по параметру VF

У можно, так же как по парамет-ру VS

УВ, считать обусловленной горным напряжением угольного пласта. Выход песчаного вреза в конвейер-ном штреке характеризуется пониженными значе-ниями скорости VF

У (1,06–1,1 км/с), в вентиляцион-ном штреке – повышенными (1,16–1,18 км/с) (см. рис. 9, г). На участке, примыкающем к монтажной камере, можно выделить линейную аномалию пони-женных значений VF

У, которая соотносится с песча-ным врезом в угольный пласт. Причину того, что песчаный врез контролируется здесь пониженными значениями VF

У, можно объяснить особенностями строения размыва. В конвейерном штреке размыв

Рис. 12. Прогнозные вдольпластовые геолого-геофизические разрезы (лава В):

а – углевмещающей толщи по данным продольной PУВ и поперечной SУВ волн; б – угольного пласта по данным каналовой волны F У.1 – водонасыщенная часть разреза; 2 – прогнозный врез в углевмещающую среду и угольный пласт; 3 – обнажение песчаного вреза в штреках; 4 – малодостоверные участки разреза; 5 – песчаники плотные, со слабой влагонасыщенностью; 6 – песчаники плотные, заглинизированные, со слабой влагонасыщенностью; 7 – песчаники руслового типа, прочные, влагонасыщенные; 8 – маловлажная часть угольного пласта с повышенным напряжением; 9 – область повышенного напряженного состояния углевмещающих пород и угольного пласта.

внутрипластовый. Общая глубина внедрения песча-ной линзы в угольную пачку составляет от 0,7 до 1 м. При таком строении угольного пласта каналовая вол-на реагирует в основном на литологию самого пласта и его обводненность. В вентиляционном штреке раз-мыв относится к русловому типу. Максимальная глу-бина внедрения его в угольный пласт увеличилась до 1,2 м, и поэтому положительную аномалию VF

У в районе выхода размыва в вентиляционном штреке следует рассматривать как переход вреза от внутри-пластового к более мощному русловому врезу.

С использованием сейсмотомографических раз-резов для лавы В были построены прогнозные вдоль-пластовые геолого-геофизические разрезы угле-вмещающей толщи (по параметрам VP

УВ, VSУВ и γ) и

угольного пласта (по параметру VFУ), приведенные на

рис. 12, а и 12, б соответственно. Таким образом, исследования позволили уста но-

вить некоторые особенности волнового поля на прохо-дящих волнах вдоль угольного пласта и углевмещаю-щих пород. Выделены два типа волн: объемные (боко-вые продольные и поперечные), распространяющиеся по углевмещающей толще, и каналовые интерферен-ционные, распространяющиеся по угольному пласту.

Боковые волны использовались для изучения осо-бенностей геологического строения углевмещающих пород, оценки их напряженного состояния, обводнен-ности, наличия литологических и структурных неод-нородностей. Также они могут применяться для оцен-ки физико-механических свойств кровли угольных пластов и ее несущей способности.

Page 14: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

87

Каналовые волны дают основную информацию об особенностях геологического строения угольного пласта. Сейсмотомографические разрезы по парамет-рам скорости каналовых волн и коэффициента погло-щения использовались для оценки литологического состава углей, их обводненности, степени трещинова-тости, выделения в пласте структурных неоднород-ностей (размывов пласта, разрывных нарушений). Наиболее уверенно установлено плановое положение размывов угольного пласта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Способ сейсмотомографии на проходящих вол-нах, апробированный в ряде шахт Кузбасса, позволя-ет получить двумерную картину строения угольных пластов и углевмещающей среды по параметрам ско-рости и коэффициента поглощения упругой энергии, на основании которых удается уточнить геологичес-кие особенности их строения.

Наиболее достоверные сведения о геологическом строении среды могут быть получены при совокупном использовании сейсмотомографических разрезов для различных типов проходящих волн: продольных и по-перечных, распространяющихся по углевмещающим породам, и каналовых интерференционных волн, рас-пространяющихся по угольному пласту, а также при учете априорных геологических данных, установлен-ных при проходке штреков. Результаты проведенных исследований на двух шахтах были подтверждены последующими горнопроходческими работами.

Следует отметить необходимость обоснованного выбора параметров системы наблюдения, принимая во внимание, что наиболее достоверные сведения об объекте в способе просвечивания на проходящих вол-нах можно получить только при равномерном осве-щении объекта по его периметру. Во всех случаях не-обходим выбор оптимальных условий возбуждения и приема сейсмических колебаний. Отмечено, что при заглублении сейсмоприемников и источников колеба-ний в стенки угольного пласта качество первичного материала существенно повышается, что дает возмож-ность, наряду с изучением параметров скорости, изу-чать также и поглощающие свойства среды. При выполнении работ по сейсмопросвечиванию необхо-димо стремиться к снижению уровня промышленных помех.

Исследования показали перспективность исполь-зования автономной сейсмической станции РОСА-А в подземных выработках (т. е. в условиях отсутствия спутниковых сигналов) при выполнении детальных инженерно-геофизических исследований с миними-зацией рисков по охране труда.

Предлагаемый способ может способствовать улучшению технологии отработки угольных пластов, повысить безопасность угледобычи за счет опережаю-щего прогноза местоположения песчаных врезов, ме-ханически ослабленных зон и зон повышенного мета-новыделения.

Литература

Азаров Н.Я., Яковлев Д.В. Сейсмоакустический метод прогноза горно-геологических условий эксплуатации угольных месторождений. М.: Недра, 1988. 199 с.Анциферов А.В. Теория и практика шахтной сейсмораз-ведки: Дис. … д-ра техн. наук. Донецк, 2003. 357 с.Гуляев П.Н. Разработка спектрально-акустического мето-да контроля изменения напряженного состояния углепо-родного массива при горных работах: Автореф. дис. … канд. техн. наук. М.: Ин-т проблем комплексного освое-ния недр РАН, 2007. 19 с.Карасевич А.М., Земцова Д.П., Никитин А.А. Сейсмораз-ведка при изучении метаноугольного разреза. М.: ООО “Центр информационных технологий в природопользо-вании”, 2008. 164 с.Пат. № 2331087 (RU). Автономный регистратор сейсми-ческих сигналов / О.М. Сагайдачная, А.В. Сагайдачный, А.С. Сальников, А.Н. Шмыков, А.В. Щегольков. Опубл. 10.08.2008, Бюл. № 22. Пат. № 2366981 (RU). Автономный регистратор сейсми-ческих сигналов и устройство автоматической настройки и коррекции тактовой частоты автономного регистратора сейсмических сигналов / А.Н. Шмыков, О.М. Сагайдач-ная, А.В. Сагайдачный, А.С. Сальников. Опубл. 10.09.2009, Бюл. № 25. Пат. № 2455663 (RU). Сейсмический способ выявления геологических неоднородностей в угольных пластах / А.С. Сальников, О.М. Сагайдачная, А.В. Вершинин, К.А. Ду наева, Б.А. Канарейкин, А.В. Сагайдачный, А.Н. Шмы ков. Опубл. 10.07.2012, Бюл. № 19.Сагайдачная О.М., Дунаева К.А., Сальников А.С., Пота-пов П.В., Гриценко С.А. Сейсмические работы по просве-чиванию угольных пластов с использованием автономных станций РОСА-А // Приборы и системы разведочной геофизики. 2008. № 4. С. 35–37.Сагайдачная О.М., Дунаева К.А., Канарейкин Б.А., Саль-ников А.С., Шмыков А.Н. Сейсмические исследования в шахтах с использованием автономной системы регистра-ции РОСА-А // Приборы и системы разведочной геофи-зики. 2011. № 4. С. 40–45.Сальников А.С., Дунаева К.А., Канарейкин Б.А., Сагайдач-ная О.М., Турчанинов В.Г., Чурин В.А, Шмыков А.Н. Первые результаты сейсмических работ по просвечиванию угольных пластов с использованием автономных станций РОСА-А // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. 2011. № 1. С. 54–61.Jackson M.J., Tweeton D.R. MIGRATOM – Geophysical Tomography Using Wavefront Migration and Fuzzy Constra-ints // Report of Investigations 9497, Bureau of Mines [http://pubs.usgs.gov/of/2000/ofr-00-0456/, http://pubs.usgs.gov/of/2000/ofr-00-0457/] (Дата обращения август 2010 г.).Salnikov A.S., Dunaeva K.A., Kanareikin B.A., Sagaydach-naya O.M., Harlamov A.S. Technique and results of seismic tomographic studying in coal mines // 5rd Saint Petersburg International Conference & Exhibition (ЕАГО, ЕАGE): Ab-stract P051. Saint Petersburg, 2012.

Page 15: ТЕХНОЛОГИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ...ts.sbras.ru/ru/articles/2012-02_074.pdfTransmitted-wave seismic tomography appears to be an effective tool to optimize the technology

88

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

САЛЬНИКОВ Александр Сергеевич – заведующий отделом сейсморазведки ФГУП “СНИИГГиМС”, доктор гео-лого-минералогических наук (2008). Окончил геолого-геофизический факультет НГУ в 1973 г. Область науч-ных и производственных интересов: разработка методики и технологии региональных сейсмических исследо-ваний при решении задач глубинного строения. Руководитель геолого-геофизических работ на опорных про-филях 2-ДВ, 2-ДВ-А, 3-ДВ, геофизических работ по прогнозу землетрясений в Алтае-Саянском регионе, изучению земной коры Западной и Восточной Сибири преломленными волнами. Автор более 150 научных статей и изобретений, член ЕАGЕ и ЕАГО.КАНАРЕЙКИН Борис Алексеевич – ведущий научный сотрудник ФГУП “СНИИГГиМС”, кандидат технических наук (1970). Окончил Московский геологоразведочный институт (геофизический факультет) в 1955 г. Область научных и производственных интересов: разведочная сейсмотомография, им разработаны методические воп-росы и широко апробирован на практике сейсмотомографический способ изучения верхней части геологичес-кого разреза, в том числе геологического пространства, включающего зоны расположения техногенных объек-тов (плотин, тоннелей, железнодорожного полотна, шахт). Автор более 130 научных работ и двух монографий, член ЕАGЕ и ЕАГО.ДОЛГОВА Светлана Валерьевна – инженер ФГУП “СНИИГГиМС”. Окончила магистратуру геолого-геофизи-ческого факультета НГУ в 2011 г. Аспирант первого года обучения ФГУП “СНИИГГиМС”.ДУНАЕВА Ксения Александровна – научный сотрудник ФГУП “СНИИГГиМС”. Окончила механико-математи-ческий факультет НГУ в 2002 г. Сфера научных и производственных интересов: возможности применения математического аппарата вейвлет-преобразования для обработки и анализа сейсмических данных, вопросы специализированной обработки первичных сейсмических данных. Автор более 20 научных публикаций, член ЕАGЕ.САГАЙДАЧНАЯ Ольга Марковна – заведующая лабораторией многоканальной сейсморазведки ФГУП “СНИИГГиМС”, кандидат технических наук (1983), доцент кафедры геофизики НГУ. Окончила геолого-гео-физический факультет НГУ в 1976 г. Область научных и производственных интересов: технологическое и техническое обеспечение сейсмических работ, в том числе разработка сейсмических систем сбора, регистрации и обработки данных. Автор более 100 научных работ, в том числе 12 патентов РФ, член ЕАGЕ и ЕАГО.E-mail: [email protected]ХАРЛАМОВ Алексей Сергеевич – главный геофизик ООО “Сибирская геофизическая служба”. Окончил маги-стратуру геолого-геофизического факультета НГУ в 2002 г. и аспирантуру ИНГГ СО РАН в 2004 г.