Обґрунтування критеріїв сейсмічного прогнозу структури порушень вуглепородного масиву в умовах зближених пластів.

Abstract

Дисертація присвячена розв'язанню важливої науково-прикладної задачі вдосконалення методу сейсмічного прогнозу структури дрібноамплітудних порушень на основі встановлення нових закономірностей поширення, переломлення й розсіювання каналових хвиль у складних хвилеводах, утворених зближеними вугільними пластами. Розроблена фізико-математична модель, в основу якої покладено спільне використання модифікації методу Кондратьєва й методу ефективних модулів пружності, використана для встановлення закономірностей впливу зближеного вугільного пласта на інформативні характеристики сейсмічних хвильових полів з урахуванням характерних для Донбасу гірничо-геологічних умов залягання, будови й фізико-механічних характеристик вугільних відпрацьовуваних пластів. Визначені найбільш інформативні хвильові пакети і їхні характеристики, що несуть інформацію про будову й параметри породного масиву зі зближеними вугільними пластами як хвилеводами складної будови. Уперше теоретично показаний спосіб визначення для масиву зі зближеними вугільними пластами напрямку зсуву уздовж порушення. Розроблена методика оцінювання типу й параметрів тектонічних порушень зближених вугільних пластів і програмне забезпечення для моделювання й аналізу хвильових полів. Основні результати використані на виїмкових дільницях 4 шахт Донбасу.

Диссертация посвящена решению важной научно-прикладной задачи усовершенствования метода сейсмического прогноза структуры малоамплитудных нарушений на основе установления новых закономерностей распространения, преломления и рассеяния каналовых волн в сложных волноводах, образованных сближенными угольными пластами. Разработана физико-математическая модель, основанная на общем использовании модификации метода Кондратьева и метода эффективных модулей упругости, для математического описания сейсмических колебаний в угленосном массиве с учетом его реологических свойств и пространственного распределения характеристик. Модель легла в основу внедренного в практику сейсмоакустического прогноза программного обеспечения для моделирования и анализа сейсмических волновых полей в угленосном массиве, позволяющего исследовать структуру волнового поля, кинематические и динамические характеристики информативных волновых пакетов, выполнять обработку сейсмограмм. При разработке программного обеспечения применены методы оптимизации вычислений и многопоточной обработки данных, показавшие высокую эффективность. Проведен анализ процессов, обуславливающих наблюдаемые сложные зависимости амплитудно-частотных характеристик регистрируемого сигнала в условиях сближенных угольных пластов как волноводов сложного строения. Установлены закономерности влияния сближенного угольного пласта на информативные характеристики сейсмических волновых полей, используемых для выработки рациональных технологий отработки, с учетом характерных для Донбасса горно-геологических условий залегания, строения и физико-механических характеристик отрабатываемых угольных пластов. Определены наиболее информативные волновые пакеты и их характеристики, несущие информацию о строении и параметрах горного массива со сближенными угольными пластами как волноводами сложного строения. Впервые теоретически показан способ определения для массива со сближенными угольными пластами направления смещения вдоль сместителя. Опираясь на результаты теоретических исследований, а также на опыт использования шахтной сейсморазведки в условиях Донбасса, разработана методика оценки типа и параметров тектонических нарушений сближенных угольных пластов. Она адаптирована к условиям Донбасса и, в отличие от существующих при интерпретации результатов сейсмических экспериментов, учитывает изменения информативных характеристик регистрируемых волновых пакетов, вносимых сближенным угольным пластом, на основании предложенных критериев прогноза нарушений. Результаты работы использованы на выемочных участках 4 шахт Донбасса.

The thesis is devoted to solving the important research-applied problem of refining on a low-amplitude fault structure seismic prediction method. The objective is finding out new regularities of channel wave propagation, reflection and dispersion in complex waveguides formed by contiguous seams. Based on the developed physico-mathematical model, which is basically a joint use of Kondratiev modification method and modulus of rupture method, regularities of the impact of contiguous coal seam on information-bearing attributes of seismic wave fields are identified taking into account typical for the Donets Coal Basin mining and geological mode of occurrence, structure and stress-strain properties of coal seams being worked. The most information-bearing wavetrains and their attributes are determined. These attributes contain information on structure and parameters of rock mass with contiguous seams as waveguides. First in theoretical terms the method to determine ground movement direction along the fault in contiguous seams is described. A method to evaluate types and parameters of faults in contiguous seams is worked out and software is developed for wavefield simulation and analysis. The basic results are employed in the working areas of the four coal mines in the Donets Coal Basin.