автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка метода выявления зон неустойчивой кровли угольных пластов с использованием шахтной сейсмической томографии

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации " * Институт горного дела им. А.А.Скочинского

На правах рукописи

Людмила Ивановна КОРОЛЕВА

УДК 622.23-112.24:550.832.4(043.3)

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ВЫЯВЛЕНИЯ ЗОН НЕУСТОЙЧИВОЙ КРОВЛИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ШАХТНОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ

Спецпальнссть 05.15.11 - "Физические процессы горного производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О,

Москва 1993

Работа выполнена в Институте горного дола им. А.А.Скочинсхого.

Научный руководитель -

канд. техн. наук Л.Д.Рубан.

Официальные оппоненты:

докт. техн. наук Е.С.Ватолии,

канд. геол.-мииерал. наук А.Г.Черников.

Ведущее предлр пяти; - ИПКОН ЕАН, г. Москва

/о

Автореферат разослан / у^1 1993 г,

Защита диссертации состоится на заседании специализированно!« совета К. (140004, г. Люберцы Московской обл.).

> - / О 6 1993 г. в . ^5.05.02 ИГД им. А.А.Скочинского

С диссертацией можно ознакомиться в секретариате ученого согета института. . '

Отзывы в двух экземплярах просим направлять по адресу: 140004, г. Люберцы Московской обл., ИГД им. А.А.Скочинского. .

Ученый секретарь' специализированного совета кенд. техн. наук

А.Н.Комраков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективная отработка угольных несто-роадений механизированными комплексами возможна при детальном и достоверном прогнозе горно-геологических условий выемки угольных пластов и в.. значительной мере определяется состоянием пород кровли.

Проблема заблаговременного и надежного выявления зон неустойчивой кровли угольного пласта до начала отработка выемочного столба стала особенно актуальной в связи с ухудшением горно-геологических условий залегания месторождений. переходом очистных работ на глубокие'горизонты и применением узкозахватной технологии выемки. Работа почти половины действующих очистных забоев ослоннена наличием неустойчивых пород непосредственной кровли пласта. Поэтому применительно к каждому конкретному выемочному столбу весьма важное значение имеет правильная оценка ожидаемого поведения пород в горних выработках.

Одним из возмовных путей решения задачи выявления таких слонных горно-геофизических объектов, как зоны неустойчивой кровли угольного пласта, возникающие в результате наличия зон повышенной трециноватости пород и смены литотипа-' пород кровли, является прикенениз методов шахтной сейсморазведки в модификации сейсыопросвечивания. н томографического восстановления в плоскости выемочного столба параметров волнового поля, наиболее реагирующих на изненения строения и состояния пород кровли. В этой связи разработка метода выявления и локализации зон неустойчивой кровли пласта с использованием шахтной сейсмической томографии является актуальной.

Цель работы - установление закономерностей изменения пара-

метров волнового поля при распространении его в углепородном массиве, включающем различные типы нарушения строения надуголь-ных пород, для разработки метода выявления зон неустойчивой кровли на основе томографической обработки данных сейсмопросвечивания массива. —

I

Основная идея работы заключается в использовании зависимостей изменения характеристик волнового поля от строения пород непосредственной кровли угольного пласта для разработки критериев прогноза зон неустойчивой кровли.

Научная новизна работы заключается в следующем: установлены зависимости влияния мощности, трещиноватости пород непосредственной кровли, смены литотипа пород кровли с учетом степени изменения физико-механических параметров среды в зоне замещения, наличия ловной кровли пласта на параметры и структуру волнового поля;

определен комплекс информативных критериев выявления зон неустойчивой кровли, новизна которых заключается в совместном использовании наряду с параметрами боковых волн характера изменения структуры регистрируемого пакета:

разработана методика выявления зон неустойчивой кровли угольного пласта, основанная на результатах математического моделирования и томографической обработки данных шахтного сейсмического материала.

Достоверность научных половений подтвервдается соответствием результатов аналитических и шахтных экспериментальных исследова- . ний, высоким уровнем сходимости прогнозных и Фактических данных о наличии и локализации зон неустойчивой кровли угольного пласта.

Практическое значение работы состоит в повывении достоверности информации о наличии и конфигурации зон неустойчивой кровли при составлении прогнозно-геологических паспортов лав и разработке рациональных способов управления кровлей и крепления лав в конкретных горно-геологических условиях отрабатываемых участков путем разработки метода выявления аномальных зон строения надугольных пород для пологих пластов тонких и средней мощности. Основные половения метода использованы при разработке "Иетодики выявления зон неустойчивой кровли угольного пласта с использованием иахтной сейсмической томографии".

Реализация работы. Кетодика выявления зон неустойчивой кровли пласта внедрена на вахтах Печорского угольного бассейна, при этом экономический эффект составил 825.5 тыс.руб. -

Апробация работы. Основные полоаения и результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах Института горного дела им. А.Й.Скочинского (г. Люберцы, 1991-1993 гг.). научно - техническом совете ЯкрНИНИ (г. Донецк. 1992 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано четыре печатные работы.

Объем работа. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изловенных на 126 страницах машинописного текста, содеряит 16 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 98 наименований и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ,

В настоящее время все методы оценки устойчивости пород кровли построены на обобщении большого количества геологических и статистических данных о работе очистных забоев в различных горно-геологических условиях. Такие подходы сводятся к классификациям по устойчивости и обрушаемости кровли с допущением, что в пределах одного класса поведение пород характеризуется близкими как в количественном, так и в качественном отношении показателями.

Во всех классификациях превалирующими горно-геологическими Факторами, определяющими устойчивость кровли в очистных забоях, являются литологический и вещественный состав пород, слоистость и трещиноватость пород, мощность пород непосредственной кровли, прочность слагающих кровлю пород. Данные получают на основе непосредственных наблюдений за поведением пород, характером нарушений сплошности кровли в действующих очистных забоях или на стадии разведки традиционными геологическими методами в сочетании с геофизическими сквааинными исследованиями. .

Проблема оценки устойчивости пород кровли в.горных выработках занимает одно из ведущих направлений исследований по изучению состояния горного массива. Больной объем исследований выполнен -в таких институтах, как ВНИМИ. ДонУГИ, ИГЛ им. А.А.Ско-чинского. КарПИ и в НПГП "Нефтегеофизика"; Однако возмовность использования информации о хара../ере поведения углевмещающих пород в одних горных выработках для прогнозирования устойчивости выработок, располовенных в аналогичных условиях, не всегда подт-вервдается практикой даве в пределах одного шахтного поля. По одному и тону не угольному пласту поведение боковых пород моает бить неодинаковым вследствие изменения геологических и гидрогеологических условий.

Существующие геологические методы не дают достаточно надеа-ной и полной информации в этом плане, так как густота разведоч-

них скваяин не обеспечивает необходимой детальности.

Для уточнения геологических условий отработки угольного пласта и поиска неодпородностей в массиве широко применяются геофизические методы. Площадное исследование и прогноз геологических нарушений при ведении подготовительных и очистных работ обеспечивают методы шахтной сейсморазведки. Наибольшее развитие эти методы получили в работах Н.Я.Азарова, В.С.Ямщикова, Н.С.Ва-толина, В.Н.Данилова, Д.В.Яковлева, А.Д.Рубана, А.Б.Чернякова, А.В.Анциферова. Разработаны критерии и методики выявления различных типов нарушений угольного пласта применительно к условиям различных угольных бассейнов на основе использования в качестве информативных параметров волнового поля характеристик интерференционных каналовых волн. Возмояность и эффективность применения боковых волн для повышения информативности метода иахтной сейсморазведки доказаны в работах Л.С.Нетлова. В.Н.Данилова, М.Г.Тиркеля, А.А.Глухова. Однако недостаточно изучен процесс распространения упругих колебаний в-углепородном массиве, включающем различные типы нарушений строения пород непосредственной кровли пласта. Решение этого вопроса позволит повысить информативность, а следовательно, и надеаность прогнозирования методами шахтной сейсморазведки зон неустойчивой кровли угольного пласта.

В настоящее время основный методом анализа результатов сейсмоисследований для восстановления структуры геологической среды и локализации возможных аномалий углепородного массива становится метод сейсмической томографии. Задачам томографического восстановления сейсмических волновых полей посвящены работы С.Иваннсона, Й.Н.Тихонова. Е.А.Ефимовой и др. Автор считает особенно полезным применение этого метода для выявления зон неустойчивой кровли угольного пласта в горных выработках.

Поставленная в диссертационной работе цель достигается решением следув«их задач:

построение обобщенной сейсмогеологнческой модели углевивщаи-«ей среды для пологих пластов тонких и средней ыоаности с локальной зоной неустойчивой кровли угольного пласта, представленной зонами аномального строения надугольной толад;

изучение процесса распространения сейсмических волн в угле-породнон массиве при различной,строении надугольных пород методами математического моделирования для установления зависимостей характеристик волнового поля от параметров аномальных зон строения надугольной толщи;

установление информативных критериев для внявлс-ния зон неустойчивой кровли угольного пласта на основе анализа результатов теоретического и экспериментального изучения процессов распространения сейсмических волн в углепородном массиве;

оценка правильности идентификации зон аномального строения надугольных пород по комплексу критериальных параметров сейсмических волн;

разработка методики выявления зон неустойчивой кровли игольного пласта с использованием метода сейсмической томографии и ее экспериментальная проверка.

Различными исследователями на основе анализа геологоразведочных данных установлена зависимость устойчивости кровли от типа и сочетания слагающих ее пород, а такае от диалогической принадлежности и мощности непосредственной кровли. Выявленная взаимосвязь обусловила выбор геологических моделей для моделирования процесса распространения сейсмических волн в углевмещащей толще, характеризующейся наличием зон неустойчивой кровли, с целью выявления информативных параметров прогноза аномальных зон.

Для обобщения результатов моделирования и их проверки геологические модели выбирались достаточно типичными в отношении состава пород и их строения и отвечали конкретным геологическим условиям проведения сейсморазведочных работ.

Предварительно на основании анализа геологических разрезов углевмецашщей среды по данным бурения геологических скважин и учета параметров физико-механических свойств пород была составлена обобщенная сейсмогеологическая модель для пологих пластов тонких и средней мощности с интервальными значениями физических параметров литотипа пород. В качестве основных характеристик слоистой структуры реальной среды использовались плотность угля и пород, скорость продольных и поперечных волн в угольном пласте и вмещающих породах, мощность слагающих пород.

Для установления зависимостей параметров сейсмических волн от изменения строения и устойчивости непосредственной кровли при математическом моделирования процесса распространения упригих колебаний в углепородном массиве с локальной зоной неустойчивой кровли выбирались сейсмогеологические модели, которые различались меаду собой типом пород и мощностью первого слоя надуголь-ной толщи. —

5

При моделировании рассматривались модели углввнещзкщей среди, учитывающие:

различную мощность первого слоя надугольной толщи, оказываю-цего большее влияние на состояние кровли в горных выработках, при различной резкости акустических границ;

зону трещиноватости пород кровли, задаваемую изменением акустических свойств пород непосредственной кровли от 10% до Ж/.;

зону смени литотипа пород кровли без и с изменением физико-механических свойств пород в зоне замещения при различной глубине замещения пород непосредственной кровли породами основной кровли:

участок ломной кровли пласта, представленный прослоем с отличными от пород кровля акустическими параметрами.

С учетом взаимосвязи скорости распространения упругих колебаний с прочностными и упругими свойствами пород изменение физико-механических свойств задавалось путем изменения до 30 У. акустических параметров пород.

Теоретические расчеты полного волнового поля проводились на IВМ РС-АТ пакетом программ, реализующим конечно-разностный метод реиення системы дифференциальных уравнений, опирающей распространение сейсмических волн в угленосной толще. Б качестве источника колебаний использовалась модель ударного источника, применяемого в геофизических исследованиях.

Теоретическим моделированием установлено, что при изменении строения кровли пласта наиболее информативными являются У- и I-компоненты колебаний боковых волн. Причем, если волновое поле У-компоненты существенно не меняет свою структуру - происходят только количественные изменения параметров, то структура волновой картины г-компонентц. которая имеет многопакетный характер колебаний, заметно изменяется. Пакеты четко отделяются друг от друга. При замещении слабых пород непосредственной кровли более крепкими породами основной кровли и при наличии локной кровли пласта на сейсмограммах 2-компоненти появляется дополнительный пакет колебаний менду первой группой волн, проиедЕшк по боковым породам, и второй группой, включавшей поперечные волны по нивне-. му слою кровли и пласту. Данный эффект наблюдается на сейсмограммах, зарегистрированных сейсмоприемниками. расположенными на границе кровля - угольный пласт с возыокным отклонением относи-

тельно вертикальной оси пласта на расстояние 1/4Ь (гдз И - мощность угольного пласта).

В результате анализа кинематических и динамических характеристик регистрируемых волн и учета методических погрешностей регистрации сейсмических волн математическим моделированием выявлены информативные параметры волнового поля сейсмических волн, прошедших зону неустойчивой кровли угольного пласта: модуль максимума амплитуды (ММА); скорость прихода ММА; частота ММА;

ширина спектра регистрируемого сигнала. Установлено, что;

уменьшение мощности непосредственной кровли до 0,1 от ее первоначальной мощности приводит к уменьшению на 10-152 величины ММА, на 4-107. - иирины спектра регистрируемого сигнала, а такае к незначительным отклонениям скорости прихода ММА и его частоты. При согласном залегании пород кровли количественная оценка характеристик имеет аеньоие значения. Структура сейсмограмм существенно не изменяется, увеличивается в 1,5 разе видимая частота колебаний;

волновое поле существенно зависит от степени трещиноватости первого слоя при любой структуре кровли угольного пласта и определяется дифрагированными в трещиноватой среде волнами. По сравнению с ненарушенным участком наблюдаются более позднее время вступления продольной волны, уменьшение обпей длительности пакетов колебаний и увеличение видимой частоты колебаний, которые смещаются в низкочастотную область. С увеличением степени трещи-новатости пород непосредственной кровли до 302 от первоначального состояния амплитуда колебаний падает на 8-132, ширина спектра регистрируемого сигнала увеличивается на 142. частота ММА уменьшается на 5-102, а в случае залегания слабых пород под крепкими - на 142 , более, чем на 52 уменьшается скорость ММА;

при смене литотнпа пород кровли величина изменения физи-ко-неханических свойств пород и размер зоны замещения оказывают на поле, формируемое волнами, прошедшими по вмещающим породам, гораздо большее влияние, чем резкость акустических границ. По сравнении с однородной структурой кровли в зоне замещения пород непосредственной кровли волновое поле имеет более слсаный характер и состоит из нескольких различных по интенсивности пакетов колебаний. Характерно четкое разделение волнового поля по паке-

там колебаний и появление дополнительного цуга на сейсмограммах, зарегистрированных по нижнему слою кровли. В структуре проходящих волн преобладают низкие частоты, что проявляется в значительном изменении длительности составляющих пакетов различной частоты, видимая частота колебаний уменьшается в 1,5-2 раза. Амплитуда колебаний уменьшается на 20-302. частота ММА - на 15—2ОХ, ширина спектра - на 8'/., скорость изменяется от 1 до 4%:

при наличии лоаной кровли угольного,пласта резко уменьшается скорость прихода ММА (на 10Х), частота ИМА уменьшается на 8%. иирина спектра увеличивается на 10%. В структуре регистрируемых сейсмограмм наблюдается уменьшение амплитуды первого по времени вступления пакета колебаний относительно второго пакета поперечных волн, захватывающих угольный пласт и вмещающие породы. Колебания становятся более низкочастотными, изменяется длительность составляющих пакетов. На сейсмограммах меиду первым и вторым пакетами волн появляется дополнительный пакет волн, видимая частота колебаний которого совпадает со вторым.

Оценка надеяности выявления аномалий в строении надугольных пород, связанных с зонами неустойчивой кровли, по установленному математическим моделированием комплексу информативных признаков сейсмических волн проведена методами статистического анализа с. целью последующего определения минимально достаточного количества сейсмических лучей и ячеек томографического восстановления, обеспечивающих минимальную вероятность ошибки - пропуска зоны неустойчивой кровли или выявления лоаной аномалии.

По результатам шахтных наблюдений методой сейсмопросбечива-ния участка выемочного столба, геологическим ослоанением которого являлось наличие зон аномального строения кровли, были сделаны две выборки, соответствующие области значений параметров волн, пересекающих зону нарушения строения пород кровли, и области фоновых значений. Выборки представляли .собой многомерный вектор, компонентами которого являлись установленные в результате математического моделирования критериальные параметры волнового поля: модуль максимума амплитуды, скорость ЫЫА. частота ММА, вирина спектра регистрируемого сигнала.

Так как при выявлении зон неустойчивой кровли пласта в качестве критериальных принято несколько параметров проходящих волн, то в некотором смысле эти параметры носно считать пространственными и рассматривать изменения, происходящие в направлении, определенном эти» параметром. Для анализа многомерных

сейсмических данных был применен дискриминантный анализ. После расчета двух многомерных средних по каждой выборке установлено, что нейду ними существует "расстояние", называемое "обобщенным расстоянием по Махаланобису", которое является мерой разделения меяду двумя многомерными средними, вырааенной в единицах дисперсии объединенной выборки:

с[ = (т.,- п^)'й-1 (го,-п^),

где ш(,шг - средние значения по двум выборкам;

К"' - обратная ковариационная матрица наблюдений.

Это означает, что в пространстве взятых к анализу признаков существует гиперплоскость, однозначно разделяищая области значений параметров сейсмических волн, соответствующих нормальному и, аномальному строению кровли.

Такой подход к анализу шахтного материала позволяет учесть даае не очень существенные отклонения одного из информативных параметров от Фоновых значений, так как анализируется многомерный вектор и по совокупности критериальных параметров отклонения от многомерного среднего могут быть значительными.

Разделение области, соответствующей зоне аномального строения кровли, и области с фоновыми значениями акустических параметров подтверадает правильность выбора комплекса информативных параметров сейсмических волн, принятых в качестве критериальных при выявлении зон неустойчивой кровли.

Интерпретация результатов томографической обработки иахтных сейсмических данных.сопровогдается ошибками I и II рода. Ошибка I рода заключается в обнаруяении лоаной аномалии, в то время как на исследуемом . участке выемочного столба нет изменений в строении кровли. Ошибка II рода состоит в пропуске зоны неустойчивой кровли. Для критерия максимального правдоподобия ве-" роятностиг этих овибок равны:

а /— а = р = 1 - Ф(— /п ), 2а

где Ф(х) - функция (0,1) нормальнбго распределения: а - среднее значение по п наблюдениям; ч - среднеквадратичное отклонение.

На основе дискриминантного анализа сейсмических лмчей, проведших аномальную зону с неустойчивой кровлей-, и базовых лучей, проходящих через "чистый" участок выемочного столба, эксперимен-

тально установлена взаимосвязь вероятности ошибки - пропуска зоны неустойчивой кровли или выявления ложной аномалии'надугольных пород - от количества сейсмических лучей, пересекающих исследуемую область (см.рисунок, кривая 1). Если идентификация нарушения проводится по трем'лучам, то вероятность ошибки составляет около 202, для шести лучей - 5%, для 8 лучей - 1л. То есть, если через аномальный объект проходит не менее 6 лучей сейсмопррсвечиваиия, то зона нарушения выделяется с достаточной степенью надежности. Дальнейшее увеличение.плотности лучей не влияет на точность выделения аномалии, но увеличивает затраты на проведение шахтных съемок.

На основе дискриминантного анализа для значений критериальных параметров, полученных в ячейках томографического восстановления, на конкретном шахтном материале определено число ячеек восстановления, необходимое для правильной идентификации.нарушения, пересекаемого необходимым количеством лучей. Установлено, что для обеспечения детальности восстановления с минимальным значением ошибки - пропуска аномалий в кровле пласта или выявления лонной аномалии - количество ячеек восстановления не долвно быть меньше трех, что соответствует вероятности ошибки. Две ячейки томографического восстановления, приходящиеся на выделяемый объект, соответствуют 23% вероятности принятия лошного решения (см.рисунок, кривая 2).

25 ¡0 15 10 5

о г ♦ « е а п » п.

Вероятность ошибки при идентификации аномалий строения кровли (по дошш обработки шахтного материала)в згшя-оимооти ог числа сейошчаских Лучей, пересекающих аномалию (кривая X), и от чиола ячеек томографического восотапоаления (кривая 2)

На основании результатов исследований, проведвннчк в ходе выполнения диссертационной работы, разработана "Методика выявления зон неустойчивой кровли угольного пласта с использованием шахтной сейсмической томографии". Методика предназначена для выявления зон неустойчивой кровли и идентификации их типа при обработке шахтного сейсмического материала, полученного на пологих пластах тонких и средней мощности, удовлетворяющих критериям волновода. Зоны неустойчивой кровли с размером в плане более 30-40 м выявляются в пределах выемочных столбов с длиной лавы от 80 м и более, а такке на участках шахтопластов с размерами в плане до 1000 м.

Для надежного выявления зон неустойчивой кровли пласта в пределах выемочного столба и успешного решения обратной задачи томографического восстановления параметров аномального объекта к' проведению шахтных сейсмоакустических исследований предъявляются следующие требования:

схема наблюдений долнна обеспечивать непрерывность прослеши-вания проходящих волн вдоль профиля с использованием регулярных систем наблюдений с высокой плотностью и степенью перекрытия:

следует применять схемы с величиной выноса источника до I. где I - длина расстановки сейсноприемников;

длина интервала меаду пунктами возбуждения долина быть кратной шагу расстановки сейсноприемников в зависимости от требуемой степени пере..рития;

сейсмоприенники доланы быть ориентированы для регистрации У-и 2-компонент колебаний и располагаться в центре пласта для регистрации 7-конпоненты и по нижнему слою кровли с возмогшим отклонением до четверти мощности угольного пласта - для регистрации Е-конпонента боковых волн.

При интерпретации результатов томографической обработки признаками идентификации аномалии з надугольних породах являются .•¡оличественные отклонения в параметрах волн от их фоновых значений (см. таблицу).

В результате последовательного восстановления параметров волнового поля, используемых при обработке шахтного сейсмического материала, выделяются зоны их резкого изменения (изменение значений с отрицательных на половштельные). По совпадению границ изменения акустических параметров проходящих волн выделяются границы аномальных зон.

Иформативные параметры выявления зон неустойчивой кровли пласта

Параметры волнового поля Уменьшение мощности непосредственной кровли Трещинова-тость пород непосредственной кровли Смена литотипа пород Наличие ложной кровли

Амплитуда Уменьшение ю-15 г Уменьшение 7-13 г Уменьшение го-зо г А1/А2 < 1

Скорость ММА Незначительно Уменьшение 5 У. Изменение 1-4 У. Уменьшение 10 У.

Частота. ММА Незначительно Уменьшение 5-14 У. Уменьшение . 15-20 У. Уменьшение 8 г

Ширина спектра Уменьшение 4-10 У. Увеличение 14 У. Уменьшение 8 У. Увеличение 10 У.

Заключительным этапом обработки является построение геологического разреза вдоль выемочного штрека.

Проверка разработанного метода выявления зон неустойчивой кровли пласта проводилась на шахтах Печорского и Донецкого угольных бассейнов. Результаты отработки выемочных учась.ов, по которым был дан прогноз наличия зон неустойчивой кровли, связанных с изменением мощности пород непосредственной кровли, повышенной трещиноватостью пород и сменой литотипа пород кровли, с использованием томографического восстановления в плоскости вые- мочного столба информативных параметров волнового поля, подтвердили хорошую сходимость прогнозных и фактических данных о местоположении аномальных зон.

Общее число наблюдений на исследуемых участках выемочных столбов составило 198 двенадцатиканальных записей. После отбраковки дефектных трасс к обработке было принято 2298 магнитограмм. При их обработке по указанной методике 1726 сейсмических лучей были идентифицированы как "аномальные", т.е. пересекающие, участки анома.1 ,ного строения пород кровли. Сопоставление результатов прогноза нарувениости строения пород кровли с данными, по-

лученными при отработке участка выемочного столба,показало, что 8У. сейсмических лучей были неверно интерпретированы. Таким образом, надеиность идентификации аномалий надугольных пород, связанных с зонами неустойчивой кровли пласта, составила 32'/. (среднеквадратичная погрешность около 152).

Внедрение на шахтах Печорского угольного бассейна "Методики выявления зон неустойчивой кровли угольного пласта с использованием шахтной сейсмической томографии" поз^'.д;:/:" получить экономический эффект в размере 825,5 тыс.руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение . актуальной задачи установления зависимостей характеристик волнового поля от параметров аномальных зон строения надугольных пород и разработки на этой основе методики выявления зон неустойчивой кровли пласта, позволяющей повысить эффективность и достоверность прогноза горно-геологических условий отработки угольных пластов тонких и средней мощности с аномальным строением надугольных пород.

Основные выводы и практические результаты заключаются в следующем:

1. На основе математического моделирования процесса распространения сейсмических волн в углепородном массиве с локальной зоной неустойчивой кровли пласта установлены зависимости изменения характеристик волнового поля от мощности пород непосредственной кровли, изменения Физико-механических свойств надугольных пород, смены литотипа пород кровли.

2. Установлено, что смена литотипа пород непосредственной кровли более крепкими породами основной кровли и наличие локной кровли угольного пласта приводят к возникновению дополнительного пакета колебаний в структуре сейсмограмм г-компонентн между 1-й группой воли, проведших по боковым породам, и 2-й группой, включающей поперечные волны по нианему слою кровли и пласту. Указанные сейсмограммы регистрируют сейсмоприемники, расположенные на вертикальной оси пласта по низнеыу слою кровли с возмонным отклонением от границы кровля - угольный пласт на четверть мощности пласта.

3. При прогнозе зон неустойчивой кровлиспласта, возникающих в результате наличия зон повышенной трещиноватости пород и смены

литотипа пород кровли, в качестве информативных параметров волнового поля следует использовать восстановленные в плоскости выемочного столба следующие параметры сейсмических волн - модуль максимума амплитуды (ММА), скорость ММА, частоту ММА, ширину спектра регистрируемого сигнала. Для зоны лоиной кровли информативным параметром является отношение амплитуд первого по времени вступления пакета колебаний и второго пакета поперечных волн, захватывающих угольный пласт и вмещающие породы: А1/А2<1.

4. Статистическим анализом шахтного сейсмического материала установлено, что зона'аномального строения пород кровли выделяется с достаточной степенью точности в том случае, если через нее проходит не менее вести сейсмических лучей. При восстановлении критериальных параметров волнового поля в плоскости выемочного столба минимально необходимое количество ячеек томографического восстановления при этом составляет 3.

5. Надеаность выявления аномальных зон строения кровли и их правильной идентификации с использованием установленных зависимостей и критериальных значений информативных параметров волн по результатам экспериментальных работ по сейсмопросвечиванив участков углепородного массива, включающих зоны неустойчивой ; кровли, потенциально склонные к вывалообразованию пород, соста- '; вила 92%.

8. Разработана "Методика выявления зон неустойчивой кровли угольного пласта с использованием шахтной сейсмической томографии", которая внедрена на вахтах Печорского угольного бассейна в 1953 г. Экономический эффект составил 825.5 тыс.руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. Определение типа и параметров геолргических нарушений угольных пластов с использованием вахтной сейскоразведки//Совер-■енствование технологии горных работ и прогнозирования условий залегания угля на вахтах Подмосковного бассейна:Сб. науч. тр. / ПНИУИ.-Тула.19ЙЗ.-с.75-80 (соавторы Н.Г.Тиркель, В.Н.Захаров).

2. Исследование влияния строения надугольных пород на характер распространения сейсмических волн в углепородном массиве /Ин-т горн. дела.-И.,1993,- Деп. в ЦНИЗИуголь 23.03.93. N 5421. 8 с. (соавтор А.„.Рубан).

3. К оценке наденности выявления зон неустойчивой кровли пласта методом сейсмопросвечивания /Ин-т горн.дела.- М., 1993.-Деп. в ЦНИЭИуголь 23.03.93. Н 5422. 10 с.(соавтор А.Б.Черняков).

4. Методика выявления зон неустойчивой кровли угольного пласта с использованием шахтной сейсмической томографии.-М.: Ин-т горн, дела им. А.А.Скочинского, 1993.-19с.

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ВШЫ1ЕНИЯ ЗОН НЕУСТОЙЧИВОЙ КРОВЛИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ШАХТНОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ

Автореферат диссертации на соискание ученой отепени кандидата технических наук

Редактор Л.П.Петрамович

Подписано к пачата 17,05.1933 г.

Формах 62,6хЯ4 1/16. Бум. множит.аппаратов

Печать офсетная

У«:,-изд.л, 1,0. "Тираж 100

.Мал. К Э970. Тип. вак. Щ

Институт горного дала им.А.А.Скочияского, 140004, г.Люберцы Моск.обл.

Типография: 140004, г.Люберцы Моск.обл.