Методика и технология 3D-3C сейсмических исследований геологического строения и мониторинга состояния устойчивости горного массива в процессе проходки транспортных тоннелей

Власов, Сергей Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Методика и технология 3D-3C сейсмических исследований геологического строения и мониторинга состояния устойчивости горного массива в процессе проходки транспортных тоннелей
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Методика и технология 3D-3C сейсмических исследований геологического строения и мониторинга состояния устойчивости горного массива в процессе проходки транспортных тоннелей"

На правах рукописи

ВЛАСОВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

МЕТОДИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЗО-ЗС СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ И МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНОГО МАССИВА В ПРОЦЕССЕ ПРОХОДКИ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ (В УСЛОВИЯХ Г. БОЛЬШОЙ СОЧИ)

Специальность 25.00.10 — "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург - 2012

005057195

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - Писецкий Владимир Борисович,

доктор геолого-минералогических наук, доцент, заслуженный геолог РФ

Официальные оппоненты: Щапов Владислав Анатольевич,

Защита диссертации состоится 15 ноября 2012 г. в 14:30 на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30 (III уч. корпус, ауд. 3326)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат разослан 11 октября 2012 г.

доктор геолого-минералогических наук, Институт геофизики УрО РАН, старший научный сотрудник лаборатории

геодинамики

Крылатков Сергей Михайлович,

кандидат геолого-минералогических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», профессор кафедры геофизики нефти и газа

Ведущая организация

Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург

Ученый секретарь диссертационного совета

Актуальность работы

В настоящее время строительство 16 транспортных тоннелей с общей протяженностью проходки более 16 км в границах г. Большой Сочи осуществляется в сжатые сроки и в максимально сложных условиях, обусловленных инженерно-геологическими условиями, тектонофизической обстановкой, гидрогеологическим режимом и плотной застройкой территории с преобладанием частного сектора.

В подобных условиях безопасность и эффективность строительства транспортной системы обеспечиваются на этапе инженерно-геологического сопровождения (горный мониторинг), целями проведения которого являются инженерно-геологический и гидрогеологический прогнозы условий проходки впереди тоннеля на дистанцию не менее 50 м в процессе строительства, оценка напряженно-деформированного состояния горного массива, определение воздействия подземного строительства на окружающие здания и сооружения. Очевидно, что решение подобных задач необходимо искать на основе применения геофизических методов, которые способны обеспечить дистанционное исследование структуры, свойств и состояния в рассматриваемой динамической системе "геологическая среда - тоннель".

Теория и практика применения поляризационных методов сейсмических исследований по схемам вертикального сейсмического профилирования в осадочных бассейнах (Гальперин Е.И., 1970; Вюгп Раи^зоп, 2000 и др.) определяют все необходимые методические и технологические решения, которые следует положить в основу системы регистрации и обработки сейсмических данных в подземной выработке. Практическая реализация этого подхода в условиях проходки транспортного тоннеля требует разработки ряда методических и технологических оригинальных элементов, совокупность которых способна привести к созданию эффективного способа получения и обработки информации для обеспечения безопасного строительства и эксплуатации подземного сооружения.

Цель исследований. Разработка методических и технологических элементов поляризационной системы сейсмических наблюдений по принципу радарного обзора как способа опережающей оценки устойчивости горного массива с целью обеспечения безопасности и эффективности строительства транспортных тоннелей.

Объект исследований - природная и техногенно измененная геологическая среда в условиях г. Большой Сочи.

Предмет исследований - структура и параметры состояния устойчивости горного массива в процессе строительства тоннеля и возможность оперативного упреждающего прогноза развития опасных инженерно-геологических и техногенных процессов. Задачи исследований:

• Анализ существующих методов дистанционного прогноза инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительства транспортных тоннелей с учетом конкретной технологии проходки.

• Разработка модели горного массива, целевые элементы структуры и свойства которой связаны явным образом с объектами риска и с особенностями распространения сейсмических волн.

• Анализ сейсмических волновых полей при различных интерференционных системах поляризационного приема упругих волн на груди забоя тоннеля и его стенках.

• Разработка оптимальной технологической схемы графа обработки азимутограмм с целью формирования сейсмического изображения горного массива в сигналах отраженных волн.

• Разработка оптимального алгоритма прогноза устойчивости массива по атрибутам сигналов отраженных волн на дистанцию не менее 50 м.

• Разработка непрерывной системы мониторинга состояния горного массива на основе ЗЭ-ЗС сейсмолокации, обеспечивающей безопасный и эффективный технологический режим проходки тоннеля.

состоянием и вновь образующихся в процессе проходки тоннеля) представляют собой основные объекты риска потери устойчивости горного массива при пересечении его подземной выработкой. Зоны дезинтеграции естественной и техногенной природы являются контрастными отражателями упругих волн, что определяет безальтернативный выбор сейсмических методов опережающего прогноза и оценки степени риска встречи выработки с опасным объектом. Методика исследований. Методологическую и технологическую основы работы составляют современные методы анализа волновых полей, методы математического и статистического анализа, вычислительные схемы и алгоритмы, методы системного программирования и современные средства регистрации сигналов сейсмических волн. Научная новизна:

1. Обоснована сейсмогеомеханическая модель горного массива в рамках природно-технической динамической системы применительно к инженерно-геологическим условиям строительства тоннелей в границах г. Большой Сочи, структура и параметры которой являются объективной основой для опережающего прогноза развития опасных ситуаций в процессе проходки тоннеля.

2. Разработана интерференционная система ЗЭ-ЗС регистрации сигналов отраженных волн с целью синтеза сейсмического изображения массива на дистанцию не менее 50 м от забоя тоннеля.

3. Исследован и сформирован оптимизированный граф обработки волнового поля, зарегистрированного ЗС системой сейсмического приема на вертикальной стенке забоя тоннеля.

4. Разработан оригинальный алгоритм оценки характеристической устойчивости горного массива по параметрам сейсмических волн.

5. Получены уникальные материалы наблюдений за распространением сейсмических волн внутри реальной геологической среды. Практическая значимость. Метод ЗБ-ЗС сейсмолокации в предложенном технологическом варианте может успешно применяться в процессах строительства и эксплуатации транспортных тоннелей и подземных выработок других типов (шахт, штолен и т.п.) в любых инженерно-геологических условиях.

Личный вклад соискателя. Все рассматриваемые автором положения диссертационной работы разработаны лично им и при непосредственном участии в создании и функционировании системы непрерывного мониторинга состояния устойчивости горного массива, в процессе строительства транспортных тоннелей в г. Большой Сочи.

Реализация на производстве. Разработки автора в полной мере использованы при создании системы непрерывного мониторинга условий проходки при строительстве транспортных тоннелей в г. Большой Сочи и обеспечивают снижение экономических и социальных рисков в сфере производственной деятельности.

Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты исследований автора докладывались на двух конференциях. По теме диссертации опубликовано шесть работ, из которых одна в списке рецензируемых журналов, включенных в перечень ВАК РФ. Исходные материалы. Все исходные материалы получены автором в штатном составе отдела инженерно-геологических изысканий ООО «СочиТрансТоннельПроект ТО-44» при непосредственном участии в производственных процессах инженерно-геологических изысканий, проектирования и строительства транспортных тоннелей в г. Большой Сочи. Защищаемые положения, выносимые на защиту

1. Сейсмогеомеханическая модель, сформированная в рамках природно-технической динамической системы применительно к инженерно-геологическим условиям строительства тоннелей в границах г. Большой Сочи, устанавливает связь кинематических и динамических параметров сейсмических волн с объектами и элементами тектонофизического состояния горного массива, что позволяет оценивать состояние его устойчивости и обеспечивает своевременный прогноз развития опасных ситуаций в процессе проходки тоннеля.

2. Методика и технология оперативного сопровождения строительства тоннеля основаны на принципиально новом подходе применения принципов ЗЭ-ЗС сейсмолокации и направлены на опережающий прогноз элементов геологического строения и оценку состояния устойчивости горного массива в процессе горно-технологических работ на дистанцию не менее 50 м от положения регистрирующей системы.

3. Результаты применения метода ЗБ-ЗС сейсмолокации в процессе строительства транспортных тоннелей в условиях г. Большой Сочи в полной мере свидетельствуют о возможности эффективного и достоверного опережающего прогноза устойчивости массива в дальней зоне подземной выработки.

В первой главе «Задачи изучения, оценки и прогноза изменения состояния устойчивости горного массива с целью предупреждении опасных явлений в процессе горно-технологнческих работ» анализируются возможности и недостатки различных геофизических технологий изучения ггруктуры и параметров устойчивости горного массива в условиях ггроительства и эксплуатации подземных горнотехнических сооружений. Формулируются проблемы и задачи, требующие решения в сложных условиях проектирования и строительства транспортных тоннелей в г. Большой Сочи.

Во второй главе «Сейсмогеомеханическая модель динамической :истемы "геологическая среда - тоннель"» рассмотрены геолого-•еофизические параметры массива горных пород района г. Большой Сочи, !ыделены основные факторы, влияющие на состояние его устойчивости в фоцессе горно-технологических работ и обсуждается принципиальная юзможность их оценки по атрибутам сейсмического волнового поля.

В третьей главе «Методика и технология ЗИ-ЗС сейсмолокации ггруктуры, свойств и состояния устойчивости горного массива в процессе фоходкн транспортного тоннеля» рассмотрены вопросы разработки штимизированной к конкретным условиям проходки тоннелей методики и ехнологии регистрации упругих волн на основе интерференционной системы юляризационного приема сейсмических колебаний на вертикальной стенке абоя подземной выработки. Сформирован граф обработки полного набора ¡екторных компонент поля сейсмических волн с целью синтеза сейсмического [зображения горного массива на дистанцию не менее 50 м от забоя на основе игналов отраженных волн.

В четвертой главе «Результаты применения методики ЗБ-ЗС ейсмолокацни в системе мониторинга состояния устойчивости горного 1ассива в процессе строительства транспортных тоннелей в г. Большой Гочн» приведена полная схема реализации технологии ЗО-ЗС сейсмолокации в производственном режиме. Обсуждаются результаты опережающего прогноза

характеристической устойчивости массива и приводятся выводы о степени верификации количественных оценок параметров устойчивости по фактическим данным проходки тоннелей.

В заключении сформулированы основные результаты выполненных исследований.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю диссертации доктору геолого-минералогических наук, зав. кафедрой геоинформатики, профессору Писецкому В.Б. за оказанную помощь в написании работы; сотрудникам кафедры геоинформатики и кафедры гидрогеологии и инженерной геологии ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» Абатуровой И.В. Емельяновой И.А., Самсонову В.И., Зудилину А.Э., всему коллективу отдела инженерно-геологических изысканий ООО «СочиТрансТоннельПроект ТО-44» за полезные консультации и помощь при постановке и проведении исследований, оформлении работы.

Особую благодарность автор выражает главному инженеру ОАО «Тоннельный отряд №44» Алексееву A.B. за содействие при апробации и внедрении в производство предлагаемой технологии; генеральному директору ООО «СочиТрансТоннельПроект ТО-44» Векслеру С.Е. за содействие в создании условий для проведения исследований.

Работа выполнена при поддержке ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы" по теме: "Мониторинг напряженно-деформированного состояния массива твердого полезного ископаемого, основанный на принципах сейсмической локации массива впереди забоя выработки", ГК от 17.10.11 г., № 07.514.11.4090.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПЕРВОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ В работе рассмотрена природно-техническая система (ПТС), образованная транспортным тоннелем и геологической средой (ПТС тоннеля). Введено понятие активной динамической системы, формирование которой начинается с момента внедрения тела тоннеля в массив и развивается в период его проходки и строительства. Структуру ПТС тоннеля предлагается представлять в виде системы из нескольких иерархических уровней, главными элементами которой

являются «область взаимодействия» (ОВ) и «сооружение» (рис. 1). В соответствии со структурой определена основная логика оценки инженерно -геологических условий (ИГУ) в полосе строительства тоннеля и схема прогноза устойчивости горного массива, основанные на сопоставлении фоновых ИГУ и измененные вследствие техногенного воздействия.

По результатам обобщения результатов исследований на рассматриваемой территории сформированы основные ИГУ:

1. Трасса тоннелей проложена в пределах терригенного разреза, представленного палеогеновыми породами Хостинской, Сочинской свит и отложениями зоны Воронцовского надвига, литологически представленных однообразно: слабо литифицированными глинистыми карбонатизированными аргиллитами темно-серого, голубовато-серого и зеленовато-серого цветов плитчатой средне- и тонкослоистой текстуры, пылеватой структуры, с прослоями алевролитов и песчаников.

2. Описываемая территория характеризуется сильноразвитой системой тектонических нарушений субширотного и субмеридионального простирания. Выделяемые геодинамические блоки имеют усредненный размер 200x200 м.

3. Все тоннели сооружаются под углом 70-80° по отношению к простиранию пород, и в целом проходка горных выработок осуществляется в условиях субгоризонтальных залеганий. Исключение составляет комплекс тоннелей №№8-8а, где более половины проходки осуществляется в условиях субвертикальных залеганий пород.

4. Прочностные характеристики пород преимущественно соответствуют градациям пониженной и малой прочности. Установлено, что из-за большого содержания гидрослюд в составе коренные породы размягчаемы.

5. По степени трещиноватости преобладают слаботрещиноватые и трещиноватые породы (модуль трещиноватости Мх=11-15 тр/м), с редкими зонами сильнотрещиноватых (Мт 25 - 60 тр/м) и раздробленными (Мт >60 тр/м) породами.

6. Установлено, что значимые водопритоки в выработку могут быть приурочены только к участкам дезинтеграции массива - границам геодинамических блоков.

Таким образом, при относительно однородных и благоприятных условиях проходки, в рамках базовой модели строения, основные зоны риска потери

устойчивости массивом приурочены к бортам геодинамических блоков — участкам дезинтеграции, где наблюдается максимальная трещиноватость и вероятны значительные водопритоки.

С учетом приведенных выше обобщений предложено оценивать устойчивость массива по методике ВСН126-90 («Крепление выработок набрызг-бетоном и анкерами при строительстве транспортных тоннелей и метрополитенов нормы проектирования и производства работ», Минтрансстрой, 1990) на основе интегральной характеристики массива -характеристической прочности:

5=1.07 Я«*, ¿2*3*4*5*6*7 , (1)

где 1.07 - нормирующий множитель, Rк\... *7 - нормированные таксономические единицы (ТЕ) ГТТС тоннеля (см. рис. 1).

Выделены основные критерии оценки критического уровня упруго-пластичного состояния устойчивости массива: дискретность, градиенты компонент НДС и коэффициент Пуассона в масштабном представлении. На основе численного моделирования НДС показано, что характерное распределение компонент горизонтальных напряжений вблизи вертикальных зон дезинтеграции массива приводит к появлению резких вертикальных сейсмических границ с контрастным изменением упругих модулей по обе стороны от них. Этот элемент структуры субгоризонтальной слоистой толщи является ключевым в понимании развития опасных явлений при приближении забоя тоннеля к такой зоне, что и определило суть разработки системы регистрации сигналов отраженных волн.

Особенности процессов распространения упругих волн в неоднородно-напряженных средах обсуждались в ряде фундаментальных и прикладных наук о твердой земле: механика упругих сред (Biot М.А., Schoenberg М., Козлов Е.А., Nur А. и др.); сейсмология (Введенская А. В., и др.); региональная сейсморазведка (Crampin S. и др.) и т.п. Впервые фундаментальное волновое уравнение с начальными напряжениями опубликовано в работах М.А. Biot, из которого следует, что в активной системе "геологическая среда - тоннель" сейсмические границы первого рода формируются мгновенной геодинамической моделью среды, которая состоит из двух основных компонент - статической, обусловленной материалом среды, и динамической, созданной добавочными эффективными напряжениями тектонофизической природы.

Рис. 1. Структура ПТС тоннеля

Таксономические единицы: 1 - прочность грунтов «в куске»; 2 - ориентация выработки по отношению к наиболее опасной системе трещин; 3 - расчлененность массива трещинами; 4 — интенсивность трещиноватости; 5 - сопротивление смещениям отдельностей по трещинам; б - ширина раскрытия трещин; 7 - характеристика заполнителя трещин

Рис. 2. Схема обзора массива в вертикальной проекции

Рис. 3. Схема обзора массива горизонтальной проекции

Ввод исходных азимутограмм в систему обработки

Присвоение трехкомпонентной геометрии

Коррекция амплитуд, отбраковка данных

Определение характеристик массива на забое

Селекция монотипных волн, пикировка

Оценка скоростей распространения сейсмических волн

Оценка параметров затл-хания

Построение индикатрис скоростей, оценка анизотропии

Оценка параметров трещиноватосш на забое выработки

Оценка параметров зондирующего импульса

Форма Длина Спектральные

импульса волны характеристики

Выбор параметров согласованной фильтрации

Коррекция амплитуд. Согласованная фильтрация.

30 миграция до суммирования по следящей компоненте с учетом угла подхода

волны

Интерпретация и анализ ЗИ куба сейсмических данных

Рис. 4. Типовой граф обработки наблюдений на забое горной выработки технологии Зй-ЗС сейсмической локации

Рис. 5. Результаты применения методики в условиях априорно известных ИГУ

ГШ1

Зонки

рассланцевония

^ Пр0(ч01пру»мыв унасгкм оСиагмвчии ыассмиа ^ Прогнозируемые учаегюл пооышашсм восоо'дачн ^ Прогхолируямы* участии повышенного уялшш я ни п

Прогноз устойчивости массива

(по штате Булычева)

тектонический контакт моноклинально залегающих пород с локальной складчатостью

ПК 0*7 101111

5уст(геол.)=0,03 МПа, 5уст(геоф)=0,03 МПа Я„„(геол.)=3,3-5,4 МПа, Я„,(геоф.)=2,9-4,2 МПа

Рис. 6. Пример картирования зоны полной дезинтеграции массива

Рис. 7. Пример применения методики в условиях субвертикальных залеганий

Ясж поданным измерений склерометром, МПа

Рис. 8. Верификация расчета Дсж по данным ЗО-ЗС сейсмолокации

ВТОРОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ.

Поляризационные схемы наблюдений получили широкое распространение, и основные методические приемы и технологии достаточно давно обоснованы (Гальперин, Мирзоян, РаиЬэоп и др.), однако применение подобных схем наблюдений в процессе горно-технологических работ в производственном режиме осуществляется впервые. Основными отличиями при работе в горной выработке являются:

• размещение всей системы наблюдений на вертикальной стенке забоя выработки с ограниченной базой регистрации волнового поля;

• рабочий диапазон частот сейсмических сигналов ближе к акустическому, чем к сейсмическому (100-1 ООО Гц);

• сжатые сроки выполнения процесса регистрации на забое и короткий период на обработку и интерпретацию материалов.

Суть предлагаемой технологии заключается в том, что, принимая начало координат в центре забоя, представляется возможным осуществить миграцию волнового поля для организованной совокупности азимутограмм в различных вариантах "источник - приемник" в один общий расширяющийся конус обзора по типу авиационного радара.

Полевые наблюдения

В работе сформированы принципы проведения поляризационных наблюдений на вертикальных стенках горной выработки, учитывающие ограничения и специфику работ, а также конкретные местные условия. Разработаны оптимальные системы полевых наблюдений при использовании импульсных и вибрационных типов источников возбуждения сейсмического сигнала. Рассмотрены вопросы крепления датчиков на вертикальных стенках, выбора параметров системы возбуждения импульсного типа.

Технически поляризационные наблюдения осуществляются путем регистрации по нескольким линиям наблюдений трехкомпонентными геофонами и одной или несколькими линиями возбуждений.

Система непрерывного мониторинга основана на последовательных циклах локации каждые 20-30 м проходки, что обеспечивает 50 % перекрытие конусов обзора. Конус обзора, с учетом параметров анизотропии массива, имеет максимальную кратность точек отражения в кровле на расстоянии от 5.2 до 8 м, а в стенках - от 5.2 до 16 м от забоя (рис. 2, 3).

Обработка данных

Специфика в обработке сейсмических данных, полученных с использованием поляризационных схем наблюдений, по сравнению с однокомпонентными записями, заключается в применении двух типов различных векторных и скалярных преобразований волнового поля. Соответственно, одним из основных условий оперирования многокомпонентными данными становится тщательное сохранение амплитудных соотношений между компонентами.

В работе рассмотрен и предложен типизированный граф обработки сейсмических данных (рис. 4) полученных по методике ЗБ-ЗС сейсмической локации, состоящий из стандартных процедур цифровой обработки. Ключевой процедурой в предложенной системе обработки является ЗО миграция Кирхгофа до суммирования на основе волнового продолжения по следящей компоненте с учетом угла подхода волны (ЗС-РБОМ). Особенностью локации массива по направлению "вперед" забоя является отсутствие данных о скоростях распространения упругих волн, т.е. процедура миграционного преобразования реализуется по значению скорости, найденной на забое тоннеля.

Окончательным результатом преобразования всех азимутограмм становится ЗО изображение сигналов отраженных волн, пришедших с различных направлений в контур установленных пространственных границ.

Обработка результатов наблюдений вибрационных воздействий

Основным отличием обработки результатов наблюдений вибрационных воздействий является необходимость трансформации виброграммы от неуправляемого кодоимпульсного источника (ротор проходческой машины или гидромолот) в импульсный формат. В работе рассмотрено несколько вариантов трансформации в зависимости от параметров вибрационного источника.

Интерпретация и анализ результатов обработки лежат в русле стандартных процедур для перевода сейсмических изображений в сигналах отраженных волн в параметрические массивы данных о свойствах и состоянии горного массива:

1. Прослеживание основных отражающих горизонтов в трехмерном пространстве, с определением их геометрии и параметров.

2. Атрибутный анализ волнового поля.

3. Сейсмическая инверсия.

На первом этапе производится пикирование ЗБ отражателей, оцениваются их геометрия и атрибуты сигнала. Характерные образы сейсмических сигналов, соответствующие ряду отражающих объектов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сейсмические образы сигналов отраженных волн

Инженерно-геологические условия Сигнал отраженной волны, полученный по результатам обработки материалов поляризационных наблюдений Характеристики импульса

Повышение трещиноватости (без флюидонасыщения) ш Х<А>тр>1;Лр>0

Повышение трещиноватости (флюидонасыщение) •ЙУМс- х<Л»гр>1;Лср<о

Одиночные, протяженные трещины «ш: Х<Дотр~0-75-1; лР«о

Интервал полной дезинтеграции массива + Х<Л,тр<0.5; Аср«0

[мтгп-

Тонкий пласт шу: ХоДотр-1; Аср~0

Примечание. ^оЛотр ~ отношение длины волны зондирующего импульса к длине волны отраженного сигнала; Ас? - среднее значение амплитуды в окне.

Атрибутный анализ - стандартный метод изучения геологического строения массива по сейсмическим данным. Для выделения оптимального информативного набора сейсмических параметров были проведены детальные исследования с привлечением материалов ультразвуковых опробований, лабораторных и полевых исследований свойств пород. В качестве основных, используются атрибуты Гилберт-преобразования и атрибуты декомпозиции сигнала. В работе установлены соответствующие эмпирические связи между вышеназванными параметрами и основными ТЕ ПТС тоннеля.

Сейсмическая инверсия

Для осуществления инверсии выбрано абсолютное обращение, так как исходные данные удовлетворяют приближению Шуи (1985). Осуществляя абсолютное обращение, проводят расчет комплексного сопротивления среды

распространению сейсмической волны (акустический импеданс), которое является содержательной характеристикой породного массива. Нормировка получаемого параметра может осуществляться на конкретные величины прочностных и деформационных свойств пород, если выбранные параметры являются основополагающими свойствами среды с точки зрения импеданса. Наиболее корректным параметром нормировки будет являться модуль всестороннего сжатия, однако его определение на забое невозможно. С другой стороны, при оценке прочностных характеристик массива и параметров устойчивости ОВ ПТС тоннеля используются предел прочности на одноосное сжатие (R„*) и характеристическая прочность S, учитывающие масштабный эффект в полной мере. Поэтому оптимальным будет представление данных в виде двух функций распределения:

F(RaK)~f(AJ), и F(S)~f(AI), где AI - акустический импеданс ТРЕТЬЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ Пример применения методики в условиях априорно известных параметров устойчивости массива

При проходке технологической штольни тоннеля №8 в связи с крайне неблагоприятными ИГУ проводились мероприятия по укреплению массива армированием фиберпластиковой арматурой (длиной до 15 м) с нагнетанием бетонной смеси по горизонтальным скважинам.

Сейсмическая локация выполнена после проведения мероприятий по укреплению массива с целью оценки параметров устойчивости впереди забоя. По результатам обработки построен куб распределения акустического импеданса, приведенного к R^, и далее трансформирован в характеристическую прочность. По результатам обработки отмечаются высокие значения импедансов (более 7000) в интервале 0 - 15 м от забоя, а также повышение параметров расчетной устойчивости на этом интервале, что связано с укреплением массива фиберпластиковой арматурой. По параметру водообильности за экраном обнаруживается участок повышенных значений (рис. 5), который был проинтерпретирован как скопления грунтовых вод, вследствие тампонирования бетоном естественного дренажа, что подтвердилось при проведении следующего цикла мероприятий по укреплению массива.

Приведенный пример иллюстрирует возможность точного отображения структуры массива в сейсмических атрибутах сигналов отраженных волн,-

полученных по обсуждаемой технологии ЗР-ЗС сейсмической локации, а результат прогноза параметров устойчивости массива по сейсмическим данным соответствуют фактическому состоянию массива после его закрепления.

Пример картирования участка полной дезинтеграции массива

При проходке тоннеля №3, в интервале ПК73+42 - ПК73+39, была вскрыта зона тектонического нарушения (ЗТН), представленная сильнотрещиноватыми до раздробленных аргиллитами, местами перетёртыми до глин. Во время бурения горизонтальной скважины, на интервале ЗТН, был зафиксирован спонтанный выброс воды, сопровождающийся местными вывалами горных пород.

Результаты обработки приведены на рис. 6 в виде развертки сечений куба данных, соответствующих левой стенке-кровле-правой стенке калотгы и отдельных сечений для кровли калотты. На представленных изображениях достаточно четко выделяется упомянутая выше ЗТН.

Оценка состояния массива в условиях субвертикальной слоистости

Применение методики ЗБ-ЗС сейсмолокации в условиях субвертикальных залеганий весьма затруднено, в связи с образованием сложной интерференционной волновой картины. Тем не менее технология поляризационных наблюдений показала себя как надежный инструмент изучения структуры, свойств и состояния массива.

В связи с использованием на комплексе тоннелей №№8-8а гидромолота полевые наблюдения выполнялись по методике наблюдений и обработки ЗБ-ЗС сейсмической локации с использованием вибрационных источников.

По результатам выполненных работ получен стандартный 30 куб сейсмических данных, построен набор интерпретационных характеристик для срезов на уровне левой стороны-кровли-правой стороны выработки (рис. 7) и составлено итоговое'заключение.

В интервале ПК 146+04-ПК146+08 прогнозируется участок с протяженными мощными трещинами по напластованию и повышенной водоотдачей массива. В интервалах ПК 146+13-ПК146+20 и далее ПК 146+25 прогнозируются зоны нарушений в виде отдельных пластов нарушенной породы.

В процессе проходки прогноз условий по материалам ЗО-ЗС сейсмолокации был полностью подтвержден.

Оценка эффективности и достоверности качества прогноза по предлагаемой технологии

На основе полученных материалов произведен статистический анализ на предмет соответствия результатов применения методики ЗО-ЗС сейсмической локации реальным ИГУ, по результатам которой вероятность (/?) достоверного прогноза на обнаружение и идентификацию объекта риска оценивается как /»>0.72 при подтверждении наличия объектов, вызывающих значимое изменение параметров сейсмического сигнала в более чем 90 % случаев.

Принятая система оценок прочностных характеристик и параметров устойчивости массива показала высокую сходимость с результатами геологического описания забоя выработки, о чем свидетельствует матрица сопоставления результатов определения /?сж по данным опробования забоя молотком Шмидта и прогноза Ясх по предложенной в настоящей работе методике (рис. 8).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации содержится решение задачи по разработке методики и технологии ЗБ-ЗС сейсмических исследований геологического строения и мониторинга состояния устойчивости горного массива в процессе проходки транспортных тоннелей, что является принципиально новым направлением в практических геолого-геофизических исследованиях, сопровождающих строительство подземных сооружений (тоннелей, штолен, штреков и т.п.).

Основные научные и практические результаты работы, полученные автором, заключаются в следующем:

1. Рассмотрены основные элементы структуры, свойства и параметры устойчивости (стационарности) горного массива в динамической системе, которая формируется в реальных геологических средах в процессах проходки транспортных тоннелей. Проведено обобщение множества материалов, характеризующих свойства и состояние пород сочинской свиты.

2. Разработана сейсмогеомеханическая модель горного массива в рамках ПТС тоннеля применительно к ИГУ строительства тоннелей в границах г. Б. Сочи, структура и параметры которой являются объективной основой для опережающего прогноза развития опасных ситуаций в процессе проходки тоннеля.

3. На основе поляризационных схем регистрации отраженных волн в

заданном направлении обзора разработана методика и регламентная технология применения системы 3D-3C сейсмической локации.

4. Исследован и оптимизирован технологичный граф цифровой обработки материалов поляризационных наблюдений с использованием источников упругих волн импульсного и кодоимпульсного типов.

5. Изучены реальные параметры состояния устойчивости динамической системы "тоннель - массив" и особенности распространения сейсмических волн, непосредственно связанных с этими параметрами, что позволило сконструировать систему интерпретации сейсмических данных, целенаправленную на оперативный и своевременный прогноз риска развития аварийных ситуаций.

6. Получены уникальные сейсмические материалы высокого качества, представляющие научный и практический интерес по проблеме изучения особенностей распространения сейсмических волн в слоистых средах с известными инженерно-геологическими и геодинамическими параметрами.

7. Предложенные метод и технология 3D-3C сейсмической локации в полной мере, от полевых работ до разработки заключений по итогам интерпретации, внедрены и успешно используются в производственном режиме при строительстве 13 тоннелей, общей протяженностью более 16 км.

8. Произведена оценка эффективности применения методики для прогнозирования инженерно-геологических условий и параметров устойчивости массива по линии проходки тоннеля на дистанцию не менее 50 м с достоверностью более 70 %.

Публикации по теме диссертации:

1. Опережающий прогноз устойчивости горного массива на основе метода 3D - ЗС сейсмолокации в процессе проходки транспортных тоннелей в г. Сочи / В.Б. Писецкий, C.B. Власов, А.Э. Зудилин, В.И. Самсонов,

' В.А. Шинкарюк // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. -Екатеринбург. - 2012. - №3. Работы опубликованные в других изданиях

2. Писецкий В.Б., Власов C.B., Шинкарюк В. А. Сейсмический и геомеханический мониторинга строительства транспортных тоннелей в г. Сочи // Материалы X Уральской горнопромышленной декады. -Екатеринбург: УГТУ, 2012.

3. Писецкий В.Б., Власов C.B., Зудилин А.Э. Опыт применения поляризационных систем сейсмических наблюдений с целью прогноза объектов риска в процессе строительства тоннелей // Материалы научно-практической конференции «Инженерная геофизика-2011 », г. Геленджик, 25-29 апреля 2011 г. - М., 2011.

4. Прогноз параметров современных геодинамических и флюидодинамических процессов по сейсмическим данным в различных направлениях решения поисково-разведочных и инженерных задач / В.Б. Писецкий, C.B. Власов, В.А. Шинкарюк, Ю.В. Патрушев // Геофизика XXI века: Материалы II Международного симпозиума, посвященного 60-летию образования геофизического факультета Уральского государственного горного университета. - Екатеринбург, 2011.

5. 3D-3C сейсмическая технология (поляризационный сейсморадар) обнаружения зон развития опасных геодинамических процессов на стадиях проектирования и строительства горнотехнических сооружений / В.Б. Писецкий, C.B. Власов, А.Э. Зудилин, В.И. Самсонов, Ю.В. Патрушев, В.А. Шинкарюк // Материалы XV научно-практической конференции «Пути реализации нефтегазового и рудного потенциала Ханты-Мансийского автономного округа - Югры», г. Ханты-Мансийск, 14 - 18 ноября 2011 г. - Екатеринбург, 2011.

6. Оценка флюидодинамических параметров в активной системе «осадочный чехол - фундамент» по сейсмическим данным с применением поляризационных схем в скважинах и тоннелях / В.Б.Писецкий, А.Э.Зудилин, C.B. Власов, Ю.В. Патрушев // Материалы конференции: Гальперинские чтения. - М., 2010.

Патентные документы

7. Заявка на патент №2011112877. Способ мониторинга напряженно-деформированного состояния горного массива. ФИПС. 2011. —7 с.

8. Заявка на патент №2012134020. Система непрерывного мониторинга напряженно-деформированного состояния массива твердого полезного ископаемого. - ФИПС. - 2012. - 18 с.

Подписано в печать 05.10.2012 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 1р0. Заказ М . Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники. Изд-ва ФГБОУ ВПО "Уральский государственный горный университет" 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Власов, Сергей Викторович

Введение.

ГЛАВА 1. Задачи изучения, оценки и прогноза изменения состояния устойчивости горного массива с целью предупреждения опасных явлений в процессе горно-технологических работ.

1.1 Характеристика методов применяемых в настоящее время для оценки состояния массива в процессе горно-технологических работ.

1.2 Основные требования к технологии мониторинга параметров горного массива дистанционными методами в процессе проходки транспортных тоннелей (в условиях г. Большой Сочи).

1.3 Выводы и постановка задач.

ГЛАВА 2. Сейсмо-геомеханическая модель динамической системы "геологическая среда - тоннель".

2.1 Структура и функциональные элементы модели ПТС тоннеля.

2.1.1 Элементы системы.

2.1.2 Условия функционирования и компоненты области взаимодействия природно-технической системы.

2.1.3 Таксономические единицы области взаимодействия и модель устойчивости массива.

2.2 Геомеханическая модель горного массива в процессе проходки тоннеля.

2.3 Особенности распространения упругих волн в динамической системе "геологическая среда -тоннель".

2.4 Выводы по главе.

ГЛАВА 3. Методика и технология ЗБ-ЗС сейсмолокации структуры, свойств и состояния устойчивости горного массива в процессе проходки транспортного тоннеля.'.

3.1 Методика полевых наблюдений.

3.1.1 Регистрирующая система.

3.1.2 Установка датчиков.

3.1.3 Параметры ударного источника колебаний.

3.1.4 Система наблюдений при возбуждении колебаний ударным источником.

3.1.5 Система наблюдений при регистрации колебаний от вибрационных источников (комбайн, гидромолот).

3.1.6 Система непрерывного мониторинга поляризационными наблюдениями на забое выработки.

3.1.7 Контроль качества материалов.

3.2 Обработка результатов полевых наблюдений.

3.2.1 Граф обработки.

3.2.2 Обработка результатов наблюдений вибрационных воздействий.

3.2.3 Контроль качества результатов обработки.

3.3 Интерпретация и анализ результатов обработки.

3.3.1 Пикировка, оценка формы импульса отраженной волны.

3.3.2 Атрибутный анализ.

3.3.3 Сейсмическая инверсия.

3.4 Выводы по главе.

ГЛАВА 4. Результаты применения методики ЗБ-ЗС сейсмолокации в системе мониторинга состояния устойчивости горного массива в процессе строительства транспортных тоннелей в г. Большой Сочи.

4.1 Пример применения методики в условиях априорно известных параметров устойчивости массива.

4.2 Пример картирования участка полной дезинтеграции массива по данным поляризационных наблюдений.

4.3 Пример выделения зоны интенсивной секущей трещиноватости с отдельными протяженными, приоткрытыми трещинами. Ю

4.4 Оценка состояния массива в условиях субвертикальных залеганий.

4.5 Оценка эффективности и достоверности качества прогноза по предлагаемой технологии.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методика и технология 3D-3C сейсмических исследований геологического строения и мониторинга состояния устойчивости горного массива в процессе проходки транспортных тоннелей"

Актуальность работы

Производство горно-технологических работ является сложным процессом, неизбежно связанным с рисками неблагоприятного или опасного развития инженерно-геологических процессов во время строительства и эксплуатации транспортных тоннелей. Согласно принятым в Российской Федерации руководящим документам, инженерно-геологические изыскания под строительство подземных сооружений различного типа проводятся в несколько этапов, на каждом из которых должны решаться определенные федеральными и ведомственными регламентами задачи. В конечном счете, перед производством проходческих работ должны быть получены детальные инженерно-геологические разрезы с оценками прочности и риска потери устойчивости горного массива. Однако, как показывает практика, получение таких оценок с требуемой детальностью сопряжено с рядом объективных проблем, особенно в случае строительства подземных сооружений в пределах городской застройки.

В настоящее время строительство 16-и транспортных тоннелей с общей протяженностью проходки более 16 км в границах г. Большой Сочи осуществляется в сжатые сроки (начало строительства 2010 г., завершение - к 2014 г.) и в максимально сложных условиях, к которым относятся:

• инженерно-геологические условия (неритмичное чередование тонкослоистых разностей, низкие прочностные характеристики, значительная скорость выветривания и др.); в тектонофизическая обстановка (расчлененный рельеф, развитая система дизъюнктивных и пликативных нарушений, 8-9-ти бальная сейсмичность);

• гидрогеологический режим (грунтовые воды имеют локальное распространение и носят спорадический характер с плохо изученной структурой водонасыщенности горного массива); плотная застройка территории с преобладанием частного сектора (непреодолимые ограничения в доступности изучаемой трассы тоннеля) и высокая степень техногенной нарушенности (подрезка склонов и т.п.).

Совокупность названных условий существенно ограничивает детальность и качество инженерно-геологического обеспечения всех видов работ, как на стадиях инженерных изысканий, так и во время строительства всей, предусмотренной графиком создания к 0лимпиаде-2014 новой транспортной инфраструктуры. Соответственно, основная нагрузка на обеспечение безопасности и эффективности создаваемой транспортной системы перенесена на активное инженерно-геологическое сопровождение процессов ее строительства (горный мониторинг) и, в особенности, на строительство сооружений особого уровня ответственности - тоннелей.

Целями проведения горного мониторинга в данной обстановке являются: инженерно-геологический и гидрогеологический прогнозы впереди тоннеля на дистанцию не менее 50-ти метров в процессе строительства и последующей эксплуатации тоннелей, оценка напряженно-деформированного состояния горного массива, определение воздействия подземного строительства на окружающие здания и сооружения. Очевидно, что решение подобных задач необходимо искать на основе эффективного применения геофизических методов, которые способны обеспечить дистанционное исследование структуры, свойств и состояния в рассматриваемой динамической системе "геологическая среда-тоннель", что далее определяется понятием "горный массив".

Анализ известных геофизических технологий и результаты их апробации в начальный период строительства тоннелей в г.Б.Сочи свидетельствуют о необходимости выбора (практически безальтернативного) сейсмического метода, основанного на поляризационном принципе регистрации отраженных волн. Теория и практика успешного применения поляризационных методов сейсмических исследований по схемам вертикального сейсмического профилирования в осадочных бассейнах

Гальперин Е.И., 1970, Вюгп Раи^оп, 2000 и мн. др.), по существу, определяют все необходимые методические и технологические решения, которые необходимо положить в основу системы регистрации и обработки сейсмических данных в подземной выработке. Практическая реализация этого подхода в условиях проходки транспортного тоннеля требует разработки ряда методических и технологических оригинальных элементов, совокупность которых способна привести к созданию эффективного способа обеспечения безопасности строительства и эксплуатации подземного сооружения.

Цель исследований. Разработка методических и технологических элементов поляризационной системы сейсмических наблюдений по принципу радарного обзора, как способа опережающей оценки устойчивости горного массива с целью обеспечения безопасности и эффективности строительства транспортных тоннелей.

Объект исследований - природная и техногенно измененная геологическая среда в условиях г. Большой Сочи.

Предмет исследований - структура и параметры состояния устойчивости горного массива в процессе строительства тоннеля и возможность оперативного упреждающего прогноза развития опасных техногенных процессов на его забое и на дневной поверхности в зоне городской застройки. Задачи исследований:

1. Анализ существующих методов дистанционного прогноза инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительства транспортный тоннелей с учетом конкретной технологии проходки;

2. Разработка модели горного массива, целевые элементы структуры и свойства которой связаны явным образом с объектами риска и с особенностями распространения сейсмических волн;

3. Анализ сейсмических волновых полей при различных интерференционных системах поляризационного приема упругих волн на груди забоя тоннеля и его стенках;

4. Разработка оптимальной технологической схемы графа обработки азимутограмм с целью формирования сейсмического изображения горного массива в сигналах отраженных волн;

5. Разработка оптимального алгоритма прогноза устойчивости массива по атрибутам сигналов отраженных волн на дистанцию не менее 50 метров;

6. Разработка непрерывной системы мониторинга состояния горного массива на основе ЗБ-ЗС сейсмолокации, обеспечивающей безопасный и эффективный технологический режим проходки тоннеля.

Идея работы. Прочность массива горных пород в динамической системе тоннель - массив определяется вполне закономерным процессом эволюции напряженно-деформированного состояния слоистой геологической среды с блоковой структурой и зоны дезинтеграции массива на границах блоков (ранее сформированных современным геодинамическим состоянием и вновь образующихся в процессе проходки тоннеля) представляют собой основные объекты риска потери устойчивости горного массива при пересечении его подземной выработкой. Зоны дезинтеграции естественной и техногенной природы являются контрастными отражателями упругих волн, что определяет безальтернативный выбор сейсмических методов опережающего прогноза и оценки степени риска встречи выработки с опасным объектом. Методика исследований. Методологическую и технологическую основы работы составляют современные методы анализа волновых полей, методы математического и статистического анализов, вычислительные схемы и алгоритмы, методы системного программирования и современные средства регистрации сигналов сейсмических волн. Научная новизна:

1. Обоснована сейсмо-геомеханическая модель горного массива в рамках природно-технической динамической системы, применительно к инженерно-геологическим условиям строительства тоннелей в границах г. Большой Сочи, структура и параметры, которой являются объективной основой для опережающего прогноза развития опасных ситуаций в процессе проходки тоннеля.

2. Разработана интерференционная система ЗБ-ЗС регистрации сигналов отраженных волн с целью синтеза сейсмического изображения массива на дистанцию не менее 50-ти метров от забоя тоннеля.

5. Получены уникальные материалы наблюдений распространения сейсмической волны внутри реальной геологической среды. Практическая значимость. Метод ЗБ-ЗС сейсмолокации, в предложенном технологическом варианте, может успешно применяться в процессах строительства и эксплуатации транспортных тоннелей и подземных выработок других типов (шахт, штолен и т.п.) в любых инженерно-геологических условиях.

Личный вклад соискателя. Все рассматриваемые автором положения диссертационной работы разработаны лично им и при непосредственном участии в создании и функционировании системы мониторинга состояния устойчивости горного массива в процессе строительства транспортных тоннелей в г Большой Сочи.

Реализация на производстве. Разработки автора в полной мере использованы при создании системы мониторинга строительства транспортных тоннелей в г. Большой Сочи и обеспечивают снижение экономических и социальных рисков в производственной деятельности. Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты исследований автора докладывались на двух конференциях. По теме диссертации, опубликовано шесть работ, из которых одна в перечне рецензируемых журналов, включенных в перечень ВАК РФ.

Исходные материалы. Все исходные материалы получены автором в штатном составе отдела инженерно-геологических изысканий ООО «СочиТрансТоннельПроект ТО-44» при непосредственном участие в производственных процессах инженерно-геологических изысканий, проектирования и строительства транспортных тоннелей в г.Болыиой Сочи. Защищаемые положения, выносимые на защиту:

2. Методика и технология оперативного сопровождения строительства тоннеля основаны на принципиально новом подходе применения принципов ЗБ-ЗС сейсмолокации и направлены на опережающий прогноз элементов геологического строения и оценку состояния устойчивости горного массива в процессе горно-технологических работ на дистанцию не менее 50 м от положения регистрирующей системы.

В первой главе «Задачи изучения, оценки н прогноза изменения состояния устойчивости горного массива с целью предупреждения опасных явлений в процессе горно-технологических работ» анализируются возможности и недостатки различных геофизических технологий изучения структуры и параметров устойчивости горного массива в условиях строительства и эксплуатации подземных горнотехнических сооружений. Формулируются проблемы и задачи, требующие решения в сложных условиях проектирования и строительства транспортных тоннелей в г. Большой Сочи.

Во второй главе «Сейсмо-геомеханическая модель динамической системы "геологическая среда - тоннель"», рассмотрены геолого-геофизические параметры массива горных пород района г. Большой Сочи, выделены основные факторы, влияющие на состояние его устойчивости в процессе горно-технологических работ, и обсуждается принципиальная возможность их оценки по атрибутам сейсмического волнового поля. В третьей главе «Методика и технология ЗБ-ЗС сейсмолокацип структуры, свойств и состояния устойчивости горного массива в процессе проходки транспортного тоннеля» рассмотрены вопросы разработки, оптимальной и оптимизированной к конкретным условиям проходки тоннелей, методики и технологии регистрации упругих волн на основе интерференционной системы поляризационного приема сейсмических колебаний на вертикальной стенке забоя подземной выработки. Сформирован граф обработки полного набора векторных компонент поля сейсмических волн сигналов отраженных волн с целью синтеза сейсмического изображения горного массива на дистанцию не менее 50-и метров от забоя.

В четвертой главе «Результаты применения методики ЗБ-ЗС сейсмолокацип в системе мониторинга состояния устойчивости горного массива в процессе строительства транспортных тоннелей в г. Большой Сочи» приведена полная схема реализации технологии ЗБ-ЗС сейсмолокации в производственном режиме. Обсуждаются результаты опережающего прогноза характеристической устойчивости массива и приводятся выводы о степени верификации количественных оценок параметров устойчивости по фактическим данным проходки тоннелей.

В Заключении сформулированы основные результаты выполненных исследований.

Благодарности Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю диссертации доктору геолого-минералогических наук, зав. кафедрой геоинформатики, профессору Писецкому В.Б. за оказанную помощь в написании работы; сотрудникам кафедры геоинформатики и кафедры гидрогеологии и инженерной геологии ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» Абатуровой И.В. Емельяновой И.А., Самсонову В.И., Зудилину А.Э., всему коллективу отдела инженерно-геологических изысканий ООО «СочиТрансТоннельПроект ТО-44» за полезные консультации и помощь при постановке и проведении исследований, оформлении работы.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Власов, Сергей Викторович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой законченную научно-квалификационную работу, содержится решение задачи по разработке методики и технологии ЗВ-ЗС сейсмических исследований геологического строения и мониторинга состояния устойчивости горного массива в процессе проходки транспортных тоннелей, что является принципиально новым направлением в практических геолого-геофизических исследованиях, на стадии разработки горного массива в целях проходки подземных выработок (тоннелей, штолен, штреков и т.п.).

Основные, полученные автором, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

2. Разработана сейсмогеомеханическая модель горного массива в рамках ПТС тоннеля применительно к ИГУ строительства тоннелей в границах г.Б.Сочи, структура и параметры которой являются объективной основой для опережающего прогноза развития опасных ситуаций в процессе проходки тоннеля.

3. На основе поляризационных схем регистрации отраженных волн в заданном направлении обзора разработана методика и регламентная технология применения системы ЗВ-ЗС сейсмической локации.

7. Предложенные метод и технология ЗБ-ЗС сейсмической локации в полной мере, от полевых работ до разработки заключений по итогам интерпретации, внедрены и успешно используются в производственном режиме при строительстве 13 тоннелей, общей протяженностью более 16 км.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Власов, Сергей Викторович, Екатеринбург

1. Абатурова И.В. Оценка и прогноз инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых горно-складчатых областей. ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет». Екатеринбург, 2011. -226с.

2. Азаров Н.Я., Яковлев Д.В. Сейсмоакустический метод прогноза горногеологических условий эксплуатации угольных месторождений. М.: Недра, 1988.-199 с.

3. Ампилов Ю.П., 2004. Сейсмическая интерпретация: опыт и проблемы. М.: Геоинформмарк.-286 с.

4. Анциферов A.B. Теория и практика шахтной сейсморазведки. Донецк: "АЛАН", 2003.-312 с.

5. Анциферов A.B., Захаров В.Н, Глухов A.A. Комплект программ моделирования процесса распространения сейсмических волн в угленосной толще//Каталог прогр. средств/ГосФАП.-М., 1991, №50910000379.

6. Боганик Г.Н., Гурвич И.И. Сейсморазведка. Тверь: АИС, 2006.

7. Боганик Г.Н. Обнаружение неотектонических зон малоглубинной высокоразрешающей сейсморазведкой // Геофизика. -2000. №5. - С. 6-12.

8. Бондарев В.И., Крылатков С.М. Основы обработки и интерпретации данных сейсморазведки. Екатеринбург: УГГГА, 2001. - 193 с.

9. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. М.: Недра, 1994. - 381 с.

10. Вибрационная сейсморазведка / М.Б. Шнеерсон, O.A. Потапов, В.А. Гродзенский и др. М.: Недра, 1990. - 240 с.

11. ВСН 190-78 «Инструкция по инженерно-геологическим изысканиям для проектирования и строительства метрополитенов, горных железнодорожных и автодорожных тоннелей», 2001.12

12. ВСН 126-90 «Крепление выработок набрызг-бетоном и анкерами при строительстве транспортных тоннелей и метрополитенов нормы проектирования и производства работ». Минтрансстрой М., 1990.

13. Гальперин Е. И. Поляризационный метод сейсмических исследований. М.: Недра, 1977.-278 с.

14. Глухов A.A. Автоматизация расчета сейсмических колебаний в угленосной толще при решении задач шахтной сейсморазведки // HayKoei пращ Нацюнального техшчного ушверситету. Донецьк: ДонНТУ, 2006. - Вип. 106 -С.131-139.

15. Глушко В.Т., Виноградов В.В. Разрушение горных пород и прогнозирование проявлений горного давления. -М.: Недра, 1982. 192 с.

16. Глушко В.Т., Ямщиков B.C., Яланский A.A. Геофизический контроль в шахтах и тоннелях. М.: Недра, 1987. - 278 с.

17. Горяинов H.H., Ляховицкий Ф.М. Сейсмические методы в инженерной геологии. — М.: Недра. 1979. 143 с.

18. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:200000 издание второе, серия Кавказская, лист K-37-IV (Сочи). СПб: Изд-во СПб картфабрики ВСЕГЕИ, 2000. - 135 с.

19. Динамические характеристики сейсмических волн в реальных средах / И.С. Берзон, A.M. Епинатьева, Г.Н. Парийская, С.П. Стародубовская. М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 511 с.

20. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных и опасных по горным ударам. РД 06-329-99. М., 2002.

21. Козлов Е.А. Модели среды в разведочной сейсмологии. Тверь: Издательство «ГЕРС», 2006.-480 с.

22. Комплект программ для обработки на ЭВМ результатов пластовой сейсморазведки / A.B. Анциферов, C.B. Чеславский, М.Г. Тиркель, В.Н. Захаров //Каталог прогр. средств/ГосФАП. -М., 1988, № 50780000734.

23. Курленя М.В., Опарин В.Н. Скважинные геофизические методы диагностики и контроля напряженно-деформированного состояния массивов горных пород. Новосибирск: Наука, 1999. 334 с.

24. Методическое пособие по комплексной геофизической диагностике породного массива и подземных геотехнических систем. Днепропетровск: ИГТМ HAH Украины, 2004.

25. Методическое руководство по комплексному горно-экологическому мониторингу при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей / К.П. Безродный, С.Г. Гендлер, Ю.С. Исаев, М.О. Лебедев. М. УРАН ИПКОН РАН, НИГШИ «Ленметрогипротанс», 2ÛÛ9. - 68 с.

26. Мирзоян Ю.Д. Методические рекомендации по применению поляризационного метода сейсмической разведки КазВИРГ. -Алма-Ата, 1984. - 181 с.

27. Напалков Ю.В. МИНХ и ГП им. И.М. Губкина. Спектральные представления в сейсморазведке// Учебное пособие для студентов специальности «Полевая геофизика». М., 1977. - 107 с.

28. Несмеянов С.А. Неоструктурное районирование Северо-Западного Кавказа. -М.: Недра, 1992.-254 с.

29. Палагин В.В., Попов А.Я., Дик П.И. Сейсморазведка малых глубин. М.: Недра, 1989.-209 с.

30. Пашкин Е.М., Каган A.A., Кривоногова Н.Ф. Терминологический словарь-справочник по инженерной геологии. М.: КДУ, 2011. - 952 с.

31. Писецкий В.Б. Механизм разрушения осадочных отложений и эффекты трения в дискретных средах // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. Екатеринбург, 2005. - №1.

32. Писецкий В.Б. О выборе парадигмы в методах прогноза флюидных параметров по сейсмическим данным // Технологии сейсморазведки. 2006. -№3. М.: ЦГЭ. - 10 с.

33. Писецкий В.Б., Власов C.B., Шинкарюк В.А. Сейсмический и геомеханический мониторинги строительства транспортных тоннелей в г. Сочи // Материалы X Уральской горнопромышленной декады. -Екатеринбург: УТТУ, 2012.

34. Писецкий В.Б., Крылатков С.М. О коэффициенте Пуассона нефтяных коллекторов с дискретной структурой // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. Екатеринбург, 2005. - №1.

35. Подземная геофизика / А.Г. Тархов, В.М. Бондаренко, В.Ф. Коваленко и др. -М.: Недра, Î973.-3l2c.

36. Прочность и деформируемость горных пород // А.Б. Фадеев и др. М.: Недра. -1979,254 с.

37. Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям для подземного гражданского и промышленного строительства: ПНИИИС Госстроя СССР. М.: Стройиздат. 1987.

38. Ржевский В.В., Ямщиков B.C. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. -М.: Наука, 1973.-224 с.

39. Ризниченко Ю.В. Сейсморазведка слоистых сред. М". : Недра, 1985. -184 с.

40. Сейсмоакустические методы изучения массивов скальных пород / А.И. Савич, В.И. Коптев, В.Н. Никитин, З.Г. Ященко. М.: Недра, 1969.

41. Садовский М.А. О естественной кусковатости горных пород // Доклады АН СССР,. -1979. Т. 247, №4. с. 829-841.

42. Теоретические основы и практическое использование отечественной программы ЗО-глубинной сейсмической миграции до суммирования. Новые технологии / Г.Н. Гогоненков, Б.П. Мороз, A.JI. Плешкевич, В.И. Турчанинов //Геофизика. 2007. №4.

43. Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки / под редакцией М.Б. Шнеерсона. М.: Недра, 1998. - 527 с.

44. Фред Дж. Хилтерман. Интерпретация амплитуд в сейсморазведке. М.: Издательство «ГЕРС», 2010. - 270 с.

45. Хаин В.Е. Современные представления о моделях геодинамических процессов твердой Земли // Выпуск: Современная геодинамика: достижения и проблемы. 2004. М.: Наука, 2004.

46. Хаттон Л., Уэрдингтон М., Мейкин Дж. Обработка сейсмических данных. Теория и практика. М.: Мир, 1989.

47. Abo-Zena A. Dispersion function computations for unlimited frequency values // Geophysics J. R. Astr. Soc. 1979. -№ 58. - P. 91-105.

48. Aki K., Lamer K.L. Surface motion of layered medium having an irregular interface due to incident plane SH waves // Geophysics Res 1970. - Vol.75, P. 933-954.

49. Alterman Z., Karal F.C. Propagation of elastic waves in layered media by finite-difference methods // Bull. Seim. Soc. Am. 1968. - Vol.58. - P. 367-398.

50. Biot М.A. Mechanics of incremental deformations. New York: GU, 1965, - 430 P

51. Korn M., Stock H. Reflection and Transmission of Love Channel Waves at Coal Seam Discontinuitis Computed with Finite-Difference Method. J. Geophysics. -1982.-Vol.50, P. 171-176.

52. Krey T.C. The cannal waves as a tool of applied geophysics in coal mining // Geophysics. 1963. - Vol.28, Part. 1 - P. 701-714.

53. Pennington, W.D., Pisetski, V.B., 2004. Calibration of Seismic Attributes for Reservoir Characterization. Finai Technical Report for D.O.E. USA, Michigan Technological University, October, 2002, p. 134-185.

54. Pisetski V.B. Dislocational Rock Mechanics as a Basis for Seismic Methods in the Search for Hydrocarbons. Revue de Tlnstitut Francais du Petrole: Paris, 1995, Vol.50:3, - 37 p.

55. Pisetski V., Kormilcev V., Ratushnak A., 2002. Method for predicting dynamic parameters of fluids in a Subterranean reservoir. US Patent, № 6,498,989 B1

56. Pisetski, V., 1998. Method for Determining the Presence of Fluids in a Subterranean Formation, US Patent, № 5,796, 678.

57. Pisetski, V.B., 1999. The dynamic fluid method. Extracting stress data from the seismic signal adds a new dimension to our search. The Leading Edge, September, Vol.18, No. 9, SEQ p. 1084-1093.1. Патентные документы

58. Заявка на патент №2011112877. Способ мониторинга напряженнодеформированного состояния горного массива. ФИПС. 2011. -7 с.

59. Заявка на патент №2012134020. Система непрерывного мониторинга напряженно-деформированного состояния массива твердого полезного ископаемого. ФИПС. 2012. 18 с.1. Фондовая литература

60. Мирзоян Ю.Д. Исследование и развитие поляризационного метода вертикального сейсмического профилирования: дис. д-ра техн. наук: 25.00.10/ ООО «Ингеовектор» и Кубанский государственный университет. Краснодар, 2010.-107 с.

61. Пустовойтова H.A. Обоснование и разработка резонансно-акустического метода оценки плотностного разреза пород кровли горных выработок: дис. канд. техн. наук: 25.00.16, 25.00.35 / Шкуратник В.Л.; МГГУ. М., 2008. -И 8с.1. Диссертации

Информация о работе

Власов, Сергей Викторович
кандидата геолого-минералогических наук
Екатеринбург, 2012
ВАК 25.00.10

Диссертация

Методика и технология 3D-3C сейсмических исследований геологического строения и мониторинга состояния устойчивости горного массива в процессе проходки транспортных тоннелей - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы