Разработка методологии и обоснование критериев прогнозирования состояния горного массива сейсмоакустическими методами при подземной угледобыче

Захаров, Валерий Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка методологии и обоснование критериев прогнозирования состояния горного массива сейсмоакустическими методами при подземной угледобыче
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Разработка методологии и обоснование критериев прогнозирования состояния горного массива сейсмоакустическими методами при подземной угледобыче"

i—

ч обязательный i

¡¿есшатный зкземщщ^

вах рукописи

ЗАХАРОВ Валерий Николаевич

УДК 622.33:550.834

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ И ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ

ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ

УГЛЕДОБЫЧЕ

Специальность 25.00.20-«Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени ---доктора технических наук

Москва-2003

Работа выполнена в Национальном научном центре горного производства - Институте горного дела им. А.А. Скочинского.

Научный консультант: член-корреспондент РАН А.Д. Рубан

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. В.Л. Шкуратник, докт. техн. наук, проф. Г.А. Катков, докт. техн. наук, проф Н.С. Булычев.

Ведущая организация: Институт проблем комплексного освоения недр РАН (ИПКОН РАН).

Защита диссертации состоится «_»_в_ч,

на заседании диссертационного совета Д 222.004.02

при ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского по адресу:

140004, г. Люберцы, Московской области, Октябрьский пр-т, 411.

С диссертацией можно ознакомиться в секретариате ученого совета ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского.

Автореферат разослан «_»_2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

проф., докт. техн. наук И.Г. Ищук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Планирование рациональной технологии горных работ, параметров и порядка отработки месторождений производится на основе надежного прогноза горно-геологических условий. Особое значение здесь имеет характеристика состояния и свойств угольного пласта и вмещающих пород.

При ведении геологоразведочных работ и последующей доразведки угольных месторождений на основании информации получаемой при стандартной сетке расположения скважин, надежность описания свойств и состояния массива не превышает 50 %. Кроме того, в процессе ведения горных работ с появлением техногенной нарушенное™ в массиве происходит перераспределение напряженного состояния, осуществляются работы по дегазации угольных пластов, изменяются гидродинамические режимы подземных вод в обводненных горных породах и соответственно изменяются свойства и состояние горного массива.

Поэтому на стадии эксплуатации широко применяется оперативный геофизический прогноз и контроль состояния и свойств массива. Средний уровень надежности сейсмоакустического прогноза в настоящее время достигает 75-78%. Усложнение горно-геологических условий с увеличением глубины разработки месторождений, применение комплексной механизации выемки пластов, необходимость повышения безопасности горных работ требуют увеличения надежности сейсмоакустического прогноза свойств и состояния горного массива. Одним из путей решения этой проблемы является разработка методологии и обоснование критериев прогнозирования состояния горного массива сейсмоакустическими методами путем моделирования волновых полей для шахтных условий, более полно учитывающих пористость и упруго-вязкие свойства угольного пласта и вмещающих пород, и использование автоматизированной обработки результатов выполненных измерений. Применение автоматизированного сейсмоакустического мониторинга горного массива и оперативной обработки результатов выполняемых измерений позволяет интегрировать сейсмоакустический прогноз и контроль за состоянием и свойствами массива в качестве подсистемы в общешахтную систему автоматизированного контроля. Разработку критериев прогноза и методику проведения сейсмоакустического прогнозирования и контроля состояния и свойств горного

[ РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ | 1 БИБЛИОТЕКА 1 I С. Петербург{

1 < 09 10$ аъ)%0 I

массива рационально проводить комплексно с использованием геомеханических методов.

Целью работы является разработка методологии и обоснование критериев сейсмоакустического мониторинга углепородного массива, обеспечивающих повышение информативности и надежности прогнозирования состояния, свойств и критических ситуаций в горном массиве при выемке угля и проходке горных выработок.

Идея работы состоит в использовании эффектов, учитывающих влияние трещинной пористости, упруго-вязких свойств углепородного массива и колебаний горного давления на кинематические и динамические параметры сейсмоакустических волновых полей и создании на основе установленных закономерностей сейсмоакустических моделей, алгоритмов, программных комплексов и регистрирующей аппаратуры, позволяющих прогнозировать изменение состояния, свойств и критических ситуаций в нем в процессе ведения горных работ.

Методы исследований. При решении поставленных задач в работе применен комплекс методов исследований:

анализ и обобщение результатов, полученных в данной области; численные и аналитические методы математического моделирования сейсмоакустических волновых полей в угольных пластах и вмещающих породах;

натурные экспериментальные исследования влияния строения, нарушенное™ и физико-механических свойств массива горных пород на сейсмоакустические параметры регистрируемых волновых полей в полевых и шахтных условиях;

лабораторные научно-технологические работы по созданию и стендовым испытаниям новых типов аппаратуры для сбора и регистрации сейсмоакустической информации;

компьютерная обработка, анализ и интерпретация сейсмоакустической информации, полученной в натурных экспериментах с помощью разработанных алгоритмов и программных комплексов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическое моделирование формирования и распространения сейсмоакустического волнового поля Р-, БУ- и БН-волн в углепородном массиве реализуется путем введения в систему дифференциальных уравнений эффективных модулей упругости, передающих их зависимость от пространственных координат, трещинной пористости и степени концентрации горного давления.

максимумов огибающих волновых пакетов с погрешностью 3-4%, форму амплитудного спектра и его частотный состав различных типов волн с погрешностью 7-9%.

3. Структура сейсмоакустического волнового поля, регистрируемого в шахтных условиях, значения кинематических и динамических параметров отдельных типов волн определяются геологическим строением, физико-механическими и акустическими свойствами угольного пласта и вмещающих пород, а также амплитудно-частотным спектром источника колебаний;

4. Определение условий и вероятности возникновения критических ситуаций при очистных и проходческих работах, приводящих к изменению напряженного состояния, трещиноватости, пористости и содержания газа в углепородном массиве достигается моделированием сейсмоакустических волновых полей и их анализом с помощью разработанных критериев.

5. Установлено, что критерии выбросоопасности угольных пластов, разработанные на основе амплитудно-частотных характеристик колебательного процесса, инициируемого в уголепородном массиве выемочными машинами или буровыми агрегатами, происходящего в призабойной области угольного пласта и зарегистрированного сейсмоакустическими датчиками, действительны только для конкретных горно-геологических условий и технологии горных работ (свойств угольного пласта вмещающих пород, средств механизации и способов выемки).

6. Установлено влияние повышения горного давления на изменение физико-механических и сейсмоакустических свойств угольного пласта и вмещающих пород:

увеличение эффективных упругих констант ~к и ц на 85 и 60% соответственно, что может привести к снижению резкости акустических границ на 25 %, увеличению акустической жесткости угля на 40% и вмещающих пород на 17% , изменению структуры полного волнового поля и отдельных типов волн;

в зависимости от свойств массива скорости продольных волн могут возрастать на 3-35%, а поперечных на 3-25% при этом коэффициент затухания может снижаться в несколько раз ;

при максимально возможном увеличении эффективных упругих констант в угольном пласте мощности отраженных сигналов составляют: для У компоненты 9%, а для X компоненты 2% от падающих.

7. Получены аналитические зависимости между величиной диссипа-тивного затухания, частотой колебаний, скоростями продольных и поперечных волн и свойствами массива: упругими постоянными Ляме, пористостью, временем релаксации и константами вязкости пласта на основе использования времен релаксации.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается:

большими объемами результатов теоретических и экспериментальных исследований, не противоречащих известным фундаментальным закономерностям, описывающим геомеханические и сейсмоакустические процессы в углепородных массивах;

удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных расчетов (погрешность при оценке кинематических параметров <5%, динамических параметров <27%), выполненных численными методами; совпадением результатов статистической обработки расчетных данных с данными практики;

значительным объемом сравнительного анализа результатов обработки и геолого-геофизической интерпретации исходной шахтной сейсмо-разведочной информации методами, разработанными автором, с фактическим строением и состоянием углепородного массива полученным после отработки угольных пластов;

положительными результатами лабораторных и производственных испытаний разработанных аппаратуры, алгоритмов и программных комплексов.

Научное значение работы состоит в:

-разработке методологии исследования, анализа и интерпретации сейсмоакустических волновых полей в горном массиве с целью прогнозирования его строения, состояния и физико-механических свойств;

-установлении закономерностей формирования и распространения сейсмоакустических волновых полей в углепородных массивах, имеющих различное строение и состояние;

-обосновании и установлении сейсмоакустических критериев, позволяющих прогнозировать различные типы нарушений массива горных пород, зон повышенного горного давления и зон трещиноватости;

-установлении взаимосвязи зон повышенного горного давления с формой и параметрами амплитудно-частотного спектра колебательного процесса, создаваемого горными машинами в процессе проходческих и очистных работ;

-экспериментальном уточнении влияния различных типов нарушений массива горных пород, зон повышенного горного давления и зон трещиноватости на структуру регистрируемых сейсмоакустических волновых полей и информативных кинематических и динамических параметров отдельных типов волн.

Научная новизна работы заключается в следующем: -разработано физико-математическое описание влияния изменения горного давления на сейсмоакустические волновые поля Р-, 8У- и БН-волн в углепородном массиве, которое реализовано в модели прогнозирования свойств и состояния горного массива путем введения в систему дифференциальных уравнений переменных эффективных упругих

дифференциальных уравнений переменных эффективных упругих констант как функций пространственных координат, трещинной пористости и степени концентрации горного давления;

- установлено оптимальное конечно-разностное разложение частных производных дифференциальных уравнений, приводящее при математическом моделировании колебательного процесса к формированию теоретических сейсмотрасс, которые передают параметры волновых пакетов различных типов и поляризации с минимальными погрешностями;

- установлены количественные зависимости влияния повышения горного давления на эффективные упругие константы углепородного массива и сейсмоакустические параметры регистрируемых волновых полей;

- установлен механизм формирования отражающих границ как в угле, так и во вмещающих породах. При этом резкость формируемых отражающих границ в угольном пласте выше, так как угольный пласт, как правило, имеет большую трещинную пористость и пластичность, чем вмещающие породы и в большей мере чувствителен к изменениям горного давления;

- установлено, что критерием выбросоопасности при инициировании колебательного процесса в горном массиве выемочными машинами или буровыми агрегатами является появление в высокочастотной части спектра колебаний с длинами волн Х<Н, где Н - мощность волновода, образуемого границами угольный пласт - вмещающие породы или границами пород непосредственной и основной кровли и почвы, и преобладание над низкочастотной частью спектра для длин волн А>Н. Критическое соотношение высокочастотной и низкочастотной частей спектра регистрируемых колебаний определяется геологическим строением и физико-механическими свойствами угольного пласта и вмещающих пород конкретного проходческого или очистного забоя;

- влияние зон трещиноватости на процесс формирования отраженных волн идентично процессу формирования отраженных волн от зон повышенного горного давления (ПГД). Качественное поведение информативных сесмоакустичеких параметров (амплитуда, частота, соотношение Ак„/ А„б и Ако/ А60) совпадает;

- установлено, что наиболее чувствительными сейсмоакустически-ми параметрами к колебаниям горного давления являются: скорость распространения первого вступления и максимума огибающей волнового пакета боковых Р волн, частота максимума амплитудного спектра, длительность волновых пакетов, максимум модуля амплитуды.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- разработан комплекс программ автоматизированной обработки, анализа и интерпретации данных сейсмоакустических исследований

строения, нарушенное™ и физико-механических свойств углепородных массивов;

- разработан комплекс программ математического моделирования формирования и распространения полного волнового поля в угольных пластах и вмещающих породах на основе теории разностных схем;

- создан малогабаритный модуль сбора и передачи акустической информации из горных выработок в диспетчерскую горного предприятия;

- созданы макеты подсистем регистрации, обработки, анализа и интерпретации сейсмической и сейсмоакустической информации в рамках международного российско-польского проекта создания системы комплексного мониторинга безопасности;

- разработана технология сейсмоакустического прогнозирования газодинамических и геодинамических явлений при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Реализация результатов работы.

Результаты работы использованы при разработке следующих нормативных и методических документов:

«Инструкция по сейсмическому поиску и картированию зон обводненных геологических нарушений угольного пласта в выемочных столбах шахт Подмосковного бассейна», утверждена начальником ВО «Союзугле-геология», B.C. Борисовым, 1987 г.

«Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа», РД 05-350-00, утверждена постановлением Госгортехнадзора России от 04.04.00 №14.

Техническое задание на разработку «Системы комплексного мониторинга безопасности-СКМБ, обеспечивающей оперативное распознавание и предотвращение взрывов метана-пылевоздушных смесей, контроль и прогноз reo- и газодинамических проявлений на горных предприятиях», утверждено Статс-секретарем, Заместителем министра энергетики РФ, Яновским А.Б., 2001.

«Методические указания по технологии прогноза горногеологических условий на базе геофизических методов на участках пластов, отрабатываемых с использованием высокоэффективных технологий», утверждена Руководителем департамента государственного регулирования производственно-хозяйственной деятельности и техники безопасности в угольной промышленности Минтопэнерго РФ, Кассихиным Г.А., 1998 г.

«Комплекс программ для обработки на ЭВМ результатов пластовой сейсморазведки» //Каталог программных средств /ГосФАП. - М. - 1987. -№ ГР 50870000376.

«Комплекс программ моделирования процесса распространения сейсмических волн в угленосной толще //Каталог программных средств /ГосФАП. -М. - 1991. - № ГР 50910000379.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на ряде всероссийских и международных научных конференций и совещаний: 6 Всесоюзный семинар «Аналитические методы и применение ЭВМ в механике горных пород», г. Новосибирск, 1991, 1 Международная конференция «Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства», г. Тула, 1996, II Международное рабочее совещание «Проблемы геодинамической безопасности».-С.-Пб.: ВНИМИ, 1997, International conference on coalbed methane tecgnologies of recovecy and utilisation. Poland-Katowice. 1998, Международная конференция. С.-Петербург. ВНИМИ. 1998,

28 Международная конференция Институтов по безопасности в шахтах. -Синайа, Румыния. - 1999, II Междун. Конф. Сокращение эмиссии метана. Новосибирск. - 2000, IV Междун. научно-практическая конференция. Кемерово. 2001, Международная конференция. Новосибирск. - 2001, VI международная научно-практическая конференция "GEOINFOCAD 2002. Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологии для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель и объектов недвижи-мости".-Салоу, Испания. 11-18 мая 2002 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 работы, в том числе 1 монография.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, изложенных на 366 страницах машинописного текста, включая 74 рисунка, 30 таблиц, перечень литературы из 282 наименований и приложение.

Автор искренне признателен и выражает глубокую благодарность за научно-методические консультации и содействие в выполнении исследований и подготовке диссертации академику РАН Шемякину Е.И., профессорам, докторам технических наук Кусову Н.Ф., Ватолину Е.С., Чиркову С.Е., Яковлеву Д.В., Мерзлякову В.Г., Ищуку И.Г., Фейту Г.Н., Зыкову B.C., Мореву А.М., Крашкину И.С., кандидатам технических наук Исаеву Ю.С., Потапову П.В., Анциферову A.B., Тиркелю М.Г., |Хмаре О-ИД, Ма-

линниковой О.Н., Рудакову В.А., Шадрину А.В., кандидату геолого-минералогических наук Строку Н.И., коллективам отделения геоинформационных технологий ИГД им. А.А. Скочинского, институтов УкрНИМИ и ПНИУИ, кафедры ФТКП МГГУ.

Особую благодарность автор выражает научному консультанту члену-корреспонденту РАН Рубану А.Д. за высокопрофессиональные советы и содействие при подготовке диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализом литературных источников состояния современных исследований методов прогнозирования свойств и состояния массива горных пород установлено, что наиболее эффективными для угольных шахт являются сейсмоакустические методы.

Весомый вклад в изучение, становление и промышленное внедрение сейсмоакустических методов прогнозирования строения, нарушенности, физико-механических свойств и состояния горных массивов внесли такие известные исследователи, как М.С. Анциферов, A.B. Анциферов, Н.Я. Азаров, JIM. Бреховских, В.А. Букринский, Е.С. Ватолин, П.Г. Гильбер-пггейн, И.И. Гурвич, JI.C. Загорский, Ю.С. Исаев, A.JI. Левшин, Е.М. Ми-тропольский, М.Д. Молев, В.К. Поляков, А.Д. Рубан, М.Г. Тиркель, Д.В. Яковлев, B.C. Ямщиков и др.

Кроме того, существующей в настоящее время эффективности и надежности сейсмоакустических методов прогнозирования строения, нарушенности, физико-механических свойств и состояния горных массивов невозможно было бы достичь без большого объема фундаментальных исследований, направленных на изучение влияния физико-механических свойств (костанты Ляме, плотность, трещиноватость, пористость и др.), реологических и акустических параметров, напряженно-деформированного состояния на сейсмоакустические волновые поля и выполненных Е.И. Шемякиным, Н.С. Булычевым, Н.Ф. Кусовым, C.B. Кузнецовым, Г.А. Катковым, Т.С. Лебедевым, Т.З. Вербицким, М.П. Воларо-вичем, В.Н. Николаевским, А.И. Савичем, В.И. Коптевым, A.A. Малович-ко, В.Л. Шкуратником и др.

Однако в настоящее время надежность прогнозирования в сложных горно-геологических условиях с помощью этих методов не превышает 70%. Это объясняется сложностью и разнообразием горногеологических условий и состояния массива. В процессе ведения горных работ изменяется состояние массива. Указанными факторами определяется формирование сейсмоакустических волновых полей.

Вместе с тем сегодня в связи с мощным развитием вычислительной техники и компьютерных технологий появилась возможность моделирования сейсмоакустических волновых полей в конкретных горногеологических условиях для проведения оперативной предварительной оценки структуры и параметров волнового поля с учетом влияния зон повышенного горного давления, трещиноватости, а также имеющихся нарушений угольного пласта и вмещающих пород. Формулировка проблемы и постановка задач исследований.

Для достижения поставленной цели на основании анализа теоретических и экспериментальных исследований, а также практики применения сейсмоакустических методов определены следующие задачи, ре-

шение которых позволит разработать методологию, обосновать критерии и тем самым повысить информативность сейсмоакустических методов прогнозирования состояния горного массива:

1. Разработать физико-математическую модель, описывающую формирование и распространение сейсмоакустических волновых полей в углепородном массиве при наличии влияния зон горного давления, зон тренщноватости и ряда других нарушений. Разработать систему алгоритмов и программное обеспечение для расчетов модельных сейсмоакустических волновых полей в сложных горно-геологических условиях;

2. Установить закономерности влияния строения и состояния угольного пласта и вмещающих пород на структуру сейсмоакустических волновых полей, кинематические и динамические параметры отдельных типов волн;

3. Установить информативные критерии выявления и определения основных параметров нарушений, повышающие разрешающую способность сейсмоакустических методов при прогнозе зон повышенного горного давления и трещиноватости;

4. Исследовать условия повышения информативности параметров сейсмоакустических волн (скоростей продольных и поперечных волн, их частот и коэффициентов поглощения) в зависимости от физико-механических характеристик угольного пласта и вмещающих пород (пористости, проницаемости, плотности, упругих постоянных Ляме, времени релаксации, упруго-вязких свойств);

5. Разработать сейсмоакустический контроль выбросо и удароопас-ных угольных пластов с помощью амплитудно-частотных характеристик сигнала, генерированного в пласт выемочными машинами или буровыми агрегатами.

6. Установить критерии прогнозирования зон и степень выбросопасности на основании измерения амплитудно-частотных характеристик угольного пласта с помощью анализа искусственного сигнал^. Разработать аппаратуру, алгоритмы и методику измерения амплитудно частотных характеристик угольного пласта и фиксации выбросоопасности.

Горный массив угольных месторождений представляет собой сложную анизотропную, дискретную, слоистую, трещиноватую, обводненную среду, содержащую газ и большое количество нарушений (сбросов, надвигов, разрывов и др.), находящуюся в напряженном состоянии. Непрерывное развитие горных работ изменяет состояние и свойства массива и вносит соответствующие изменения в техногенные процессы, происходящие в нем, что приводит к формированию аномальных зон. Ведение горных работ вблизи или непосредственно в таких зонах приводит к нарушениям режима работы шахты и даже к авариям. За-

благовременное прогнозирование состояние горного массива при подземной разработке угольных месторождений является актуальной проблемой.

Наиболее широко применяемыми в современных условиях горной промышленности являются сейсмоакустические методы прогнозирования и контроля свойств и состояния массива.

Неограниченные возможности для решения поставленных задач создаются при математическом моделировании процессов распространения сейсмоакустического волнового поля в исследуемом конкретном массиве, а также оперативный компьютерный анализ влияния критических ситуаций и опасных зон на параметры отдельных типов волн.

С применением современной вычислительной техники этот процесс стал значительно эффективнее и позволяет существенно сократить объем экспериментальных исследований, выполняемых в шахтных условиях.

Для решения поставленных задач необходимо разработать математическую модель процесса формирования и распространения сейсмоаку-стических волновых полей и иметь описание свойств конкретного угле-породного массива, а также критерии, с помощью которых прогнозируются негативные явления в нем.

Математическая модель сейсмоакустического волнового поля.

Сейсмоакустическое волновое поле в углепородном массиве без учета неупругих деформаций можно описать системой линейных дифференциальных уравнений:

для Р и ЭУволнв изначально напряженном состоянии:

д2и д2и . д2м> д2и дм> -= а--1- о--н с--г-■

,2 г»..2 -5_2 о

(1)

дГ дх2 дхдг дг2 ° дх

д2у> , д2-и> , д2и д2ю ди

—— = с1 —- + Ь-+ е—— + g-;

дt дх дхдг дг дх

для БН-волн

д 2у д 2у .д2у

-д?-=ед^+/д^- (2) Коэффициенты правых частей уравнений (1) и (2) представляют собой функции упругих констант, плотности, а так же нормальных напряжений и деформаций и имеют вид

а = а(Л,ц,р,еа,Еж,х,2) = [{2 ц + Я)( 1 + еа- 2 £„)]/р,

Ь = А о-». До-,*,*) =

х + О + ~ ~ ^До"

/А

с = с{Х,ц,р,Еа,Ев,оа,Ьа,х,2) = —

й = = —[(Л. + 2//)(1 - £„)],

е = е{Л,р,р,еа,еа,сгхх, Аст,х,г) =

где и,\у,у- величина смещений колебательного процесса по X, Ъ и У-координате соответственно;

g - ускорение свободного падения;

X, ц, р - константы Ляме и плотность горной породы в точке модели с координатамиX и г;

£хх, е22 - упругие нормальные деформации горного массива в точке модели с координатами X и

До = (022-охх) - разность нормальной вертикальной и горизонтальной составляющих, напряжений в точке модели с координатами X и

X, Ъ - текущие координаты вертикальной плоскости геологического разреза, в которой моделируется волновое поле.

Функциональные зависимости коэффициентов при частных производных по координатам (3), описывающие свойства и состояние горного массива, не учитывают пористость и трещиноватость горных пород, и соответственно влияние неупругих деформаций на параметры колебательного процесса, которое, как показывают исследования является основным и определяющим. Поэтому предложено ввести следующие коэффициенты в дифференциальные уравнения (1) и (2):

а=(2ц+А,)/р, Ь=(ц+Х)/р, с=ц/р, <1=а, е=1=с

(4)

Представим упругие константы, входящие в уравнение (4) как

(5)

= 1 + А р. ;

И о Л

Л„

= 1 + АЛ,

где Цо, Хо - упругие константы скелета горных пород в естественном (нормальном) состоянии; Дц, АХ - корректирующие добавки, учитываю-

щие влияние пористости, трещиноватости, величины напряжений и неупругие деформации; ц, X - эффективные упругие константы, получаемые по формулам (5).

Корректирующие добавки вычисляются по формулам:

АХ=КЛП);

Дц=КДП), (6)

где К*,, Кц - коэффициенты, учитывающие форму трещин и пор и предполагающие, что трещиноватость описывается системой хаотически расположенных, пересекающихся элипсоидных микротрещин, параметры которых распределены по нормальному закону;

А(П) - функция определяющая влияние концентрации трещин и пор на корректирующие добавки и учитывающие влияние горного давления на эффективные упругие константы;

коэффициенты Кх и К^могут быть определены, с учетом теории микронеоднородных трещиноватых сред из выражений:

= 16(1-У2) * Зж(1-2у)' К = 32 (1 - у )( 5 - у ) 15 я- (2 - у ) ' где V-коэффициент Пуассона горной породы.

Функция Щ1) представлена в виде

ДТ1)= е"п - е"По,

где П - текущая трещинная пористость горной породы; По- трещинная пористость горной породы при гидростатическом давлении в ненарушенном состоянии.

Таким образом, эффективные упругие константы ц. и X, входящие в уравнения (1) и (2), на первом этапе вычисляются исходя из моделируемых величин пористости и трещиноватости горных пород, а также величин напряжении, существующих в анизотропной модели. Только после получения значений эффективных упругих констант допустимо использование коэффициетов (4) в уравнениях (1), (2).

Конечно-разностное представление модели сейсмоакустического волнового поля. Дифференциальные уравнения (1), (2) без дополнительных допущений и упрощений, снижающих адекватность описания физической сущности моделируемого процесса решаются, методом конечных разностей. Для реализации модели потребовалось: обеспечить устойчивость вычислительного процесса, разработать способ гашения или удаление паразитных отражений от границ модели; исключить воз-

можность появления искусственной дисперсии исследуемого колебательного процесса; получить адекватное конечно-разностное разложение дифференциальных уравнений на естественных границах горных пород и на границах зон нарушений. Исследованиями установлено, что наиболее полно и с наименьшими вычислительными затратами отражения гасятся при введении зоны вязкости вокруг внешних искусственных границ.

В уравнения (1),(2) введено мнимое частотное затухание, для этого с помощью Фурье-преобразования они переводятся из временной области в частотную. Полученный квадрат частоты ш2 заменяется выражением (сйр)2, где 1 - мнимая единица; Р - коэффициент затухания. При возведении его в квадрат получим

((»-¡р)2= со2-21шр+£2р2 (8)

Подставляя выражение (8) в исходные уравнения вместо со2 и после Фурье-преобразования из частотной области во временную, получим систему дифференциальных уравнений в частных производные с переменными коэффициентами в плоскости модели для решения конечно-разностным методом:

для волн Р, БУ и Релея

д2и „ „ ди

—г+2р— + /Ги = — а— +-(&*) + —

дг дt дх\ дх) дхдг дг

диЛ д2 „ ч д

ЭгЛ дw

с— \-дг) дх

ди

(9)

д2\ч „ пдм> о2 д( ЗиЛ д2 ,, . д ( дп

—Г + 2/?— + /Гм> =— а— +-(Ьи) + — с—

0/ И Ы дх{ дх) дхдг ' дг{ дг.

для волн 5Н иЛява

Э2у д( 5V^ д( Э»Л

+ 2р—+)5 V = —- с—— + — с—- (10)

д^ дt дх\ дх ) дг \ дг

При получении численного решения уравнений (9), (10) использовалась явная конечно-разностная трехслойная схема вычисления функций смещений по Х,У и г-координатам в плоской постановке.

Устойчивость вычислительного процесса достигается введением ограничения на шаг дискретизации по времени и по плоскости ХОХ. Была выполнена разностная аппроксимация, используемая для каждой производной, и получены окончательные выражения вычисления смещений в узлах сетки, получаемой при дискретизации плоскости модели.

Граничные условия устанавливаются исходя из гашения паразитных отражений от внешних искусственных границ модели.

Поэтому величина смещений всех типов колебаний, существующих в модели, должна быть равной нулю на внешних границах. Так как используемая конечно-разностная схема является трехслойной, то для вычислений на очередном временном слое должны быть известны смещения на предыдущих двух слоях. Функция источника определяет форму и частотный состав исходного импульса, формируемого в модели горного массива.

Исследования структуры и информативных параметров сейс-моакустического волнового поля в углепородном массиве. Анализ теоретических и экспериментальных работ по сейсмоакустическим исследованиям нарушенное™ углепородного массива позволил разработать обобщенную сейсмогеологическую модель углепородного массива и схему моделирования колебательного процесса в нем.

Исследования зависимостей параметров волнового поля от спектра источника упругих колебаний показали их тесную взаимосвязь. Частотный состав спектра источника упругих колебаний в совокупности со строением и физико-механическими свойствами углепородного массива определяет условия возникновения различных типов волн. Для выбора спектрального состава источника и получения основных типов волн (боковые Р, БУ и БН-волны, каналовые волны Лява и Релея), соизмеримых по амплитуде и пригодных для анализа, необходимо учитывать их механизм формирования, а также мощность угольного пласта, резкость акустических границ в кровле и почве, величину диссипативного затухания угля, расстояние между источником и приемником. В связи с тем, что на практике регулирование частотного состава спектра источника затруднено, при анализе и интерпретации экспериментальных материалов обязателен учет спектра источника.

При анализе процессов формирования и распространения волнового поля для угольных пластов мощностью от 1 до 6 м установлено, что угольные пласты мощностью более 5 м формируют волновое поле, строение и состав которого качественно отличаются от волновых полей формируемых на пластах меньшей мощности. Полученные новые данные влияния мощности угольного пласта в интервале от 1 до 6м на параметры различных типов волн свидетельствуют о существовании функциональных зависимостей между мощностью угольного пласта и параметрами волнового поля. Наиболее сильную взаимосвязь дают такие параметры, как амплитуда ка-наловых волн Лява, боковых БН-волн У-компоненты и БУ-волн X-компоненты, частота максимума амплитудного спектра всех типов волн, длительность сигнала боковых БН-волн, каналовых волн Лява, боковых Р-волн X и 2-компонент, скорость максимума огибающих боковых Р-волн и БН-волн.

Исследованиями влияния слоистого строения вмещающих угольный пласт пород на структуру регистрируемого сейсмоакустического волнового поля и параметры отдельных типов волн установлено, что:

- полное волновое поле, регистрируемое в шахтных условиях, состоит из нескольких типов боковых волн различной поляризации, а также ка-наловых волн Релея и Лява;

- количество типов и мощность боковых волн в общем случае определяются количеством и резкостью акустических границ углепородного массива на расстоянии 10-15 м от центра угольного пласта в почве и кровле;

- наиболее информативными (интенсивными) являются волновые пакеты, формирующиеся на первых 2-6 акустических границах в почве и кровле угольного пласта;

- боковые волны, формируемые вмещающими породами кровли и почвы с близкими акустическими свойствами (отличие не более 10%), суммируются и распространяются единым волновым пакетом;

- вмещающие породы кровли и почвы с различными акустическими свойствами, отличающимися более чем на 15% образуют пакеты боковых волн, которые могут разделяться во времени и анализироваться с получением информации о физико-механических свойствах породы, сформировавшей данный волновой пакет;

- механизм образования и распространения каналовых волн Лява и Релея является наиболее сложным и представляет собой менее устойчивый колебательный процесс, зависящий от нескольких факторов: мощности угольного пласта (канала), частотного состава спектра источника и его мощности, базы источник-приемник, выдержанности и акустической жесткости границ канала на всем пути прохождения волнового поля, коэффициента диссипативного затухания породы, канала (угля);

- наиболее часто регистрируемой в условиях экспериментов, а также более устойчивой и информативной является каналовая волна Лява, получаемая на У-компоненте колебательного процесса. Как показывают теоретические исследования, это связано с тем, что в процессе формирования и распространения каналовой волны Лява принимают участие только колебания БН-поляризации, отсутствуют обменные процессы между колебаниями различной поляризации, влияющие на стабильность колебательного процесса и характерные для волн Р-, БУ- и Релея.

Исследование влияния повышенного горного давления и тре-щиноватости углепородного массива на параметры сейсмоакустического волнового поля.

Существенное влияние повышения напряжений в горном массиве оказывает на эффективные упругие константы вследствие снижения трещинной пористости угля и вмещающих пород.

Исследованиями установлено:

-при увеличении горного давления в углепородном массиве эффективные упругие константы увеличиваются в пласте в 1,5-2 раза быстрее, чем аналогичные константы во вмещающих горных породах из-за более высокой относительной сжимаемости углей по отношению к породам; при росте горного давления скорости продольных волн растут в 2-4 раза быстрее, чем скорости поперечных;

- при росте горного давления коэффициент эффективного затухания уменьшается в 10 раз и более.

Исходя из выполненных исследований, моделирование влияния зон повышенного горного давления на параметры сейсмоакустического волнового поля проводились по следующей схеме: горное давление изменяется в диапазоне от Ро =уН до Рк=аусж, так как при превышении критического давления ст усж должно происходить разрушение. Плотности угля ру и пород р„ изменяются незначительно, поэтому при моделировании принято ру =сопв1 и рп =сопб1

Моделирование проводилось при условии, что источник колебательного процесса обладает достаточно широким амплитудно-частотным спектром, а диссипативное затухание учитывалось в виде высокочастотной фильтрации.

Исследование повышенного горного давления проводилось из условий его распределения на всем моделируемом участке углепородного массива как по Х-координате, так и по 2-координате.

В качестве примеров выполненных исследований в диссертации рассмотрены модели углепородных массивов шахты № 8 Датунского угольного бассейна (КНР) и шахт Воркутинская и Центральная ПО "Вор-кутауголь", ш. им. Засядько и им. Газеты Соиалистический Донбасс в Донбассе. Наиболее сложная модель углепородного массива получена для шахты № 8 Датунского угольного бассейна поэтому в реферате приведен ее краткий анализ таблица 1.

Таблица 1.

Литол. н, Р> п, НО"3, ЫО" V,,

Тип пород колон- м г/см % Мпа 3 м/с м/с

ка Мпа

Песчаник 00 2,72 9 8,81 21,57 1800 3500

Уголь 0,3 1,3 18 1,3 2,98 1000 1900

Песчаник |. .•..*.".":. •.•."■ 3,3 2,72 9 8,81 21,57 1800 3500

Уголь 1,8 1,3 18 1,3 2,98 1000 1900

Глин, сланец 0,3 2,1 14 4,12 9,82 1400 2700

Уголь 0,6 1,3 18 1,3 2,98 1000 1900

Песчаник ...... ОО 2,72 7 8,81 21,57 1800 3500

На рис. 1 представлены модельные сейсмограммы отражающие влияние строения и концентрации горного давления на всей базе просвечивания на параметры волнового поля. Угольный пласт имеет сложное строение и состоит из двух пачек мощностью 1,7 -1,8 и 0,4- 0,6 м, разделенного пропластком глинистого сланца мощностью 0,3 м. В непосредственной кровле и почве пласта залегают песчаники. На расстоянии 3,0 -4,0 м от кровли расположен еще один пласт угля мощностью 0,3 м. Таким образом, в модели описываются семь слоев.

У-ком. а л А на 1

Х-ком. Р Та - А —^плг

1-ком. ж А А 1 / V " и V I Ш"

0 25 50 /б""ьоо 125 * мс

Рис. 1. Модельные сейсмограммы.

Анализ указанных условий определяет влияние аномально-напряженных зон на структуру полного волнового поля и параметров различных типов волн.

У-компонента волнового поля состоит из боковых волн БН-поляризации и каналовых волн Лява; с ростом горного давления увеличивается их скорость распространения и частотная характеристика.

Х- и 2-компоненты содержат боковые волны Р- и БУ-поляризации и каналовую волну Релея на г-компоненте.

-Установлено, что наибольшую-чувствительность кизменениюэф-

фективных упругих констант в зоне повышенного горного давления имеют скорости максимума огибающей боковых волн БН-поляризации. Прирост скорости огибающих волновых пакетов опережает увеличение скорости первых вступлений в среднем на 9-10%. Следовательно, увеличение скорости максимума огибающей связано с уменьшением резкости акустических границ и снижением коэффициента диссипативного затухания, которые приводят к уменьшению длительности сигнала (волнового пакета) и увеличению скорости.

Наиболее сильно реагируют на изменение эффективных упругих констант боковые БН-поляризации частота которых возрастает на 25%.

Также увеличивается частота максимума амплитудного спектра волн Лява. г-компонента с ростом эффективных упругих констант генерирует кана-ловую волну.

Изменения амплитуды различных типов волн с ростом горного давления определяют: трещинная пористость, тип и направление слоистости угля и вмещающих пород, резкость акустических границ, величина эффективного коэффициента затухания.

При изменении коэффициента затухания и эффективных упругих констант амплитуда боковых волн изменяется в несколько раз, а канало-вых волн в несколько десятков раз.

Проведенные расчеты и анализ волновых полей при увеличении эффективных упругих констант в полученных моделях для указанных шахт подтвердили сохранение полученных закономерностей изменения вариации параметров проходящего волнового поля при изменении концентрации горного давления в массиве. Степень изменения анализируемых параметров зависит от исходных горно-геологических условий угольного пласта, а также от влияния горного давления на свойства пласта и отдельных слоев.

Влияние локальных зон концентрации напряжений на параметры волнового поля.

Зоны концентрации напряжений, размер которых менее длины луча просвечивания, образуются под целиками, на локальных участках тре-щиноватости и малоамплитудной тектонической нарушенности, а так же в местах замещения пород непосредственной кровли основной с существенно отличными свойствами и на участках, опасных по внезапньм выбросам угля и газа.

В диссертации исследовано влияние локальных зон концентрации напряжений в угольных пластах на параметры проходящего и отраженного волновых полей.

Моделированием процесса взаимодействия полного волнового поля с нарушениями для горно-геологических условий шахты «Ворку-тинская» установлено, что характер колебательного процесса на У-компоненте с ростом эффективных упругих констант под действием горного давления в зоне не меняется. Регистрируются боковая и кана-ловые волны. Увеличение эффективных упругих констант в зоне на па- 1

раметры волновых пакетов оказывают незначительное влияние.

Скорости огибающих боковых каналовых волн возрастают на 7-8% . Частота максимумов амплитудных спектров боковой волны не изменяется, '

а каналовой увеличивается на 3% при появление локальной зоны концентрации давления. При максимальной величине изменения эффективных упругих констант в зоне длительность боковых волн снижается на 14%!

Изменение амплитуды колебаний различных типов волн может быть оценено при использовании коэффициента затухания Рэф, как интегрально-

го показателя, зависящего от длины нарушенных участков модели по формуле

Рэф={Ро(Ь-Ь1)Ы-ррЬ1}/Ь=К2р0+К1рр, (11)

где - ро, Рр - значение коэффициента затухания соответственно при нулевой и заданной величине изменения эффективных упругих констант;

Ь - расстояние между источником и приемником (длина луча просвечивания);

1^=0,41, - длина нарушенной зоны;

- отношение нарушенной длины луча к общей (в данном случае равно 0,4);

- отношение ненарушенной длины луча к общей (в данном случае равно 0,6).

Количественные значения коэффициентов затухания в ненарушенной и нарушенной зонах могут быть определены из графика, представленного на рис. 2, который показывает зависимость коэффициента затухания от частоты максимума амплитудного спектра анализируемого волнового пакета и величины пригрузки в аномальной зоне.

Рис. 2. Модельные зависимости коэффициента затухания и скоростей отдельных типов волн: а) зависимость коэффициента затухания от частоты при различной величине относительной пригрузки (1 - ААтах = 0; 2 - ЯАщах =0,25; 3 - АЛ™« = 0,5 ;4 - АЛ^ = 0,75; 5 - АЛ^ = 1,0); б) зависимость скорости от величины относительной пригрузки (1,2-Лява, 3,4-8Н, 5,6-Р-

волны).

График получен с помощью многократной полосовой фильтрации волнового пакета в различных частотных диапазонах при различных величинах пригрузки в исследуемом горном массиве.

Следовательно, при частоте максимума амплитудного спектра боковой БН-волны, равной 200 Гц, коэффициент затухания в зоне и за ее пределами равен р0 =0,018 м"1 и рк =0,005 м"1. Тогда Рэф =0,6р0 +0,4Рр =0,0128 м'1, а амплитуда на частоте 200Гц возрастает при увеличении горного давления в зоне на 39%. Для каналовой волны Лява коэффициент затухания при частоте максимума амплитудного спектра 350Гц в зоне и за ее пределами равен р0=0,05м'1, РР=0.012 м"1 . На основании (11) Рэф=0.035 м'1, а амплитуда на частоте 350Гц возрастает при увеличении горного давления в зоне на 67%.

Амплитуды боковых Р и вУ волн изменяются аналогично боковым вН-волнам.

Анализ исследованных моделей показал их качественное соответствие между собой и идентичность влияния на параметры волнового поля данного типа аномалий.

Влияние локальных зон повышенного горного давления на параметры отраженного волнового поля.

Исследования влияния локальных зон повышенного горного давления показали, что с ростом резкости акустической границы между аномально напряженной зоной и полного волнового поля. На модельных сейсмограммах наблюдаются прямые и отраженные волны. Прямая волна имеет форму, близкую к форме входного импульса источника (на расстоянии 1,5 м от источника).

Установлено, что в угольном пласте формируется отраженный сигнал более мощный, чем за его пределами, увеличивается частота (в амплитудном максимуме) спектра волн. Поэтому наиболее чувствительными к наличию аномальных зон должны быть каналовые волны, так как они концентрируются в угольном пласте. Ширина спектра сигнала при увеличении резкости акустической границы изменяется незначительно для вех типов волн.

Колебательный процесс отраженной части волнового поля в значительной степени концентрируется в области угольного пласта из-за более резкой отражающей границы в угле. Моделирование функционально от-ража ет все рассмотренные горногеологические условия.

Как правило, зоны трещиноватости создают более резкую отражающую границу и соответственно более мощный отраженный сигнал.

Влияние зон трещиноватости на параметры отраженных волн показывает идентичность механизмов формирования отраженных сигналов как от зон ПГД, так и от зон трещиноватости и совпадение информативных параметров.

Экспериментальные исследования влияния горного давления и трещиноватости на параметры сейсмоакустических волновых полей.

Экспериментальные исследования влияния горного давления и трещиноватости на параметры сейсмоакустических волновых полей производили в несколько этапов и были направлены на экспериментальную проверку полученных теоретических зависимостей и разработку сесмоакустичеких критериев прогноза зон ПГД и трещиноватости методами сейсмопросве-чивания, а так же локальных зон ПГД и зон трещиноватости методом отраженных волн.

Для исследования влияния величины горного давления, распределенного по всей длине луча сейсмопросвечивания, были проведены шахтные эксперименты.

Исследования влияния зон опорного давления при отработке лав на параметры проходящих волн проводились методом сейсмопросвечивания в сочетании с замерами изменения напряженно-деформированного состояния скважинными деформометрами. С помощью зарядов взрывчатых веществ инициировались упругие колебания массива.

Оценка влияния зоны опорного давления на кинематические и динамические параметры волновых пакетов производилась путем сопоставления регистрируемых показаний скважинных деформометров и регистрируемых цифровой сейсморазведочной станцией и сейсмоприемниками с У-и Х-поляризацией сейсмоакустических волновых полей.

Экспериментальные исследования проводились на шахтах: «Ко-мунист» ПО "Октябрьуголь", им. Засядько, пласт 11? ПО "Донекцуголь", «Центральная» ПО "Воркутауголь".

Волновые пакеты наиболее четко выделялись при фильтрации в частотных диапазонах: 130-180 Гц, 170-200 Гц и 210-260 Гц. На волновой картине Х- и У-компонент четко выделяются два волновых пакета боковых Р- и БУ-волн.

Измерения, анализ и обработка сейсмоакустического волнового поля совместно с зарегистрированными показателями деформометров показали, что максимум модуля амплитуды, частота максимума амплитудного спектра, длительность сигнала в зоне максимального опорного давления превышают средние (фоновые) значения этих параметров на 55-|1 90% . Выделенные сейсмоакустические аномальные зоны достаточно точно коррелируют с зоной ПГД, зарегистрированной скважинными деформометрами.

1 Анализ результатов экспериментальных и теоретических иссле-

дований свидетельствует о том, что наиболее чувствительными к колебаниям горного давления сейсмоакустическими параметрами являются:

-длительность волновых пакетов;

- частота максимума амплитудного спектра (смещение ее в область высоких частот);

-скорость первого вступления и максимума огибающей волновых пакетов боковых Р-волн;

- максимум модуля амплитуды.

Рост значений информативных параметров достаточно четко коррелирует с ростом опорного давления, регистрируемого скважинными де-формометрами. Наиболее сильная взаимосвязь устанавливается с вертикальной составляющей тензора напряжений. Были выделены зоны ПГД: максимальная, полученная на участке с песчаником в кровле пласта-2,5уН и минимальная с алевролитом в кровле пласта-1,3 уН.

Исследование влияния повышенного горного давления, распределенного в плане выемочного столба на параметры проходящих волн. Целью исследований являлось получение прогнозных оценок расположения ПГД и тектонической нарушенное™ пласта № 7, шахты № 8 Да-тунского угольного бассейна КНР. Горно-геологические условия в реферате уже описаны. Сейсмопрогноз проводился методом сейсмопросвечива-ния. Волновое поле регистрировалось одновременно на 13 двухкомпо-нентных (X ,У) геофонах.

Полученные частотные диапазоны для анализируемых волновых пакетов имеют следующие значения:

- боковая Р-волна информативна в диапазоне 140-200 Гц;

-боковая 8-волна информативна в диапазоне 120-220 Гц;

-каналовая волна Лява информативна в диапазоне 180-230 Гц.

Одновременно с этим было проведено томографическое восстановление динамических и кинематических волновых параметров в плане оконтуренного участка угольного пласта. Информативными являются следующие параметры:

- скорость максимума огибающих волновых пакетов боковых Р-волн, выше фоновых на 8%;

- максимум модуля амплитуды боковых Р-волн выше фоновых на 35%;

-частота максимума амплитудного спектра боковых в-волн выше фоновых на 26 %.

-Как показывают результаты совместного анализа отработки выемочного столба и интерпретации сейсморазведочного материала, большинство аномальных зон связано с зонами ПГД инициирующими выбросы различной мощности.

Исследование влияния зон трещиноватости и зон повышенного горного давления на параметры отраженных волн.

Влияние зон трещиноватости на формирование отраженного волнового поля проводилось в условиях уже описанных в реферате шахты № 8 Да-тунского угольного бассейна КНР.

Анализом выполненных измерений установлено, что волновое поле содержит три типа волн: продольная боковая Р-волна (скорость 2400

м/с и частота 120 Гц), поперечная боковая S-волна (скорость 1600 м/с и частота 200 Гц) и каналовая волна Лява (скорость 850 м/с и частота 160 Гц).

Путем сопоставления серии построенных на плане горных работ отражающих площадок, полученных при анализе каналовых волн, установлено, что методом отраженных волн можно обнаружить не только мощные тектонические нарушения, что было доказано другими работами, но и зону дробления углепородного массива. Эта зона образовалась вокруг серии малоамплитудных тектонических нарушений.

Влияние зон повышенного горного давления на формирование отраженного волнового поля было исследовано на шахте им. Скочинского ПО " Донецуголь "на пласте h'e , 3 восточной лаве, западной панели. Анализом полученных измерений с помощью программы "КРОТ " волновое поле было разделено на три волновых пакета со скоростями: V! =2000 м/с, V2 =1400 м/с, V3 = 1200 м/с.

На разрезах достаточно четко выделяются две отраженные границы зон, что свидетельствует о скачке физико-механических свойств. Впоследствии при отработке в этих зонах происходило значительно большее обрушение (" вывалы") пород кровли.

На основании проведенных исследований были разработаны критерии прогноза зон повышенного горного давления методом сейсмопрос-вечивания, определяемого по следующим наиболее информативным параметрам:

1) скорость первых вступлений всех типов боковых волн возрастает адекватно росту эффективных упругих констант;

2) скорость максимумов огибающих волновых пакетов всех типов волн зависит от величины изменения эффективных упругих констант и резкости акустических границ;

3) разность времен прихода боковых Р- и SV-волн на Х- и Z-компонентах;

4) длительность волновых пакетов всех типов боковых волн;

5) частота максимума амплитудного спектра волновых пакетов всех типов волн;

6) амплитуда волновых пакетов всех типов волн.

i Прогноз локальных зон повышенного горного давления и зон тре-

щиноватости методом отраженных волн: наиболее информативной является каналовая волна Лява, затем боковые SH- и Р-волны.

I Разработана методика проведения сейсморазведочных работ по про-

гнозу аномально-напряженных зон, состоящая из семи этапов производства исследований: сбор информации о свойствах угольного массива, разработка сейсмологической модели, моделирование и анализ полного волнового поля, разработка методики шахтных исследований, шахтные исследования, анализ шахтных исследований, составление рекомендаций.

Исследования по интегральной оценке физико-механических и реологических свойств массива горных пород сейсмоакустическим методом. Развитие исследований с помощью разработанной модели сейс-моакустического волнового поля, представленной в первом разделе реферата, позволило адаптировать ее для определения интегрально усредненных параметров углепородного массива и на участках его нарушения: коэффициентов пористости и проницаемости, декрементов поглощения, плотности, коэффициентов вязкости среды, упругих постоянных Ляме и времени релаксации.

Совместный анализ уравнений, описывающих колебательные процессы в анизотропной - поглощающей и пористой многофазной среде, позволил установить взаимосвязь сейсмоакустических, физико-механических и реологических параметров угольного пласта и вмещающих пород. Так, для волн вН-поляризации получены следующие зависимости:

Л41

2„г

+ ЙГГ

I . I \ <12>>

(1 + ^й>2т2)+ 1(1 + £а,2т2)2 +й>2т2(1-4)2

1+о2г2

М/ 6 11 — н Н} ( /10Ч

а= —, _ -— . / , (13).

V р V р р

где с5 - скорость распространения максимума огибающей волнового пакета БН-волн;

ц - эффективный упругая константа, описываемая зависимостями (5),(6И7);

р= (1-Кп)р]+ р2рКп - эффективная плотность горной породы; р-(1-К„)р1 - эффективная плотность скелета горной породы; со - частота максимума амплитудного спектра волнового пакета; т - время релаксации; ___РьР2 - абсолютные плотности скелета и флюида, заполняющего поры и микротрещины;

р - отношение объемов пор, заполненных флюидом, к общему объему пор;

Кп - пористость горной породы.

На основании исследования взаимосвязи параметров анизотропной -поглощающей и пористой среды определены коэффициенты "вязкости" т] и Ц], входящие в релаксационные временные параметры среды - т и 0.

Следует отметить, что коэффициент пористости является наиболее общим параметром, от которого зависят реологические и физико — механические характеристики массива.

После упрощения выражения (12) и (13) получим следующие зависимости:

42со9(\-у)^\ +9г

■¡цГр^+Рг

1 +

3\1 -ГУ

(1 + гэгу

л/2Л/1-52

где

1-7

1 + -

РгРК.

аО-Ж.)

В таблице 2 приведены расчетные физико-механические и реологические параметры в зависимости от коэффициента пористости среды К„.

Данные получены для угольного пласта с плотностью угля р1 = 1400кг/м}, при заполненности пор водой р2=1000 кг/м3, ц рассчитывается на основании зависимостей (5), (6) и (7). В таблице индексы 1,2,3 означают, что расчеты выполнены при частотах сейсмоакустического прозвучивания 50,300, 1000 Гц.

Таблица 2

Расчетные физико-механические и реологические параметры

)

Тип параметра Пористость, Кл, %

5 10 15 20 25 30

1 2 3 4 5 6 7

У 0,964 0,926 0,888 0,848 0,808 0,766

& 0,026 0,054 0,084 0,117 0,151 0,189

сз 1000,2 969,67 939,74 910,44 881,61 823,72

0,47-10"4 2,06-10"4 5,01-Ю"4 9,79-10ц 16,5-Ю"4 26,1-Ю"4

2,8-Ю"4 12,4-10^ 30,1-10^ 58,8-10"' 99,МО"4 0,023

9,36-Ю-4 41,2-Ю"4 0,01 0,0196 0,033 0,0522

19,15 82,97 199,5 386,0 643,7 1008,1

1 2 3 4 5 6 7

ъ,т 13,84 33,26 64,33 107,4 168,0

ГвзДО-* с 0,953 4,152 9,974 19,3 32,21 50,4

21,6 5,206 2,258 1,222 0,769 0,518

3,628 0,867 0,376 0,204 0,128 0,086

в33, с 1,088 0,26 0,113 0,061 0,038 0,018

Из анализа таблицы 2 следует, что увеличение коэффициента пористости вызывает резкий рост декремента затухания.

Отметим, что коэффициент пористости влияет и на другие параметры состояния среды характеризующих вязко-упругие свойства углепород-ного массива (рис. 3).

и,-10"2 у

Кп,%

К„,%

Рис. 3. Влияние коэффициента пористости на: а) модуль сдвигац, б) коэффициент поглощения а3, в) декремент затухания 9, г) относительную безразмерную плотность твердой фазы среды у, д,е) релаксационные параметры г5 и в5, характеризующих вязко-

упругие свойства

Установлено, что затухание сейсмоакустического колебательного процесса определяется двумя факторами: высокочастотные колебания -временем релаксации т по законам вязкого трения Кельвина-Фойгга и низкочастотные колебания временем реалаксации 9 вязких потерь по уравнениям Максвелла затухания волн в вязкой жидкости.

Анализ расчетных значении х и 9 показал, что 9 превышает на несколько порядков т. Исследования подтвердили возможность получения рассматриваемых величин только по сейсмоакустическим данным.

Исходя из изложенного, разработана методика определения свойств массива в нескольких вариантах. Приведем вариант определения физико-механических и реологических свойств массива исходя из использования декремента поглощения энергии колебательного процесса:

1. Декремент поглощения энергии колебательного процесса в пласте

<о

2. Значение относительной плотности скелета породы определяется выражением

3. Значение коэффициента пористости пласта находится по формуле

к__

где

РгР

Здесь р,- плотность скелета породы; р2- плотность флюида в порах и микротрещинах породы; р - отношение объемов пор, заполненных флюидом к общему объему пор.

4. Значение средней плотности исследуемого участка пласта согласно формуле

Р = Р^-К„) + р2рКп.

5. Величина времени релаксации определяется зависимостью

2а,с3

5 (1 + у)а>2 '

6. Постоянную релаксации в3 рассчитываем по формуле в.. 1

со2ух$ '

7.3начение коэффициента проницаемости найдем по выражению:

Рг

где V- величина коэффициента вязкости флюида.

8. Величины эффективных упругих констант Ламе определяются по формулам

М = рс*21

Л = р(ср2- 2с/).

9. Определение коэффициентов уравнения колебаний анизотропной - поглощающей среды.

Коэффициент, учитывающий вязкость породы (угля), находим по формуле

„ Р

________

Коэффициенты, учитывающие вязко-упругость породы (угля) определим по выражениям:

у", = И*в ,

А, = Ят5.

Установлено, что количественные значения времени релаксации для угля имеют порядок 10 ~6—10"4 с.

Сейсмоакустический прогноз газодинамических явлений при выемке угольных пластов.

Исследованиями, проведенными ИФЗ АН СССР, ИГД им А.А. Ско-чинского и ВНИМИ, установлено, что амплитудно-частотные спектры ес-

тественных импульсов на пластах склонных к ГДЯ, располагаются в диапазоне частот 100-1600 Гц.

Перед внезапными выбросами угля и газа частота естественных импульсов повышается в 1,5-2 раза. Наблюдается снижение частоты естественных импульсов перед горными ударами. Увеличение максимума модуля амплитуды в амплитудно-частотном спектре с повышением напряженности угольного пласта (ростом степени выбросоопасности) объясняется снижением поглощения в угле и увеличением добротности сигнала как на основной частоте, так и в области гармонических составляющих его спектра.

Сейсмоакустический контроль выбросо-удароопасности угольных пластов осуществляется на основании измерений амплитудно-частотных характеристик колебательного процесса горного массива, инициируемого выемочными машинами или буровым агрегатом, происходящего в приза-бойной части угольного пласта.

Исходной информацией для контроля ударо-выбросоопасности угольных пластов является отношение амплитуды высокочастотной составляющей спектра А„ к амплитуде низкочастотной составляющей спектра Ан.

К=А„/А„.

Экспериментальными исследованиями установлено, что амплитудно-частотная характеристика пласта не зависит от способа возбуждения колебаний (комбайном, отбойным молотком и др.). Спектр искусственного сигнала при работающих в забое механизмах отражает амплитудою- частотную характеристику угольного пласта и вмещающих пород.

Это подтверждено исследованиями в различных горно-геолоческих условиях и установлено, что реальная выбросоопасная зона пласта характеризуется большой изменчивостью его АЧХ, особенно миграцией основной частоты и появлением преобладающей высокочастотной составляющей. Поэтому в основу методики прогнозирования положено определение величины К в невыбросоопасной части пласта и затем его изменение при появлении признаков выросоопасности.

Испытания метода акустического контроля выбросоопасности угольных пластов и аппаратуры АК-1 производилось в течении 1986 -1998 гг. на шахтах производственных объединений "Донецкуголь ", "Макеев-уголь " , "Артемуголь ", "Краснодонуголь" и " Карагандауголь ". При этом выбросов в спокойной по прогнозу зоне не было. Ошибки по отсутствию выброса в опасной по прогнозу зоне составили 1,0-9,0%.

Выполненные исследования подтвердили надежность и достоверность сейсмоакустического прогноза выбросоопасности и выявили ряд факторов, обусловливающих перспективность сейсмоакустического контроля выбро-

соопасности горных работ в подготовительных и очистных выработках, основными из которых являются:

1. Хорошая корреляция между состоянием массива (плотностью, на-рушенностью, напряженностью массива горных пород) и частотно-энергетическими характеристиками колебательного процесса, возбуждаемого в массиве (амплитудой, частотой, длительностью, параметрами затухания).

2. Возможность изучения достаточно большого региона без внедрения в массив (в пределах радиуса действия сейсмоприемников).

3. Непрерывный контроль в отличие от дискретных оценок состояния массива, получаемых при замерах штыба, или газодинамических характеристик.

4. Возможность контроля непосредственно в режиме реального времени (в процессе) проведения выработок, добычи угля, бурения шпуров и скважин, выполнения Других технологических операций.

5. Возможность наземной регистрации акустических процессов и воспроизводимость исходной информации.

При оценке степени выбросоопасности в режиме реального времени прогноз характеризуется значением относительного коэффициента выбросоопасности для конкретного времени и места регистрации колебательного процесса при ведении проходческих и очистных работ. При непрерывном процессе выемки пласта эти участки будут соответственно изменяться. Поэтому прогноз выбросоопасности соответственно должен быть непрерывным при работе выемочных машин. Этот процесс обеспечивается при наличии автоматического контроля.

Выполненный цикл исследований позволяет утверждать, что отдельные сейсмоакустические методы прогноза строения и состояния массива горных пород могут быть объединены в технологию сейсмоакустического прогнозирования reo- и газодинамических явлений.

Концепцию технологии сейсмоакустического прогнозирования газодинамических явлений (ГДЯ) в угольных шахтах можно сформулировать следующим образом: для повышения эффективности и надежности контроля состояния угольного пласта и прогноза внезапных выбросов угля и газа необходимо:

-последовательное применение регионального, локального и текущего сейсмоакустических методов;

-обеспечение непрерывного автоматизированного и комплексного сейсмоакустического контроля выявленных региональными и локальными методами аномальных зон, потенциально опасных по reo- и газодинамическим явлениям.

Одним из путей повышения надежности и достоверности контроля и прогноза состояния пласта является комплексный контроль по схеме воздействия - среда (пластовое месторождение) - реакция.

Разработанная технология сейсмоакустического прогнозирования reo- и газодинамических явлений в угольных шахтах, структурная схема которой представлена на рис. 4, подразделяется на несколько стадий (этапов), которые формулируются следующим образом:

-анализ геологического строения углепородного массива и физико-механических свойств пород по данным геологоразведочных работ;

-проведение сейсмоакустических исследований методами МСП и MOB с целью прогнозирования потенциально выбросоопасных зон горного массива;

-мониторинг сейсмоакустических процессов, сопровождающих проходческие и очистные работы (сейсмоакустическая эмиссия, сейсмоаку-стические процессы взаимодействия горных машин и массива горных пород) с целью прогнозирования reo- и газодинамических явлений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертации на основе разработанной методологии, включающей математическое моделирование сейсмоакустических волновых полей для установления априорных особенностей строения исследуемого горного массива, зон концентрации горного давления и трещиноватости, разработку методики шахтных сейсмоисследований и выбор измерительной аппаратуры, разработку информативных критериев, автоматизированную обработку, анализ и интерпретацию полученной информации о строении, на-рушенности, физико-механических свойств и аномально-напряженном состоянии углепородных массивов теоретически обоснована и решена научная проблема прогнозирования строения, свойств и состояния горного массива сейсмоакустическими методами при подземной добыче угля. Указанная проблема имеет большое экономико-технологическое и социальное значение для роста интенсификации производства и повышения безопасности горных работ в угольной отрасли.

Основные выводы и практические результаты работы:

1. Моделирование основывается на математическом описании процесса формирования и распространения сейсмоакустического волнового поля P-, SV- и SH-волн в углепородном массиве за счет введения в систему дифференциальных уравнений переменных эффективных упругих констант, зависящих от пространственных координат, трещинной пористости и степени концентрации горного давления.

2. В целях прогнозирования возможных критических ситуаций, связанных с нарушенностью, изменением напряженного состояния, содержания газа, трещиноватости и пористости угольного пласта, производится моделирование влияния состояния конкретного участка (лавы) на сейсмоакустические волновые поля и определяются условия их возникновения.

Рис.4. Структурная схема технологии сейсмоакустического прогнозирования ГДЯ в угольных пластах.

При прогнозировании выбросов угля и газа производится моделирование и анализ амплитудно-частотного спектра сейсмоакустического колебательного процесса, инициированного в угольном пласте выемочными машинами или буровым агрегатом. Согласно установленным критериям, оценивается вероятность возникновения данного явления.

3. Моделирование реализуется путем конечно-разностного разложения частных производных дифференциальных уравнений, приводящего при расчетах колебательного процесса к формированию модельных сейс-мотрасс, которые передают: 1)скорости первых вступлений волновых пакетов с погрешностью 1-2 % , 2)скорости максимумов огибающих волновых пакетов с погрешностью 3-4% , 3) форму амплитудного спектра и частотный состав различных типов волн с погрешностью 7-9%.

4. Сейсмоакустический контроль выбросо-удароопасности угольных пластов осуществляется на основании измерений амплитудно-частотных характеристик колебательного процесса, инициированного в угольном пласте выемочными машинами или буровым агрегатом, происходящего в призабойной области угольного пласта и зарегистрированного сейсмоаку-стическими датчиками.

5. Амплитудно-частотные характеристики искусственного сигнала представляются амплитудами в двух частотных диапазонах: 1) группа пластов с частотным диапазонами <400 Гц, >800 Гц, 2) группа пластов с частотным диапазонами <250 Гц, >550 Гц. Для определения амплитуд сигнала используются фильтры низких и высоких частот. Исходной информацией для контроля выбросо-удароопасности угольных пластов является отношение амплитуды высокочастотной составляющей спек-тра-Авк амплитуде низкочастотной составляющей спектра А„.

6. Установлено влияние повышения горного давления на изменение состояния угольного пласта:

- изменение эффективных упругих констант угля (возрастают на 85 и 60 % соответственно), что может приводить к снижению резкости акустических границ на 25%, увеличению акустической жесткости угля на 40% и вмещающих пород на 17 %, изменению структуры сейсмоакустического волнового поля и отдельных типов волн;

- в зависимости от свойств массива скорости продольных волн могут возрастать на 3-35% , а поперечных на 3-25% и в несколько раз снижаться коэффициент затухания.

7. Установлено, что при максимально возможном увеличении эффективных упругих констант в угольном пласте мощность отраженного сигнала составляют:

- для У-компоненты 9% от падающего;

- для Х- компоненты 2% от падающего (для зон трещиноватости мощность отраженного сигнала при тех же условиях значительно выше).

РОС НАЦИОНАЛЬНА«| БИБЛИОТЕКА I ,, С.Петербург |

09 »0 акт 3

8. Установлены аналитические зависимости между величиной диссипации, частотой колебаний, скоростями продольных и поперечных волн и свойствами массива: упругими постоянными Ляме, пористостью, временем релаксации и вязкими константами пласта на основе использования времени релаксации.

9. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований влияния свойств и состояния углепородного массива, а также аномальных зон на структуру сейсмоакустического волнового поля и параметры отдельных типов волн разработаны информативные критерии и методология прогнозирования.

10. Разработаны:

комплекс программ автоматизированной обработки, анализа и интерпретации данных сейсмоакустических исследований строения, нару-шенности и физико-механических свойств углепородных массивов;

комплекс программ математического моделирования формирования и распространения сейсмоакустического волнового поля в угольных пластах и вмещающих породах;

малогабаритный модуль сбора и передачи акустической информации из горных выработок в диспетчерскую горного предприятия;

макеты подсистем регистрации, обработки, анализа и интерпретации сейсмической и сейсмоакустической информации в рамках международного российско-польского проекта создания системы комплексного мониторинга безопасности;

технология сейсмоакустического прогнозирования газодинамических и геодинамических явлений при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

11. Достоверность основных выводов и результатов диссертации подтверждается их успешным использованием на шахтах Кузнецкого, Печорского и Донецкого угольных бассейнов при прогнозировании строения, физико - механических свойств и состояния углепородных массивов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Тиркель М.Г., Чеславский C.B., Захаров В.Н., Анциферов A.B. Комплекс программ для обработки на ЭВМ результатов пластовой сейсморазвед-ки//Каталог программных средств ГосФАП, 1987 № ГР 50870000376.

2. Исаков В.Ф., Захаров В.Н., Шулицкий П.В. Использование динамических параметров интерференционных волн при прогнозе геологических нарушений угольного пласта/ЛГехника и технология разработки угольных пластов Подмосковного бассейна. Науч. тр.: ИГД им.А.А. Скочинского, ПНИУИ, -Тула,1987.

3. Тиркель М.Г., Захаров В.Н., Чеславский C.B., Щеголева Т.А. О состоянии и направлении научно-исследовательских работ в области шахтной сейсморазведки.- Деп. в ЦНИЭИуголь 23.03.88 г., № 4472-уп.88.

4. Тиркель М.Г., Чеславский C.B., Захаров В.Н., Анциферов A.B. Пакет программ для обработки на ЭВМ данных шахтной сейсморазведки. -М.: ВНИИ-уголь. -ОФАП. -ИМ 49, 1988.

5. Захаров В.Н., Тиркель М.Г., Королева Л.И. Определение типа и параметров геологических нарушений угольных пластов с использованием шахтной сейсморазведки/ Совершенствование технологии горных работ и прогнозирования условий залегания угля на шахтах Подмосковного бассейна: Науч.тр.: ИГД им. A.A. Скочинского, ПНИУИ. - Тула, 1989.

6. Анциферов A.B., Захаров В.Н., Глухов A.A. Комплекс программ моделирования процесса распространения сейсмических волн в угленосной толще/ Каталог программных средств ГосФАП. - М., 1991. -№ ГР 50910000379.

7. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Глухов A.A. Анализ решения прямой задачи при сейсмопросвечивании нарушенного углепородного массива//Науч. со-общ./ИГД им. A.A. Скочинского.- М. 1994. -Вып.300. -С.55-62.

8. Захаров В.Н., Панчуков Н.Л., Козлов В.Н. Сейсмоакустические исследования строения и гидрогеологических свойств надугольных горных пород Подмосковного бассейна//Сб.науч. тр. ПНИУИ, - Новомосковск, 1997.

9. Захаров В.Н., Прогнозирование строения и гидрогеологических свойств надугольных горных пород//Науч. сообщ. /ИГД им. A.A. Скочинского. -Вып.306 - М., 1997.

10. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Строк Н.И., Скворцов А.Г. Новые результаты геолого-геофизического прогнозирования условий разработки угольных месторождений//П Международное рабочее совещание «Проблемы геодинамической безопасности». - С.-Пб.: ВНИМИ, 1997.

И. Ruban A.D., Zakharov V.N. StrokN.1. Geoloical and geophysical premises for detecting of gas reservoirs in strata International conference on coalbed methare tecgnologies of recovecy and utilisation. Poland-Katowice, 1998.

12. Захаров B.H., Загорский Л.С. Применение метода сейсмической томографии при анализе и интерпретации данных шахтной сейсморазвед-ки//Горная геофизика: Международная конф. - С.-Пб.: ВНИМИ, 1998.

13. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Хмара О.И. Контроль и прогнозирование состояния забоев, опасных по газодинамическим и геодинамическим явлениями (ГДЯ)//Международная конф. т. 1 : Охрана труда в подземных и открытых шахтах и рудниках. - Болгария: Варна, 1998. - С. 174-181.

14. Рубан А.Д., Захаров В.Н. Технология сейсмоакустического прогнозирования газодинамических явлений (ГДЯ) в угольных шахтах// Международная конференция. Горная геофизика. С.- Пб.: ВНИМИ, 1998.

15. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Строк Н.И. Новые подходы к прогнозированию и предотвращению горно-геологических осложнений в очистных вы-

работках //Технологии подземных горных работ: Науч. Сообщ. ИГД им. A.A. Скочинского. - Вып.308.- M., 1998.

16. Рубан А.Д., Захаров В.Н. Исследование зон повышенного давления (ПГД) в углепородных массивах сейсмоакустическим методом//Механика горных пород: Науч. сообщ./ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского. М., -1999. -Вып.313. -С.39-48.

17. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Фейт Г.Н., Хмара О.И. Оценка и контроль риска газодинамических явлений в шахтах//Труды 28 Международ, конф. Институтов по безопасности в шахтах. Румыния: -Синайа- 1999.

18. Захаров В.Н., Мартынюк А.Р. Исследование процесса распространения сдвиговых волн поляризации Лява в неидеально упругих средах//Деп. в ННЦ ГП-ИГД им. A.A. Скочинского, 19.01.2000. //Науч. сообщ.ИГД им. A.A. Скочинского.-М., 2000. - Вып. 314.

19. Захаров В.Н., Фейт Г.Н. Геомеханические и геофизические вопросы оценки перспективности извлечения метана из угольных пластов//П Меж-дун. конф: Сокращение эмиссии метана.- Новосибирск 2000 - С.373-378.

20. Захаров В.Н., Мартынюк А.Р. Определение физико-механических свойств горных пород при сейсмоакустическом прозвучивании углепород-ного массива/ Горн, инф.- аналитич. бюлл.- М., МГТУ. 2000. - Вып. 8.

21. Захаров В.Н., Мартынюк А.Р., Стариковский C.B. Разработка структурных схем и определение конфигурации локационного аппаратного комплекса поиска людей в завалах горных выработок//Борьба с авариями в шахтах: Сб. науч. тр.//Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. - Вып. 15. - С.81-83.

22. Ногих С.Р., Дурнин М.К., Захаров В.Н., Малинникова О.Н., Кумахов М.Г. О направлениях сотрудничества с ИРО, ИГД им. А.А.Скочинского, ИПКОН РАН в создании приборного обеспечения нового поколения для развития существующих методов исследования горного масси-ва//Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. СИБРЕСУРС - 2001: Материалы IV Междун. Научно-практической конференции. - Кемерово. 2001.

23. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Фейт Г.Н., Хмара О.И. Система комплексного мониторинга геодинамических явлений в шахтах.//Межд. конф. «Геодинамика и напряженное состояние недр земли». Новосибирск - 2001.

24. Зайденварг В.Е., Рубан А.Д., Захаров В.Н., Забурдяев B.C. Прогноз объемов извлечения метана на полях шахт Томь-Усинского и Мрасского районов Кузбасса//Уголь - 2001. - № 10. - С.15-18.

25. W. Mironowicz, S. Wasilewski, A.D. Ruban, M.M. Puchkov, V.N. Zak-harov, S.B. Romanchenko. The requirements of Polish-Russian system for process and safety monitoring. 29th International Conference of Safety in Mines Research Institutes. Szczyrk, Poland, October, 2001/

26. A.D. Ruban, V.N. Zakharov, W. Mironowicz, S. Wasilewski/ Polish-Russian integrated system for monitoring and control of safety condi-

йоп//Межд. научно-практической конф. «Проблемы ускорения научно-технического прогресса в отраслях горного производства»/ ННЦ ГП-ИГД им. A.A. Скочинского, М. - 2002.

27. Захаров В.Н., Харченко A.B. Влияние слоистого строения пород почвы и кровли на структуру полного волнового поля и параметры отдельных типов волн//Науч. сообщ. /ННЦ ГП-ИГД им. A.A. Скочинского. - М., 2002. -Вып. 321. - С.108-121.

28. Захаров В.Н. Сейсмоакустическое прогнозирование и контроль состояния и свойств горных пород при разработке угольных месторождений. М.: ФГУП ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского, 2002. -172 с.

29. Захаров В.Н., Харченко A.B. Влияние мощности угольного пласта на формирование полного волнового поля при шахтных сейсмоисследовани-ях. / Горн, инф,- аналитич. бюлл. - М.: МГТУ. 2003. - Вып. 3.

Валерий Николаевич Захаров

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ И ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ УГЛЕДОБЫЧЕ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 30.04.2003. Формат 60x90 1/16.

Печать цифровая. Бумага «Регйгтег» Печ. л. 2,5. Тираж 100 экз. Заказ 1735. Изд. № 100224 Отпечатано в ФГУП «Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ», 140010, г. Люберцы Московской обл., Октябрьский пр-т, 403. Теп. 554-21-86

i? «

i i

7 99 9

Содержание диссертации, доктора технических наук, Захаров, Валерий Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОГНОЗА И КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВ ГОРНОГО МАССИВА

1.1. Современные методы прогноза и контроля состояния и свойств горного массива

1.2. Анализ исследований состояния, свойств и нарушенности углепородного массива сейсмоакустическими методами

1.3.Моделирование сейсмоакустических волновых полей в анизотропных, трещиноватых и многофазных горных породах.

1.4. Анализ методов прогноза газодинамических явлений при выемке угольных пластов.

1.4.1. Газодинамические явления (ГДЯ) в угольных шахтах, при ведении горных работ.

1.4.2. Прогноз газодинамических явлений экспресс - методами.

1.4.3. Способы автоматизированного текущего прогноза вы-бросоопасности.

1.4.4. Акустический контроль состояния призабойной части угольного пласта.

1.5. Выводы и постановка задач исследований.

2. РАЗРАБОТКА СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ И СОСТОЯНИЯ УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА.

2.1. Характеристика состояния, физико - механических свойств и нарушенности углепородного массива.

2.2. Цели и задачи моделирования распространения сейсмоакустических волновых полей в углепородном массиве. 2.3. Постановка задачи моделирования сейсмоакустического волнового поля в углепородном массиве с зонами концентрации напряжений и трещиноватости.

2.4. Математическая модель сейсмоакустического волнового поля

2.5. Конечно-разностное представление математической модели

2.6. Исследования структуры и информативных параметров сейсмоакустического волнового поля в углепородном массиве.

2.6.1. Выбор и обоснование объектов исследований.

2.6.2. Зависимость параметров волнового поля от спектра источника колебаний.

2.6.3. Влияние мощности угольного пласта на формирование волнового поля при шахтных сейсмоисследованиях.

2.6.4. Влияние слоистого строения пород почвы и кровли на структуру сейсмоакустического волнового поля и параметры отдельных типов волн

2.7. Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ И ТРЕЩИНОВАТОСТИ УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА НА ПАРАМЕТРЫ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОГО ВОЛНОВОГО ПОЛЯ.

3.1. Влияние концентрации горного давления, распределенного по всей плоскости модели на параметры проходящего волнового поля.

3.2. Влияние локальных зон концентрации напряжений на параметры проходящего волнового поля.

3.3. Влияние локальных зон повышенного горного давления на параметры отраженного волнового поля.

3.4. Влияние локальных зон трещиноватости на параметры отраженного волнового поля. |

3.5. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ СТРОЕНИЯ, ЗОН ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ И ТРЕЩИНОВАТОСТИ УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА НА ПАРАМЕТРЫ СЕЙМОАКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН

4.1. Методические положения экспериментальных исследований

4.2. Использование метода сейсмической томографии при анализе и интерпретации данных шахтной сейсморазведки.

4.3. Исследования зон опорного давления на параметры проходящих волн

4.4. Исследование влияния повышенного горного давления, распределенного в плане выемочного столба на параметры проходящих волн

4.5. Исследование влияния зон трещиноватости и зон повышенного горного давления на параметры отраженных волн

4.6. Выводы.

5. ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ПРОГНОЗА ЗОН ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ И ТРЕЩИНОВАТОСТИ ГОРНОГО МАССИВА.

5.1. Критерии прогноза зон повышенного горного давления методом сейсмопросвечивания.

5.2. Критерии прогноза локальных зон повышенного горного давления и зон трещиноватости методами отраженных волн.

5.3. Методология проведения сейсморазведочных *р»абот по прогнозу аномально- напряженных зон.

6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ФИЗИКО - МЕХАНИЧЕКИХ И РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ.

6.1. Математическая модель сейсмоакустического волнового поля в анизотропной - поглощающей среде.

6.2. Исследование взаимосвязи параметров анизотропной — поглощающей и пористой среды.

6.3. Связь волновых и реологических параметров среды

6.4. Влияние пористости на физико-механические параметры среды

6.5. Методология определения релаксационных параметров rs

6.6. Конечно - разностные схемы уравнения анизотропной -поглощающей среды для двумерного случая.

6.7. Решение системы уравнений волн Р, SV и Релея методом конечных разностей в плоскости

6.8. Экспериментальное определение физико - механических и реологических параметров углепородного массива.

6.8.1. Методика определения физико-механическихи реологических параметров углепородного массива.

6.8.2. Обработка и анализ шахтных экспериментальных данных.

6.9. Выводы

7. СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ (ГДЯ) ПРИ ВЫЕМКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

7.1. Практическая оценка и контроль риска газодинамических явлений в угольных шахтах

7.2. Физические основы сейсмоакустического контроля и прогноза опасности газодинамических явлений.

7.3. Амплитудно-частотные характеристики активных и пассивных источников сейсмоакустической информации.

7.4. Отличительные особенности пластов в зоне, опасной по газодинамическим явлениям

7.5. Алгоритм сейсмоакустического контроля выбросо и уда роопасности угольных пластов.

7.6. Технология сейсмоакустического прогнозирования газо динамических явлений в угольных шахтах.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка методологии и обоснование критериев прогнозирования состояния горного массива сейсмоакустическими методами при подземной угледобыче"

Актуальность проблемы. Планирование рациональной технологии горных работ, параметров и порядка отработки месторождений производится на основе надежного прогноза горногеологических условий. Особое значение здесь имеет характеристика состояния и свойств угольного пласта и вмещающих пород.

При ведении геологоразведочных работ и последующей доразведки угольных месторождений, на основании информации получаемой при стандартной сетке расположения скважин, надежность описания свойств и состояния массива не превышает 50 % /1,3,4/.

Кроме того, в процессе ведения горных работ с появлением техногенной нарушенности в массиве происходит перераспределение напряженного состояния, дегазация, изменяются гидродинамические режимы подземных вод в обводненных горных пород и соответственно изменяются свойства и состояние горного массива /12-14/.

Поэтому на стадии эксплуатации широко применяется оперативный геофизический прогноз и контроль состояния и свойств массива. Средний уровень надежности сейсмоакустического прогноза в настоящее время достигает 75 - 78%. Усложнение горногеологических условий с увеличением глубины разработки месторождений, применение комплексной механизации выемки пластов, необходимость повышения безопасности горных работ требует увеличения надежности сейсмоакустического прогноза свойств и состояния горного массива. Одним из путей решения этой проблемы является разработка методологии и обоснование критериев прогнозирования состояния горного массива сейсмоакустическими методами путем моделирования волновых полей для шахтных условий более полно учитывающих пористость и упруговязкие свойства угольного пласта и вмещающих пород, и применения автоматизированной обработки результатов выполненных измерений. Применение автоматизированного сейсмоакустического мониторинга горного массива и оперативной обработки результатов выполняемых измерений позволяет интегрировать сейсмоакустический прогноз и контроль за состоянием и свойствами массива в качестве подсистемы в общешахтную систему автоматизированного контроля.

При этом разработку критериев прогноза и методику проведения сейсмоакустического прогнозирования и контроля состояния и свойств горного массива рационально проводить комплексно с использованием геомеханических методов.

Методы исследований. При решении поставленных задач в работе применен комплекс методов исследований: анализ и обобщение результатов, полученных в данной области; численные и аналитические методы математического моделирования сейсмоакустических волновых полей в угольных пластах и вмещающих породах; натурные экспериментальные исследования влияния строения, нарушенности и физико-механических свойств массива горных пород на сейс-моакустические параметры регистрируемых волновых полей в полевых и шахтных условиях; лабораторные научно-технологические работы по созданию и стендовым испытаниям новых типов аппаратуры для сбора и регистрации сейсмоа-кустической информации; компьютерная обработка, анализ и интерпретация сейсмоакустической информации, полученной в натурных экспериментах с помощью разработанных алгоритмов и программных комплексов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическое моделирование формирования и распространения сейсмоакустического волнового поля Р-, SV- и SH-волн в углепородном массиве реализуется путем введения в систему дифференциальных уравнений эффективных модулей упругости, передающих их зависимость от пространственных координат, трещинной пористости и степени концентрации горного давления.

2. Моделирование реализуется путем конечно-разностного разложения частных производных дифференциальных уравнений, приводящего при вычислении колебательного процесса к формированию модельных сейсмотрасс, которые передают: скорости распространения первых вступлений волновых пакетов с погрешностью 1-2%, скорости распространения максимумов огибающих волновых пакетов с погрешностью 3-4%, форму амплитудного спектра и его частотный состав различных типов волн с погрешностью 7-9% .

3. Структура сейсмоакустического волнового поля, регистрируемого в шахтных условиях, значения кинематических и динамических параметров отдельных типов волн определяются геологическим строением, физико-механическими и акустическими свойствами угольного пласта и вмещающих пород, а также амппитуднр-частотным спектром источника колебаний;

4. Определение условий и вероятности возникновения критических ситуаций при очистных и проходческих работах, приводящих к изменению напряженного состояния, трещиноватости, пористости и содержания газа в уг-лепородном массиве достигается моделированием сейсмоакустических волновых полей и их анализом с помощью разработанных критериев.

6. Установлено влияние повышения горного давления на изменение физико-механических и сейсмоакустических свойств угольного пласта и вмещающих пород: увеличение эффективных упругих констант X и ц на 85 и 60% соответственно, что может привести к снижению резкости акустических границ на 25 %, увеличению акустической жесткости угля на 40% и вмещающих пород на 17% , изменению структуры полного волнового поля и отдельных типов волн; в зависимости от свойств массива скорости продольных волн могут возрастать на 3-35%, а поперечных на 3-25% при этом коэффициент затухания может снижаться в несколько раз ; при максимально возможном увеличении эффективных упругих констант в угольном пласте мощности отраженных сигналов составляют: для Y компоненты 9%, а для X компоненты 2% от падающих.

7. Получены аналитические зависимости между величиной диссипатив-нопо затухания, частотой колебаний, скоростями продольных и поперечных волн и свойствами массива: упругими постоянными Ляме, пористостью, вреi менем релаксации и константами вязкости пласта на основе использования времен релаксации.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается: большими объемами результатов теоретических и экспериментальных исследований, не противоречащих известным фундаментальным закономерностям, описывающим геомеханические и сейсмоакустические процессы в углепородных массивах; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных расчетов (погрешность при оценке кинематических параметров <5%, динамических параметров <27%), выполненных численными методами; совпадением результатов статистической обработки расчетных данных с данными практики; значительным объемом сравнительного анализа результатов обработки и геолого-геофизической интерпретации исходной шахтной сейсморазведоч-ной информации методами, разработанными автором, с фактическим строением и состоянием углепородного массива полученным после отработки угольных пластов; положительными результатами лабораторных и производственных испытаний разработанных аппаратуры, алгоритмов и программных комплексов.

Научное значение работы состоит в:

-разработке методологии исследования, анализа и интерпретации сейс-моакустических волновых полей в горном массиве с целью прогнозирования его строения, состояния и физико-механических свойств;

-установлении закономерностей формирования и распространения сейс-моакустических волновых полей в углепородных массивах, имеющих различное строение и состояние;

Научная новизна работы заключается в следующем:

-разработано физико-математическое описание влияния изменения горного давления на сейсмоакустические волновые поля Р-, SV- и SH-волн в углепородном массиве, которое реализовано в модели прогнозирования свойств и состояния горного массива путем введения в систему дифференциальных уравнений переменных эффективных упругих констант как функций пространственных координат, трещинной пористости и степени концентрации горного давления;

- установлено, что критерием выбросоопасности при инициировании колебательного процесса в горном массиве выемочными машинами или буровыми агрегатами является появление в высокочастотной части спектра колебаний с длинами волн где Н - мощность волновода, образуемого границами угольный пласт - вмещающие породы или границами пород непосредственной и основной кровли и почвы, и преобладание над низкочастотной частью спектра для длин волн Ъ>Н. Критическое соотношение высокочастотной и низкочастотной частей спектра регистрируемых колебаний определяется геологическим строением и физико-механическими свойствами угольного пласта и вмещающих пород конкретного проходческого или очистного забоя;

- влияние зон трещиноватости на процесс формирования отраженных волн идентично процессу формирования отраженных волн от зон повышенного горного давления (ПГД). Качественное поведение информативных сес-моакустичеких параметров (амплитуда, частота, соотношение Акп/ Ап6 и AV Аб0) совпадает;

- установлено, что наиболее чувствительными сейсмоакустическими параметрами к колебаниям горного давления являются: скорость распространения первого вступления и максимума огибающей волнового пакета боковых Р волн, частота максимума амплитудного спектра, длительность волновых пакетов, максимум модуля амплитуды.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- разработан комплекс программ автоматизированной обработки, анализа и интерпретации данных сейсмоакустических исследований строения, нарушенное™ и физико—механических свойств углепородных массивов;

Реализация результатов работы.

Результаты работы использованы при разработке следующих нормативных и методических документов:

Инструкция по сейсмическому поиску и картированию зон обводненных геологических нарушений угольного пласта в выемочных столбах шахт Подмосковного бассейна», утверждена начальником ВО «Союзуглегеоло-гия», B.C. Борисовым, 1987 г.

Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа», РД 05-350-00, утверждена постановлением Госгортехнадзора России от 04.04.00 №14.

Техническое задание на разработку «Системы комплексного мониторинга безопасности-СКМБ, обеспечивающей оперативное распознавание и предотвращение взрывов метана-пылевоздушных смесей, контроль и прогноз гео- и газодинамических проявлений на горных предприятиях», утверждено Статс-секретарем, Заместителем министра энергетики РФ, Яновским А.Б., 2001.

Методические указания по технологии прогноза горно-геологических условий на базе геофизических методов на участках пластов, отрабатываемых с использованием высокоэффективных технологий», утверждена Руководителем департамента государственного регулирования производственно-хозяйственной деятельности и техники безопасности в угольной промышленности Минтопэнерго РФ, Кассихиным Г.А., 1998 г.

Комплекс программ для обработки на ЭВМ результатов пластовой сейсморазведки» //Каталог программных средств /ГосФАП. - М. - 1987. - № ГР 50870000376.

Комплекс программ моделирования процесса распространения сейсмических волн в угленосной толще //Каталог программных средств /ГосФАП. -М,- 1991. -№ГР 50910000379.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на ряде всероссийских и международных научных конференций и совещаний:

6 Всесоюзный семинар «Аналитические методы и применение ЭВМ в механике горных пород», г. Новосибирск, 1991, 1 Международная конференция «Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства», г. Тула, 1996, II Международное рабочее совещание «Проблемы геодинамической безопасности».-С.-Пб.: ВНИМИ, 1997, International conference on coalbed methane tecgnologies of recovecy and utilisation. Poland-Katowice. 1998, Международная конференция. С.-Петербург. ВНИМИ. 1998, 28 Международная конференция Институтов по безопасности в шахтах.

Синайа, Румыния. - 1999, II Междун. Конф. Сокращение эмиссии метана. I

Новосибирск. - 2000, IV Междун. научно-практическая конференция. Кемерово. 2001, Международная конференция. Новосибирск. - 2001, VI международная научно-практическая конференция "GEOINFOCAD 2002. Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологии для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель и объектов недвижимости".-Салоу, j I

Испания. 11-18 мая 2002 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 работы, в том числе 1 монография.

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, изложенных на 366 страницах машинописного текста, включая 74 рисунка, 30 таблиц, перечень литературы из 282 наименований и приложение.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Захаров, Валерий Николаевич

Основные выводы и практические результаты работы:

1. Моделирование основывается на математическом описании процесса формирования и распространения сейсмоакустического волнового поля Р, SV и SH волн в углепородном массиве за счет введения в систему дифференциальных уравнений переменных эффективных упругих констант, зависящих от пространственных координат, трещинной пористости и степени концентрации горного давления.

2. В целях, прогнозирования возможных критических ситуаций связанных с нарушенностью, изменением напряженного состояния, содержания газа,|трещиноватости и пористости угольного пласта производится моделирование влияния состояния конкретного участка (лавы) на сейсмоакустические волновые поля и определяются условия их возникновения. При прогнозировании выбросов у|гля и газа производится моделирование и анализ амплитудно - частотного спектра сейсмоакустического колебательного процесса инициированного в i

312 угольном пласте выемочными машинами или буровым агрегатом. Согласно установленным критериям оценивается вероятность возникновения данного явления.

3. Моделирование реализуется путем конечно-разностного разложения частных производных дифференциальных уравнений, приводящее при математическом моделировании колебательного процесса к формированию модельных сейсмотрасс, которые передают: 1)скорости первых вступлений волновых пакетов с погрешностью 1-2 % , 2)скорости максимумов огибающих волновых пакетов с погрешностью 3-4% , 3) форму амплитудного спектра и частотный состав различных типов волн с погрешностью 7-9%.

4. Сейсмоакустический контроль выбросо - удароопасности угольных пластов осуществляется на основании измерений амплитудно- частотных характеристик искусственного сигнала, инициированного в угольном пласте выемочными машинами или буровым агрегатом, прошедшего по призабойной области угольного пласта и зарегистрированного сейсмоакустическими датчиками.

5. Амплитудно - частотные характеристики искусственного сигнала представляются амплитудами в двух частотных диапазонах: 1) группа пластов с частотным диапазонами <400 Гц, >800 Гц, 2) группа пластов с частотным диапазонами <250 Гц, >550 Гц. Для определения амплитуд сигнала используются фильтры низких и высоких частот. Исходной информацией для контроля выбросо- удароопасности угольных пластов является отношение амплитуды высокочастотной составляющей спектра- А в к амплитуде низкочастотной составляющей спектра Ан.

6. Установлено влияние повышения горного давления на изменение состояния угольного пласта:

1) изменение эффективных упругих констант угля (возрастают на 85 % и на 60 % соответственно), что может приводить к снижению резкости акустических границ на 25%), увеличению акустической

313 жесткости угля на 40 % и вмещающих пород на 17 %, изменению структуры сейсмоакустического волнового поля и отдельных типов волн;

2) в зависимости от свойств массива скорости продольных волн могут возрастать на 3- 35%, а поперечных на 3- 25% и значительно снижаться коэффициент затухания.

• для Y- компоненты 9 % от падающего;

• для Х- компоненты 2% от падающего (для зон трещиноватости мощность отраженного сигнала при тех же условиях значительно выше).

9. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований влияния свойств и состояния углепородного массива, а так же аномальных зон на структуру сейсмоакустического волнового поля и параметры отдельных типов волн разработаны информативные критерии и методология прогнозирования.

10. Разработаны:

1) Комплекс программ автоматизированной обработки, анализа и интерпретации данных сейсмоакустических исследований строения, нарушенности и физико - механических свойств углепородных массивов;

2) комплекс программ математического моделирования формирования и распространения сейсмоакустического волнового поля в угольных пластах и вмещающих породах;

3) малогабаритный модуль сбора и передачи акустической информации из горных выработок в диспетчерскую горного предприятия;

314

4) макеты подсистем регистрации, обработки, анализа и интерпретации сейсмической и сейсмоакустической информации в рамках международного россииско - польского проекта создания системы комплексного мониторинга безопасности;

5) технология сейсмоакустического прогнозирования газодинамических и геодинамических явлений при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертации на основе разработанной методологии включающей математическое моделирование сейсмоакустических волновых полей для установления априорных особенностей строения исследуемого горного массива, зон концентрации горного давления и трещиноватости, разработку методики шахтных сейсмоисследований и выбор измерительной аппаратуры, разработку информативных критериев, автоматизированную обработку, анализ и интерпретацию полученной информации о строении, нарушенности, физико - механических свойств и аномально - напряженном состоянии углепородных массивов теоретически обоснована и решена научная проблема прогнозирования строения, свойств и состояния горного массива сейсмоакустическими методами при подземной добыче угля. Указанная проблема имеет большое экономико - технологическое и социальное значение для роста интенсификации производства и повышения безопасности горных работ в угольной отрасли.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Захаров, Валерий Николаевич, Люберцы

1. Рубан А. Д. Контроль строения и состояния горного массива с использованием сейсмического мониторинга при подземной и открытой угледобыче.// В сб. Международная конференция. Геофизика и современный мир-М. МГУ. 1993г.-С 148.

2. Миронов К. В. Справочник геолога угольщика. -М.: Недра, 1991.-363с.: ил.

3. Клишин Н.К., Пятаченко А.А., Ефименко А.А. Анализ нарушенности кровель Донбасса применительно к химическому способу упрочнения пород //Добыча угля подземным способом. 1980 - N11.-с.28-31.

4. Технология разработки нарушенных угольных пластов / Киржнер Ф.М., Скуба В.Н., Козлонов Е.М., Левкович П.Е. -Якутск: ЯФ СО АНСССР. 1983.-158с.

5. Козлонов Е.М., Середенко М.И., Терехов С.Д. Переход геологических нарушений механизированными комплексами на шахтах Кузбасса: Обзор. -М.: ЦНИЭИуголь, 1975.-44с.

6. Пряшников В.К., Сокуров B.C.,Щербаков Т.М.и др. К вопросу типизации шахтопластов Кузбасса //Подземная разработка мощных угольных пластов. Кемерово: Куз.ПИ,1980.-С.23-32.

7. Ходжаев Р.Ш. Экономическая оценка разработки нарушенных угольных пластов. М.: Недра, 1978 - 156с.

8. Ходжаев Р.Ш. Совершенствование схем подготовки шахтных полей в сложных горно-геологических условиях и методы их оценки: Обзор.- М.: ЦНИЭИуголь, 1980.-41с.

9. Немкин А.Ф., Попов Н.И. Количественная оценка мелкоамплитудной нарушенности угольных пластов // Изв. вузов. Горн. журн. 1978.- N4.- с.32 -34.

10. Немкин А.Ф. Выявление мелкоамплитудных тектонических нарушений на шахтах Карагандинского бассейна // Там же. -N1 с. 3-6.

11. Гречухин В.В., Топорец С.А. Закономерности изменения физических свойств пород угленосных формаций. Угленосные формации и их генезис. -М.: Наука. 1973.-с.173-185.

12. Гречухин В.В., Воеводин Б.И., Дараган В.Н. и др. Петрофизические исследования угленосных отложений Донецкого бассейна //Советская геология. 1985. N11 - с.89-101.

13. Гречухин В.В., Воеводин Б.И. Дараган В.Н. и др. Петрофизическая характеристика отложений с коксующимися углями Донбасса //Советская геология. 1986, - N9.- с.99-108.

14. Гречухин В.В. Изучение угленосных формаций геофизическими методами М.: Недра, 1980.- 360с.

15. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Недра, 1975.-535с.

16. Феменко Н.Е. Петрофизические особенности пород угольных месторождений в зонах разрывных нарушений: Автореф. дис. канд. геол.- минер, наук. М: МГУ, 1976. 22с.

17. Обеспечение эффективного применения комплекса новых методов геофизических исследований скважин для подсчета запасов угля в Печорском, Донецком и Кузнецком бассейнах (в III частях): Отчет о НИР (заключит.)/В НИИГИС:

18. Руководители Климов А. А. (Печорский бассейн). Воевода Б. И. (Донецкий бассейн), Вайтус Б.И. (Кузнецкий бассейн) -XI -2/641-81; №ГР81021685 Октябрьский, 1983.-632с.

19. Ольховатенко В.Е. Инженерно- геологические условия строительства крупных карьеров в Кузнецком угольном бассейне.- Томск: Томский университет, 1976.-216с.

20. Шиморина Е.Ф. Минералого-петрофизические особенности пород и углей из приразрывных зон (на примере Кузбасса):Автореф. дис. канд. геол.-минер. наук.-М.: МГУ, 1977.-24с.

21. Гзовский М.В. Современные возможности оценки тектонических напряжений в земной коре //Тектонофизика и механические свойства горных пород. М.: Наука, 1971. - с. 196.

22. Катков Г.А., Кусов А.Е., Кутаева Г.С. Моделирование напряженно -деформированного состояния кровли в очистных забоях. — М., 1995. 30 с.

23. Глушко В. Т., Ямщиков B.C. Яланская А. А. Геофизический контроль в шахтах и тоннелях. -М.: Недра. 1987.- 278 с.

24. Протодьяконов М.М., Чирков С.В. Трещиноватость и прочность горных пород в массиве.- М.: Наука, 1964.

25. Ардашев К.А. и др. Методика изучения трещиноватости осадочных горных пород применительно к решению задач управления горным давлением. Труды ВНИМИ, сб.51. 1964.

26. Куваев И.Н. Особенности методики изучения и характеристики трещиноватости массива горных пород для оценки его устойчивости. Труды ВНИМИ, сб. 32, 1958.

27. Ардашев К.А., Ахматов В.И., Катков Г.А. Методы и приборы для исследования проявлений горного давления. М.:Недра, 1981. 129с.

28. Заборовский А.И. Электроразведка. М.:Гостоптехиздат,1963.

29. Краев А.П. Основы геоэлектрики. М.: Недра, 1965.

30. Пархоменко Э.И. Электрические свойства горных пород.- М.: Недра. 1965.

31. Комплексирование геофизических методов при решении геологических задач /Под ред. Никитского В.Е., Бродового В.В. 2-е изд. перераб. и доп.-М.: Недра, 1987.-471с.

32. Моисеенко У. И. Соколова JI. С., Истомина В.Е. Электрические иIтепловые свойства горных пород. Новосибирск.: Наука 1970.

33. Дальнов А. С. Исследование применимости и обоснование электрометрического метода эффективного сопротивления для прогноза горных ударов /Дисс. на соиск.уч.степ. канд. техн. наук. Пермь, фонды ППИ. 1972.

34. Петухов И.М., Смирнов В.А., Винокур Б.Ш., Дальнов А.С. Геофизические исследования горных ударов. М.: Недра, 1975, 136с.

35. Ямщиков B.C. Контроль процессов горного производства.- М.: Недра, 1989,-446с.: ил.

36. Буршан В. Р. Теория электромагнитных полей применяемых в электроразведке. JI.: Недра, 1972.

37. Ва'рлашов Н.м., Лобанов Е.М. К вопросу изучения неоднородных сред методами электроразведки на постоянном токе. Труды ВСЕГИНГЕО, вып.97. М.: 1975.

38. Павлова Т.А. Определение водопроводимости водоносных горизонтов и коэффициентов перетекания слабопроницаемых слоев с помощью метода ВЭЗ. Изв. вузов, "Геология и разведка", N3. 1977.

39. Силаева О.И. Исследование с помощыЪ ультразвука скоростей распространения упругих волн и упругих параметров в образцах горных пород при одностороннем давлении Труды ИФЗ АН СССР. 1962. N 27.

40. Мячкин В.И. Ультразвуковые исследования напряженного состояния и свойств горных пород в массиве. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. М., фонды ИФЗ АН СССР. 1965.

41. Физические свойства минералов и горных пород при высоких термодинамических параметрах: Справочник /Бакж Е.И., Томашевская И. С. Доiбрынин В.М. и др. Под ред. Воларовича М.П. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Недра, 1988.-255с.: ил.

42. Дахнов В.Н. Геофизические методы определения коллекторских свойств и нефтегазонасыщения горных пород. М.:Недра, 1985.

43. Проскуряков В.М., Бляхман А.С. Сейсмические методы исследоваI319ния напряженного состояния горного массива. М., Недра, 1983.

44. Свойства горных пород при различных видах и режимах нагружения / Берон А.И., Ватолин Е.С. Койфман М.И. и др. М., Недра, 1984.

45. Турчанинов И.А., Панин В.И. Геофизические методы исследования напряженного состояния пород. JI., Наука, 1976.

46. Григорьев В.Е., Любич Г.А. Сидоров А.А. Промышленная оценка тектонически нарушенных угольных месторождений.- Уголь, 1986. с.53-54.

47. Чечель А.С. О повышении сейсмоактивности в невыбросоопасной зоне. Уголь Украины, 1985. - N 4. - с.31.

48. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений: Уч. пособие для вузов. 2-ое изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1994 - 382 е.: ил.

49. Азаров Н.Я. Шахтная сейсморазведка угольного пласта: Автореф. дис. доктора геол.минер.наук/МГУ. М.1985. -53с.

50. Кейлис-Борок В. И. Интерференционные поверхностные волны. -М.: Изд-во АН СССР, I960.-327C.

51. Кгеу Т.О. The cannal waves as a tool of applied geophysics In coal min-ing.-Geophysics.l963,v.28,part 1. p.701-714.

52. Крупин B.E. Выделение участков пластов с нарушенной структурой угля сейсмическим методом // Вопросы безопасности в угольных шахтах: М.:Недра, 1965.

53. Крупин В.Е., Мурзазилов Т.Д. Спектральные особенности упругих колебаний вблизи тектонических нарушений в угольных пластах,-ФТПРИ.1983. N1. - с.24-28.

54. Thomson W.J. Transmission of elastic waves through a stratifield solid 1 medium.-J.Appl.Phys.,21.1950.p. 89-93.

55. Haskell N.D. Radiation pattern of surface waves from point sourses In a multilavered medium.-Bull. Seism. Soc. Am.vol. 54. N1. 1965. p.377-393.

56. Азаров Н.Я. Геофиз!ческие методы прогнозирования горногеологических условий эксплуатации угольных месторождений ПодмосковIного бассейна: Автореф. дис.канд.геол.-минер, наук / МГУ. М. 1978. - 18с.

57. Поляков В.К. Исследование сейсмического метода прогноза нарушенности угольного пласта с использованием интерференционных волн: Автореф. дис. канд.техн.наук / МГИ-М. 1980. 21с.

58. Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: Недра, 1982. - 182с.

59. Гильберштейн П.Г., Почтовик B.C. Математическое моделирование релеевских волн в слоисто-однородной среде // Изв. ВУЗов. Сер. Геология и Разведка: Сб. науч.тр. / МГРИ.- М., 1973. N8. - с.89-98.

60. Abo-Zena A. Dispersion function computations for unlimited frequency values. -- Geophysics J.R. Astr.Soc, 1979, N58. p.91-105.

61. Левшин А.Л. Поверхностные и каналовые сейсмические волны.-М.: Недра. 1973.- 144 с.

62. Шемякин Е.И. Сейсмический эффект подземного взрыва./ЛГруды Института динамики геосфер РАН./Нестационарные процессы в верхних и нижних оболочках земли. М., 2002.

63. Гильберштейн П.Г. Губанова Г.В., Гурвич И.И. Интерференционные волны в криволинейном волноводе с резкими границами.// Изв. АН СССР,Сер. Физика Земли. 1974. -N11 .-с.79-82.

64. Поверхностные сейсмические волны в горизонтально- неоднородной земле / Левшин А.Л., Яновская Т.Б., Ландер А.В. и др. М.: Недра, 1986.-287с.

65. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973.- 237с.

66. Киселев Н.Н. Прогнозирование горно-геологических условий разработки шахтных полей Мосбасса геофизическими методами: Автореф. дис.канд.геол,- минер.наук/МГУ.- м., 1981.-19с.

67. Дисперсия волн Лява и Релея в угольных пластах Подмосковного бассейна //Анциферов А.В., Жулябин В. И., Слепцов В. А. и др.//Изв. вузов. Сер. Геология и Разведка: Сб.науч.тр. /МГРИ.-М. 1980.-е. 151-159.

68. Кондратьев O.K. Сейсмические волны в поглощающих средах. -М.: Недра, 1986.-176с.,ил

69. Анциферов А.В. Разработка критериев и методики интерпретациисейсмоакустических данных для прогноза морфологических нарушенийIугольного пласта: Автореф. дис. канд. техн.наук / ИГД им. А.А. Скочинского, -М., 1988.-с.15.

70. Азаров Н.Я., Киселев Н.Н. Анализ основных прогнозных сейсмических критериев нарушенности угольного пласта.-ФТПРГШ. 1983.- N1.-с. 17-23.

71. Азаров Н.Я., Киселев Н.Н. К вопросу о выборе рационального комплекса параметров интерференционных волн при прогнозировании нарушенности угольного пласта.-ФТПРПИ,1983.-ЫЗ.-с.110-113.

72. Исаков В.Ф. Выявление карстовых нарушений и оценка их породы заполнителя и водонасыщенности сейсмопросвечиванием выемочных столбов: Автореф. дис. канд. техн. наук /ИГД им.А.А. Скочинского.-М.-1988.-22с.

73. Тиркель М.Г. Разработка метода прогноза нарушенности пластов с использованием боковых волн для повышения надежности шахтной сейсморазведки: Автореф. дис. канд. техн. наук /МГИ.- М.,1990,- 16с.

74. Глухов А.А. Разработка критериев прогноза тектонических нарушений угольного пласта на основе методов математического моделирования: Автореф. дис. канд. техн. наук /МГИ.-М.: 1992.-18с.

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

76. Аки.К., Ричарде П. Количественная сейсмология. Теория и методы. Т.2. Пер. с англ. М.: мир., 1983.-3б0с.

77. Разработать критерии обнаружения малоамплитудных нарушений угольного пласта: Отчет о НИР (заключительный) /ПНИУИ; РуководительI

78. Исаков В.Ф.- 0116115000; N ГР 01822064652; Инв. N 0285.0086723,- Новомосковск, 1985.-35Тс.

79. Ямщиков B.C., Ржевский В. В. Акустические методы исследований и контроля горных пород в массиве. М.: Наука, 1973.- 146с.

80. Ямщиков B.C., Назарова JI.M., Бауков Ю.Н. Геоакустика. Упругие волны в слоистых твердых телах. М.: МГИ, 1972.

81. Ямщиков B.C., Бауков Ю.Н. Геоакустика. Упругие волны в неоднородном массиве.-М.: МГИ, 19ТЗ.

82. Ямщиков B.C., Бауков Ю.Н. Геоакустика. Вопросы излучения упругих колебаний в массиве. Распространение упругих волн в волноводах.- М.: МГИ, 1975.

83. Ямщиков B.C. Волновые процессы в массиве горных пород. -М.: Недра, 1984.

84. Данилов В.Н., Вартанов А.З. Исследование кинематических характеристик каналовых волн Лява в плоскопараллельном и криволинейном волноводах // Комплексные исследования физических свойств горных пород и процессов горного производства /МГИ.- М., 1984.

85. Данилов В.Н. Особенности каналовых волн Лява, возбуждаемых в двумерном упругом цилиндрическом волноводе в массиве //Исследование физических свойств горных пород и процессов горного производства. Сб. науч. тр. / МГИ.-М, 1984.-С.64-67.

86. Вартанов А.З., Данилов В.Н. Об особенностях затухания каналовых волн Лява в криволинейных акустических волноводах в массиве //Интенсификация и контроль горного производства физико-химическими методами: Сб.науч.тр./МГМ.-М., 1985.-29с.324

87. Метлов Jl.С. Анализ поля боковых волн, регистрируемых в методах подземной сейсмики/УФ ВНИМИ.-Донецк,1981 .-ДЕП. во ВНИМИ. N 2036.-24с.

88. Метлов Л.С. Каналовые волны в методах подземной сейсмики /УФ ВНИМИ,-Донецк, 1981.-ДЕЛ. в ЦНИЭИуголь 04.05.81, N 2035.- 36с.

89. Метлов Л.С.Математическое моделирование волновых полей в шахтной сейсморазведке: Автореф. дис. канд.физ-мат.наук /МГУ.- М., 1987.-21с.

90. Азаров Н.Я. Основные применения интерференционных волн при прогнозировании геологических нарушений на шахтах Подмосковного бассейна// Геология и разведка угольных месторождений: Сб. науч.тр. /Тульский политехи. ин-т.-Тула, 1976.-с.91-96.

91. Alterman Z.,Karal F.C.,1968, Propagation of elastic waves In layered media by finite-difference methods.-Bull. Seim. Soc. Am. 58. 367-398.

92. Boore D.M. Finite-difference methods for seismic wave propagation In heterogeneous materials / Methods In computational physics. 1972, 11, B.A. Bait, ed., Academic Press, Inc.

93. Kelly K.R., Ward R.W., Treitel S., Alford R.M. Synthetic Seismograms,a finite-difference approach. Geophysics, 1976. 41, p.2-27.I

94. Korn M., Stock H. Reflection and Transmission of Love channel Waves at Coal Seam Discontinuitis Computed with A Finite-Difference Method.-J.Gejphls., 1982,50,p. 171-176.

95. Kenneth D.Mahrer An empirial study of Instability and Improvementof absorbing boundary conditions for the elastic wave equation.- Geophysics,1 ' 325vol.51, N7.

96. Aki К.,Lamer K.L. Surface motion of layered medium having an Irregular Interface due to Incident plane SH waves.- J.Geophys. Res. 1970. 75, p.933-954.

97. Smith W.D. A nonreflecting plane boundary for wave propagation problems.-J.Comp.Phys., 15, 1974, p.492-503.

98. Калиткин H.H. Численные методы.-М.:Наука.1978.-512c.

99. Самарский А.А. Теория разностных схем.-М.:Наука. 1983. -616c.

100. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. Практическое руководство . Пер. с англ.-М.:Мир.1982.-238с.,ил.

101. Мясников Ю.Г., Исаев Ю.С. Временная инструкция по разведке и картированию геологических нарушений угольного пласта в пределах выемочных столбов сейсмическим просвечиванием на шахтах Подмосковного бассейна. Л., 1974.- 13с.

102. Азаров Н.Я., Лющенко К.М. Выявление шахтной сейсморазведкой карстовых нарушений в угольных пластах Подмосковного бассейна. Уголь, 1975. -N5. -с.7-10.

103. Азаров Н.Я., Поляков В.К. Основные особенности регистрации и возбуждения сейсмических сигналов в горных выработках // Вестник

104. МГУ. Сер.Геология. -1978.- N3 -с. 126-128.

105. Азаров Н.Я., Поляков В.К. Интерференционные явления и их использование для прогнозирования нарушенности угольных пластов //Комплексное исследование физических свойств горных пород и процессов: Сб.науч.тр. /МГИ. М.,1977.-4.1.- с.64-65.

106. Жулябин В.И. Применение волн Лява для решения горногеологических задач эксплуатации угольных месторождений: Автореф. дис.канд.техн.наук / МГРИ.- М.,1981.-19с.

107. Азаров Н.Я., Гильберштейн П.Г., Поляков В.К. Корреляция каналовых волн при прогнозировании нарушенности угольных пластов методом сейсмопросвечивания. В кн.: Прикладная геофизика, вып. 104.- М.: Недра. 1982, с.38-43.

108. Копченов В.Ф., Митропольский Е.М., Кульчицкий В.Б. Применение шахтной сейсморазведки в объединении "Воркутауголь". Уголь. 1986.-N3 -с.48-51.

109. Кульчицкий В.Б., Климов А.А., Крупин В.Е. и др. Определение амплитуды дизъюнктивных нарушений в угольных пластах шахтным сейсмическим методом. ФТПРПИ. СО АН СССР, 1983. -N6, с. 103-105.

110. Колчин Г.М., Николаев Ю.М., Шахнова В.М. Условия и задачи геофизического прогноза участков трудноуправляемой кровли. Уголь Украины. 1985.- N11.- с.28.

111. Разработать и внедрить эффективные геофизические методы и аппаратуру для изучения нарушенности угольных пластов из горных выработок шахт, опасных по газу и пыли, и углеразведочных скважин: Отчет о

112. НИР (заключительный) / УФВНИМИ, Руководитель Мясников Ю.Г. -0203012900 -001. Донецк.- 1980, Инв. N5381.

113. Комаров A.M. Применение сейсмоакустического метода для прогноза неоднородностей пород кровли. Уголь Украины, 1986. N9. с.40-41.

114. Ватолин Е.С., Берон А.И., Черняков А.Б. Применение сейсмоэлектрического метода для оценки состояния массива //VI семинар по изучению напряжений в массиве: Тезисы докладов.- Новосибирск, 19Т8. с.54-56.

115. Ватолин Е.С.,Рубан А.Д. Кинематическая модель малоамплитудного тектонического нарушения угольного пласта // Науч. сообщ. /ИГД им.А.А.Скочинского.-1982.-Вып. 209.-е. 124-130.

116. Ватолин Е.С., Рубан А.Д. Сейсмический прогноз параметром малоамплитудных разрывных нарушений угольного пласта // Науч.сооб. / ИГД им. А.А. Скочинского. 1985.- Вып.235.-с.72-77.

117. Бректруп Ф. Сейсмические методы определения положения тектонических нарушений на каменноугольных шахтах. -Глюкауф, 1970. -N19.-c.6-13.

118. Бректруп Ф. Исследования угольных пластов путем их прозвучи-вания из глубоких скважин. Глюкауф, 1971,-N18. с. 18-25.

119. Бректруп Ф. Предварительная сейсмическая разведка шахтногополя методом пластовых волн.- Глюкауф, 1979. -N16. -с.33-37.

120. Барт Г. Пример прозвучивания угольного пласта на больших расстояниях.- Глюкауф, 1979. N16.- с.37-41.

121. Траппе Г.Ю.Прикладная геофизика в горном деле.-Глюкауф.1981.- N8.-С.24-37.

122. Аркетцль X., Клинге У. Опыт предварительной сейсмической разведки шахтного поля методом пластовых волн.- Глюкауф, 1982.-N13. с.30-37.

123. Mason I., Greenhalgh S. and Hatherly P., 1984 / 1985. A channel wave transmission study In the Newcastle coal measures, Australia. Geoexploratlon, 23:395-413.

124. Asten, M., Grezl, K. and Zeung Z., 1982. Jn-seam seismic techniques for coal exploration. Aust. Coal Geol., 3.: 6-17.

125. Reives J., Major M., Seismic seam waves In western U.S. Coal Seis-mological society of America. "Earthquake notes", 1978, vol. 49, №4.

126. Бабич С.Ю., Гузь A.H., Жук А.П. Упругие волны в телах с начальными напряжениями. Прикладная механика, АН УССР, 1979. -N4.- с.3-23.

127. Гузь А.Н. Упругие волны в телах с начальными напряжениями, т. 1. Общие вопросы. Киев: Наук, думка, 1986.-376с.

128. Biot, М.А., Mechanics of Incremental Deformation, 504pp., John Wiley, New York, 1965.

129. Tolstoy I. On Elastic Waves In Prestressed Solids.-J. Geoph. Res.,1982, 87, Aug. 10, p.6823-6827.

130. Шемякин Е.И. О волнах напряжений в прочных горных поро-дах.//ПМТФ, №5, 1963. '

131. Dey S., Roy N., Ghosh S. Propagation of Love waves In an Initially stressed anisotropic porous layer sand wiched between a rigid layer and a nonho-mogeneous elastic half -space. Geophys. Res. Bull, 1987, 25, N3, 125-135

132. Вербицкий T.3., Починайко P.C., Стародуб Ю.П., Федоришин

133. А.С. Математическое моделирование в сейсморазведке.-Киев: Наук, думка. 1985.- 276с., ил.

134. Воларович М.П., Баюк Е.И., Левикин А.И., Томашевская И.О. Физико-механические свойства горных пород и минералов при высоких давлениях и температурах. М.: Наука, 1974. - 222с.

135. Авчян Г.М. Физические свойства осадочных пород при высоких давлениях и температурах. М.: Недра, 1972.-144с.

136. Булычев Н.С., Фотиева Н.Н., Стрельцов Е.В. Проектирование и расчет крепи капитальных выработок. М.: Недра, 1986. - 288 с. : ил.

137. Лебедев Т.О., Коринец Д;П., Шаповал В.И., Корчин В.А. Упругие свойства горных пород при высоких давлениях и температурах. Киев: Наук. думка, 1972. - 184с.

138. Вербицкий Т.З. Комплексное изучение свойств осадочных горных пород в условиях, близких к пластовым.- Геофиз. сб. АН УССР, 1971, вып.40, с.92-95.

139. Воларович М.П., Марморштейн A.M., Меклер Ю.Б. Изменение структуры порового пространства песчаников под давлением. Изв. АН СССР. Физика Земли, 1968, N6, с.15-19.

140. Стаховская З.И. Влияние пористости в твердых материалах на зависимость скоростей упругих волн от давления. Изв. АН СССР. Физика Земли, 1971, №8, с.77-81.

141. Силаева О.И., Баюк Е.И. О природе анизотропии упругих свойств горных пород. Изв. АН СССР. Физика Земли, 1967, №12, с,22-29.

142. Николаевский В.Н. и др. Механика пористых и терщиноватых сред. М.: Недра, 1984. - 232с. 1

143. Френкель Я.И. К теории сейсмических и сейсмоэлектрических явлений во влажной почве. Изв. АН СССР. Сер. Геогр. и Геофиз., 1944, N4, с. 133-150.

144. Biot М.A. Theory of propagation of elastic waves^ln a fluid-saturatedporous solid. Part I. Low frequincy range. - J. Mech. and: Phys. Solids, 1963, 11, р.12Т-140.

145. Eshelby J.D. The determination of the elastic field of an ellipsoidal Inclusion and related problems. Proc. Roy. Soc. London. A, 195T, 241. p.376-396.

146. Савич А.И., Коптев В.И., Григорьянц Э.А. Изучение естественных напряжений в массивах горных пород сейсмоакустическими методами // Труды Гидропроекта. 1974, вып.33, с.123-133.

147. Савич А.И., Коптев В.И. Результаты разработки сейсмоакустического метода оценки напряжений в массиве горных пород. Тезисы докладов и сообщений IV конференции изыскателей института "Гидропроект" /Информэнерго.-М.: 1978.

148. Шкуратник В.Л. Горная геофизика Ультразвуковые методы. Учебное пособие по дисциплине Горная геофизика. /Московский горный институт/.М. 1990г.

149. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Глухов А.А. Моделирование волнового поля в задачах шахтной сейсморазведки методом конечных разностей. Горный вестник./Ежекварт. науч.-техн. журн. ИГД им А.А. Скочинского. - 1994 -№2. -С. 16-18.

150. Фейт Г.Н., Малинникова О.Н. Расчет изменения потенциальной энергии и прогноз выбросоопасности угольных пластов при разработке на больших глубинах. Внезапные выбросы угля и газа, рудничная аэрология, -М., ИГД им. А.А. Скочинского, 1990.

151. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. М.1989. - 192 с.

152. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, склонные к горным ударам. Ленинград, 1988. - 39 с.

153. Баймухаметов С.К., Халманов Х.Ж., Бабалиев A.M., Тонких В.И. Методика заблаговременного прогноза зон, опасных по газодинамическимявлениям, по геолого-геофизическим данным пласта и вмещающей толщи. В сб. "Горная геофизика", С.-Петербург, 1998 г. -27 с.

154. Еспалова Р.С., Малыгина Т.М., Винникова И.А. Геолого-геофизический прогноз выбросоопасных пачек угольных пластов. В сб. "Горная геофизика", С.-Петербург, 1998 г. 105 с.

155. Бобров А.И., Агафонов А.В., Колчин Г.И., Сапунов M.JL Комплексные исследования призабойной части угольного пласта. В сб."Горная геофизика", С.-Петербург, 1998 50 с.

156. Б.М. Журбицкий, Н.Е.Фоменко. Разноволновая томография на шахтах Восточного Донбасса. В сб."Горная геофизика", С.-Петербург, 1998 108 с.

157. Компанец А.И. Выявление опасных зон методом сейсмической локации из забоя одиночной горной выработки. В сб."Горная геофизика", С.Петербург, 1998 г. 122 с.

158. A.Laskownika. Anomalous benaviour selected prameters of epicentre distribution prior to strong tremors in mines. В сб. "Горная геофизика", С.Петербург, 1998 141 с.

159. А.П.Скакун, А.С.Максимов. Методика экпресс-оценки удароопас-ности участков угольных пластов на основе электрометрии с аппаратурой СЭР-1. В сб.'Торная геофизика", С.-Петербург, 1988 221 с.

160. А.Д.Рубан, Д.В.Яковлев. Подземная геоакустика. В сб."Проблемы геоакустики: методы и средства. Труды V сессии российского акустического общества,- М., 1996 г.

161. Рудаков В.А., Шадрин А.В. Организация прогноза внезапных выбросов угля и газа на шахтах Кузбасса. // Метан угольных шахт: прогноз, управление, использование. Препринт Российского Метанового Центра. Кемерово: Институт угля СО РАН, 1995 .-№ 1С.8-10.

162. Чернов О.И., Пузырев В.Н. Прогноз внезапных выбросов угля и газа. М: Недра, 1979. - 296 с.

163. Зыков B.C., Лебедев А.В., Сурков А.В. Предупреждение газодинамических явлений при проведении выработок по угольным пластам. Кемерово, 1997. 261 с.

164. Кузнецов С.В. Распространение волны разгрузки в призабойной зоне угольного пласта и ее связь с выбросами угля и газа. ФТПРПИ, 1970, №4.

165. Кнуренко В.А., Рудаков В.А., Егоров П.В. и др. Региональный прогноз выбросоопасности угольных пластов Кузбасса. Кемерово. 1997. - 119 с.

166. Кузнецов С.В., Трофимов В.А. Основная задача теории фильтрации газа в угольных пластах. ФТПРПИ, 1999, №5.

167. Временное руководство по применению профилактической обработки угольных пластов жидкостью для ведения одновременной борьбы с внезапными выбросами угля и газа, горными ударами, газовыделением и угольной пылью. /ВостНИИ. Кемерово, 1966. - 76 с.

168. А.с. СССР № 1384789, М. кл. Е 21 5/00. Способ определения выбросоопасности угольных пластов. / М.И.Большинский и др. Опубл. 30.03.88, бюл. № 12.

169. Тарасов Б.Г., Дырдин В.В., Иванов В.В. и др. Физический контроль массивов горных пород. М.: Недра. 1994. 240 с.

170. Методические указания по шахтной электроразведке малоамплиiтудных нарушений угольных пластов. Л., 1986. - 84 с. (М-во угольной промт сти СССР. Всесоюз. ордена Трудового Красного Знамени науч.-исслед.ин-т горн.геомех. и маркшейд.дела).

171. Задериголова М.М., Демин A.M. Применение радиоволнового метода при изучении деформации горных выработок (Обзор). М.: ЦНИЭИ-уголь, 1972. 52 с.

172. Уткин А.С. Прогнозирование нарушенности горных пород (Обзор). М.: ЦНИЭИуголь, 1973. 69 с.

173. Бойко Г.К., Липчанский А.Ф. Прогнозирование выбросоопасности в проходческих комбайновых забоях. // Уголь Украины. 1986, - № 4. С.41-42.

174. А.с.СССР № 1245715-М.кл.Е 21 5/00. Устройство для прогноза выбросоопасности пластов./Л.Ю.Вьюшков и др. Опубл.23.07.86, бюл. № 27.

175. Шульгин Е.И. Выбор словаря признаков системы распознавания ситуаций при прогнозе выбросоопасности сейсмоакустическим методом.// Изв.вузов. Горный журнал. 1996. - № 1, с.16-19.

176. Watanabe Y., Nakajima J. The application of AE techniques as a forecasting method to the rock and gas outburst in coal mine. XIX International, conference of research institutes in safety in mines. Katowice, Poland, 1981. P.564-573.

177. Brady B.T. Theory of earthquakes, I. A scale independent theory of rock failure. Pure and Appl. Geophys., 1974. Vol. 112.P.701-725.

178. Brady B.T. Prediction of failures in mines an overview. U.S. Dept. Of the Interior, Bu Mines RI 8285. 1978. - 16 p.

179. Brady B.T. Tilt precursors in rock before failure: a laboratori investigation. Bu Mines RI 8101. 1975. 9 p.

180. Шадрин А.В., Зыков B.C. Акустическая эмиссия выбросоопасных пластов. Обзорная информация, ЦНИЭИуголь. М., 1991. - 42 с.

181. Hanson D.R. Rock stability analysis by acoustic spectroscopy. Mining Engeneering, Vol. 37. № 1. January 1985. P.54-60.

182. А.с.СССР № 1222853. Способ акустического прогноза выбросоопасности угольных пластов и устройство для его осуществления. С.В.Мирер и др. Опубл. - 07.04.86, Бюл. № 13. - С. 130.

183. Зорин А.Н., Ковтун Е.Д., Качан И.И. Акустический способ контроля выбросоопасности пород при комбайновой проходке.//Уголь Украины. -1987. № 2, с.29-30.

184. А.с.СССР № 1696729. М. кл. Е 21 5/00. Способ прогноза выбросоопасности в очистном или подготовительном забое./ Г.И.Колчин и др. -0публ.07.12.91, Бюл. № 45.

185. Бобров И.А. Совершенствование способа прогноза выбросоопасности по амплитудно-частотным характеристикам акустического сигнала для подготовительных выработок, проводимых буровзрывным способом. Авто-реф.дисс. канд.техн.наук. М., 1994. - 21 с.

186. Методика по прогнозу выбросоопасных угольных пластов по изменению температуры их в призабойной части. Киев: Ин-т технической теплофизики АН Украинской ССР. 1988.

187. А.с.СССР № 1559205, М.кл. Е 21 5/00. Устройство автоматического контроля выбросоопасности пласта при его выемке./ А.М.Александров и др. Опубл. 23.04.90, Бюл.№ 15.

188. Методика прогноза газодинамических явлений с использованием аппаратуры контроля метана при проведении подготовительных выработок. -Кемерово: Ин-т угля СО РАН, 1994. 48 с.

189. Бабенко B.C., Ткаченко Е.С., Зеленская Е.И. Сопоставление различных критериев выбросоопасности угольных пластов при проведении подготовительной выработки.// Уголь, № 7. 1991, с.60-71.

190. Рудаков В.А., Потапов П.В., Ша m ин А.В. Обеспечение контроля выбросоопасности угольных пластов в условиях Кузбасса.// Безопасностьжизнедеятельности предприятий в угольных регионах: Тез.докл. Кемерово. 1994,-с.17-18.

191. Шадрин А.В., Рудаков В.А. Совершенствование автоматизации текущего прогноза выбросоопасности на шахтах Кузбасса.// Отчетная сессия Кузбасского РНОК за 1993-1995 гг.: Тез.докл. Кемерово: Кузбассвузиздат. 1996,-201-202

192. Азбель М.Д., Трегуб A.M. Некоторые вопросы автоматизации текущего прогноза, обнаружения и контроля развития выбросов угля и газа.// Автоматизированное управление и связь на угольных шахтах и обогатительных фабриках. М., 1995, - с.51-55.

193. Резниченко Ю.В., Ванек И., Сибек В. и др. Исследование горного давления геофизическими методами. М., "Наука", 1971, 215 с.

194. Ржевский В.В., Ямщиков B.C. Ультразвуковой контроль и исследования в горном деле. М., "Недра", 1968, 120 с.

195. Проскуряков В.М., Кузнецов В.П., Крыжановский М.В. Сейсмический метод оценки эффективности защитного действия подработки. "Уголь Украины". 1976, № 3, с. 12-13.

196. Мясников Ю.Р., Исаев Ю.С. Сейсмические иследования нарушенности угольных пластов на шахтах Подмосковного бассейна. Л., Труды ВНИМИ, 1974, сб.94,с.15-19.

197. Мясников А.Г., Лозобко Г.А. и др. Аппаратура для разведки нарушенности угольных пластов и горных выработок методом сейсмического просвечивания. Л., Труды ВНИМИ, 1976, сб. 102, с.66-67.

198. Анцыферов М.С., Константинова А.Г., Переверзев Л.Ю. Сейсмоа-кустические исследования в угольных шахтах. М., Изд-во АН СССР, 1960, 104 с.

199. Применение сейсмоакустических методов в горном деле. Под ред.М.С.Анцыферова. М., "Наука" , 1964, 187 с.

200. Ривкин И.Д., Запольский В.П., Богданов Н.А. Звукометрический метод наблюдения проявлений горного давления. М., Металлургиздат, 1956, 188 с.

201. Виноградов С.Д. Акустические наблюдения процессов разрушения горных пород. М., "Наука", 1964, 83 с.

202. Анцыферов М.С., Анцыферова Н.Г., Каган Я.Я. Сейсмоакустиче-ские исследования и проблема прогноза динамических явлений. М.: Недра, 1971.-170 с.

203. Анцыферов М.С. Теория геофонов и виброметров звукового диапазона. М., "Наука", 1976, 143 с.

204. Анцыферова Н.Г. Возможности статистического способа обработки данных о сейсмоакустическом режиме выбросоопасных пластов. В сб. "Применение сейсмоакустических методов в горном деле". М., "Наука", 1964, с.92-101.

205. Иванов B.C. Сейсмоакустическое определение границ выбросоопасных зон на угольных пластах. Там же, с.84-91.

206. Иванов B.C., Паршиков Н.В. Сейсмоакустический метод определения эффективности защитных мероприятий по борьбе с внезапными выбросами угля и газа. Там же, с.126-132.I

207. Мирер С.В. Определение зоны разгрузки восстающих скважин сейсмоакустическим методом. Там же, с. 138-143.

208. Jaeger J.C. Frictional Properties of joints in Rock. Geofisica Рига e Ap-plicata. Milano, 43.- 1958.-№ 11.-P. 148-158.

209. Баренблатт Г.И. Математическая теория равновесных трещин, образующихся при хрупком разрушении. ЦМ ТФ, 1961, № 4, с.3-56.

210. Леонов М.Я. Элементы теории хрупкого разрушения. АМТФ, 1961, № 3, с.85-92.

211. Константинова А.Г. Сейсмоакустические исследования предвестников разрушения угольных пластов. М., "Наука", 1977, 132 с.

212. Гуревич Г.И. О длине и форме волны, возникающей при разрыве. Изв. АН СССР, сер.геофиз., 1955, № 3, с.261-264.

213. Берзон И.С. Динамические характеристики сейсмических волн в реальных средах. Изд.АН СССР, М., 1962, 511 с.

214. Константинова А.Т., Мысина Л.Г. Относительное изменение параметров упругих импульсов перед внезапными выбросами угля и газа. В сб."Применение сейсмоакустических методов в горном деле", М., "Наука", 1964, с. 154-164.

215. Иванова Г.М. Сравнительный анализ естественных сейсмоакустических импульсов и импульсов, возбуждаемых производственными работами. В сб. "Применение сейсмоакустических методов в горном деле", М., "Недра", 1964, с.144-149.

216. Мирер С.В. Об акустическом контроле напряженности краевой части выбросоопасного угольного пласта. Труды ВНИМИ, № 102, Л., 1976, с.34-38.

217. Фейт Г.Н., Малинникова О.Н., Рудаков В.А. Результаты оценки геоэнергии угольных пластов и прогноз опасности газодинамических явлений на шахтах Кузбасса и Донбасса. "Горная геофизика", Международная конференция, ВНИМИ, СПб, 1998, - С. 258-261. '

218. Фейт Г.Н. Геомеханические аспекты решения проблемы прогноз и предотвращения геодинамических явлений при добыче полезных ископаемых. III Всемирный конгресс по экологии в горном деле. Труды конгресса, том I, М.,- 1999,-С. 198-208.

219. Снижение выбросоопасности при динамическом воздействии на угольный массив / А.В.Докукин, Н.Ф.Кусов, Г.Н.Фейт и др. М.:Наука, 1985. -184с.

220. Лавров И.М., Гончаров В.А., Пшеченко В.А. Перспективы разработки средств предупреждения входа в опасную зону наземных и подземных сооружений ТЭК//Безопасность труда в промышленности. 1995. - N 1. - С. 21-24.

221. Комплекс программ для обработки на ЭВМ результатов пластовой сейсморазведки. Тиркель М.Г., Чеславский С.В., Захаров В.Н. и др.//Каталог программных средств/Гос-ФАП.-М., 1987.-N ГР 50870000376.

222. Рубан А.Д., Черняков А.Б., Новиков A.H. и др. ТомографическиеIметоды восстановления волновых полей в задачах геомеханического контро-ля.//Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых (ФТПРИ). 1993,- N3.- с. 37-44.

223. Рубан А.Д., Черняков А.Б., Королева Л.И. Методика выявления зон неустойчивой кровли угольного пласта с использованием шахтной сейсмической томографии. М., ИГД им. А.А. Скочинского. 1993.- 19 с.

224. Иванов-Щиц Н.К. Спектральные характеристики сейсмоакустических сигналов как прогностический параметр динамических явлений. Научи.сообщ. Ин-т горного дела им. А.А.Скочинского. 1976. Вып. 142, с. 27-30.

225. Петрашень Г.И. Распространение упругих волн в слоисто-изотропных средах, разделенных плоскопараллельными плоскостями // Учен, зап. ЛГУ.- 1952.-№162.-191с.

226. Захаров В.Н. Сейсмоакустическое прогнозирование и контроль состояния и свойств горных пород при разработке угольных месторождений. М.: ФГУП ННЦ ГП ИГД им. А.А. Скочинского, 2002, 172 е., ил.

227. Рубан А.Д., Круглов Н.Т., Карпинская Ю.А. Компьютеризированная многоканальная система сейсмоакустического контроля состояния массива / Труды X Международной конференции по механике горных пород М ,ИГД им. А А Скочинского 1993г./

228. Рубан А.Д., Загорский Л.С. Применение методов томографии для изучения состояния и строения углепородного массива /Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского.Горнотехнические проблемы М 1990г. С.47-54./ •

229. Рубан А.Д., Захаров В.Н. Технология сейсмоакустического прогнозирования газодинамических явлений (ГДЯ) в угольных шахтах Горная геофизика. Международная конференция. С.-Пб. ВНИМИ, 1998 г.

230. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Строк Н.И. Новые подходы к прогнозированию и предотвращению горно-геологических осложнений в очистных выработках /Сб. Технологии подземных горных работ. Науч. сообщение ИГДiим.А.А.Скочинского. Вып.308. 1998 г.

231. Захаров В.Н., Мартынюк А.Р. Определение физико-механических свойств горных пород при сейсмоакустическом прозвучивании углепородного массива/ Горн. Инф.-аналитич. бюлл.// М., МГТУ. 2000. - Вып. № 8

232. Тиркель М.Г., Чеславский С.В., Захаров В.Н., Анциферов А.В. Комплекс программ для обработки на ЭВМ результатов пластовой сейсморазведки Каталог программных средств. ГосФАП, 1987 г., № ГР 50870000376

233. Тиркель М.Г., Захаров В.Н., Чеславский С.В., Щеголева Т.А. О состоянии и направлении научно-исследовательских работ в области шахтной сейсморазведки Депонировано в ЦНИЭИуголь 23.03.88 г. № 4472-уп.88.

234. Тиркель М.Г., Чеславский С.В., Захаров В.Н., Анциферов А.В. Пакет программ для обработки на ЭВМ данных шахтной сейсморазведки ВНИИУуголь, ОФАП, ИМ 49 1988 г.

235. Захаров В.Н., Тиркель М.Г., Чеславский С.В. Исследование влияния наведенной анизотропии горного массива на сейсмические волновые поля SH-поляризации Тезисы докл. Всесоюзной научн.-техн. конф. «Молодые ученые КАТЭКу», г. Красноярск, 1988.

236. Анциферов А.В., Захаров В.Н., Глухов А.А. Комплекс программ моделирования процесса распространения сейсмических волн в угленосной толще/ Каталог программных средств ГосФАП. М., 1991. № ГР 50910000379.

237. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Глухов А.А. Анализ решения прямой задачи при сейсмопросвечивании нарушенного углепородного массива Науч. сообщ./ИГД им. А.А. Скочинского, М. -1994. -Вып.300. -С.55-62.

238. Захаров В.Н., Панчуков Н.Л., Козлов В.Н. Сейсмоакустические исследования строения и гидрогеологических свойств надугольных горных пород Подмосковного бассейна/ Сб.науч. тр./ ПНИУИ, г. Новомосковск. 1997.

239. Захаров В.Н., Прогнозирование строения и гидрогеологическихсвойств надугольных горных пород Науч. сообщ./ИГД им. А.А. Скочинско-го,. -Вып.306. М„-1997

240. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Строк Н.И., Скворцов А.Г. Новые результаты геолого-геофизического прогнозирования условий разработки угольных месторождений II Международное рабочее совещание «Проблемы геодинамической безопасности». С.-Пб. ВНИМИ, 1997.

241. Ruban A.D., Zakharov V.N. Strok N.I. Geoloical and geophysical premises for detecting of gas reservoirs in strata International conference on coalbed methare tecgnologies of recovecy and utilisation. Poland-Katowice. 1998.

242. Захаров B.H., Загорский JI.C. Применение метода сейсмической томографии при анализе и интерпретации данных шахтной сейсморазведки Горная геофизика. Международная конференция. С.-Петербург. ВНИМИ. 1998 г.

243. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Исследование зон повышенного давления (ПГД) в углепородных массивах сейсмоакустическим методом. Механика горных пород. Науч. сообщ./ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского, М. -1999. -Вып.313. -С.39-48.

244. А.Д.Рубан, Захаров В.Н., Г.Н.Фейт, О.И.Хмара Оценка и контроль риска газодинамических явлений в шахтах. Труды 28 Международной конференции Институтов по безопасности в шахтах. -Синайа, Румыния. 1999.

245. Захаров В.Н., Мартынюк А.Р. Исследование процесса распространения сдвиговых волн поляризации Лява в неидеально упругих средах Деп. в ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского, 19.01.2000 г. Сб.№ 627 На-уч.сообщ./ННЦ ГП-ИГД М. 2000. - Вып. 314.I

246. Захаров В.Н., Фейт Г.Н. Геомеханические и геофизические вопросы оценки перспективности извлечения метана из угольных пластов II Междун. Конф. Сокращение эмиссии метана. Новосибирск 2000. С.373-378.

247. Рубан А.Д., Захаров В.Н., Фейт Г.Н., Хмара О.И. Прогноз и контроль геодинамических явлений по комплексу геомеханических и акустических показателей/ Геодинамика и напряженное состояние недр земли. Межд.конф. Новосибирск 2001.

248. Зайденварг В.Е., Рубан А.Д., Захаров В.Н., Забурдяев B.C. Прогноз объемов извлечения метана на полях шахт Томь-Усинского и Мрасского районов Кузбасса Уголь. № 10. - 2001. - С. 15-18.

249. Захаров В.Н., Харченко А.В. Влияние слоистого строения пород почвы и кровли на структуру полного волнового поля и параметры отдельных типов волн Науч.сообщ./ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского, М. 2002. - Вып. 321. - С.108-121.

250. Рубан А.Д. Физико-технические основы сейсмического мониторинга горного массива для повышения эффективности производства на угольных предприятиях. Автореф. дис. доктора технических наук / ИГД им.344 '

251. А.А. Скочинского. Москва, 1995 г.

252. Дахнов В.Н. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М.: Недра, 1982.

253. Р.Шерифф, Л.Гелдарт. Сейсморазведка в 2-х т. Т.2. Пер. с англ. -М.: Мир, 1987, 400 с.

254. Ляховицкий Ф.М., Юдасин Л.А. Влияние порозаполнителя и пластовых условий на скорости и поглощение упругих волн в песчаниках. Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли, 1981, №4, с.43-57.

255. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред. М.: Наука, 1982.

256. Захаров В.Н., Харченко А.В. Влияние мощности угольного пласта на формирование полного волнового поля при шахтных сейсмоисследо-ваниях. / Горн. Инф.- аналитич. бюлл.// М., МГГУ. 2003. — Вып. № 3.

Информация о работе

Захаров, Валерий Николаевич
доктора технических наук
Люберцы, 2003
ВАК 25.00.20

Диссертация

Разработка методологии и обоснование критериев прогнозирования состояния горного массива сейсмоакустическими методами при подземной угледобыче - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы