Обеспечение безопасности угледобычи на основе данных наземной сейсморазведки методом общей глубинной точки

О.В. Тайлаков

д-р техн. наук, профессор, проректор по научной работе и

Института угля СО РАН

С.В. Соколов

младший научный сотрудник Института угля СО РАН

Д.Н. Застрелов

канд. техн. наук, старший научный сотрудник Института угля СО РАН

А.И. Смыслов

младший научный сотрудник Института угля СО РАН

УДК 552.57, 550.34

ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ УГЛЕДОБЫЧИ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ НАЗЕМНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ МЕТОДОМ ОБЩЕЙ

ГЛУБИННОЙ ТОЧКИ

Для повышения производительности горношахтного оборудования, а также безопасности и эффективности угледобычи существенное значение имеет развитие и применение современных геофизических методов, направленных на обеспечение достоверной оценки горногеологических условий ведения горных работ. Одним из таких перспективных подходов является сейсморазведка с размещением регистрирующего оборудования на поверхности горного отвода. В статье рассмотрено применение метода сейсмоакустического профилирования на шахтных полях в Кузбассе. Описывается методика проведения работ, применяемое геофизическое оборудование и подходы к обработке полученных сейсморазведочных данных. Приводятся результаты сейсмопрофилирования, дана их интерпретация на примере одной из угольных шахт.

Ключевые слова: СЕЙСМОРАЗВЕДКА, ГЕОФИЗИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, МЕТОД ОБЩЕЙ ГЛУБИННОЙ ТОЧКИ, ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ НАРУШЕНИЕ, УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ, УГЛЕДОБЫЧА

В соответствии с

Федеральным законом «О промышленной

безопасности опасных производственных объектов» [1] угольная шахта является опасным производственным объектом

подземного назначения. При добыче угля подземным способом необходимо применять комплекс мероприятий по обеспечению безопасного ведения горных работ в условиях освоения новых глубоких горизонтов. При этом существенным образом ужесточаются требования к качеству и достоверности горногеологической информации, которая используется при планировании горных работ и принятии технологических решений. С учетом «Правил безопасности в угольных шахтах» [2] при ведении работ в области тектонических нарушений предполагается применение

технологических операций,

порядок и характер которых обусловлен изменениями структуры и прочности массива, а также возможными газопроявлениями,

вызванными поступлением метана в разупрочненные зоны [3]. Для этого необходимо применять современные методы геофизических исследований, позволяющих

оперативно уточнять параметры нарушенности массива и оценивать смещение угольного пласта [4]. Оценка опасных проявлений в массивепредполагаетиспользование комплекса исследований физико-механических параметров

пород, выполняемых из горных выработок угольных шахт. Однако применение шахтной геофизики имеет некоторые ограничения. Так, например, размещение приемника и источника сигнала невозможно в оконтуривающих горных выработках напротив друг друга, когда один из штреков находится в стадии проходки, либо когда оба штрека пройдены, но длина лавы значительно превышает глубину зондирования применяемого геофизического оборудования. В этих случаях целесообразно применять разведку массива с поверхности для уточнения условий залегания угольного пласта на

34

основе доразведки месторождений полезных ископаемых [5-7].

В рамках разработки комплекса мер по обеспечению безопасности процесса угледобычи на одной из шахт Кузбасса возникла необходимость оценки нарушенности участка планируемого выемочного столба. Для получения этой информации до начала подготовительных работ были выполнены полевые сейсмические исследования по методу общей глубинной точки (МОГТ) [8]. Определение геологических нарушений в углепородном массиве методом наземной сейсморазведки было обусловлено возможностью выделения отражений от угольных пластов, в цуге волн, характеризующих вмещающие породы ввиду различия их скоростных и плотностных характеристик [9]. Сейсморазведка выполнена в летний полевой сезон по двум параллельным профилям, размещенным сонаправленно конвейерному и вентиляционному штрекам.

В соответствии с целями выполняемого исследования были выбраны следующие параметры полевых сейсмических измерений. Интервал между пунктами приема и возбуждения колебаний - 5 м, кратность по ОГТ - 24, источник возбуждения - импульсный источник типа «сейсморужье», количество накоплений на каждом пункте возбуждения - 1. Регистрирующий комплекс был сформирован из двух отечественных сейсморазведочных станции Лакколит - ХМ3

(рис. 1). В результате полевых исследований получен массив исходных геофизических данных с качеством, достаточным для оценки условий залегания пластов угля в массиве горных пород.

К исходным данным применен стандартный метод обработки, включающий набор полосовых фильтров, регулировку усилений и ввод кинематических поправок [10]. По результатам анализа на временных сейсмических разрезах выделена ось синфазности, которая на основе скоростного анализа и предварительно построенных теоретических сейсмограмм охарактеризована как горизонт залегания угольного пласта. На суммарных сейсмических разрезах по двум профилям также зарегистрирована область потери прослеживаемости отражений от угольного пласта, связанная с наличием дизъюнктивного нарушения. Во временном окне, включающем горизонт с залегающим угольным пластом, дополнительно выполнен анализ амплитудно-частотных характеристик сигнала. По первому и второму профилям зафиксирована симметрия волновых картин, что соответствует параллельному расположению исследовательских линий. На участках, прилегающих к зоне интерпретированной как геологическое нарушение, отмечено значительное визуально заметное снижение уровня амплитуд. По результатам анализа АЧХ выделена область влияния дизъюнктивного нарушения и уточнена конфигурация его сместите-

Рисунок 1 - Размещение комплекса геофизического оборудования

в полевых условиях

35

I - угольный пласт - геологическое нарушение

Рисунок 2 - Интерпретация результатов сейсморазведки по профилю 2

ля. После этого рассчитана амплитуда нарушения, которая составила 11 м (рис. 2).

На основе полученных результатов разработаны рекомендации, регламентирующие порядок ведения горных работ в области влияния дизъюнктивного нарушения, а также запланированы технические мероприятия, обеспечивающие безопасные условия проходки штреков. Впоследствии результаты исследования были подтверждены проходческими работами. Фактическая амплитуда нарушения, определенная

при проведении штрека по пласту, не превышала 14 м.

По итогам выполненных геофизических измерений подтверждена целесообразность применения наземной сейсморазведки для уточнения горно-геологических условий в сложных помехообразующих условиях действующего угледобывающего предприятия. При этом качество регистрируемых данных достаточно для разработки эффективных мероприятий, обеспечивающих безопасное ведение горных работ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов». - Режим доступа http://www.consultant.ru/document/cons_ doc_LAW_15234/.

2. Приказ Ростехнадзора от 19.11.2013 N 550 (ред. от 02.04.2015) «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах» (Зарегистрировано в Минюсте России 31.12.2013 N 30961). - Режим доступа http://www.consultant.ru/ document/cons_doc_LAW_157929/.

3. Полевщиков, Г. Я. Исследования газодинамики разрабатываемых угольных месторождений / Г. Я. Полевщиков // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2013. - Отдельный выпуск. № 6. - С. 252-258.

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

5. Базылев, А. П. Детальные исследования углеводородных объектов Западной Сибири по технологии совмещенных наземно-скважинных сейсмических наблюдений 2D(2D) + ВСП / А. П. Базылев, В. Г. Конюхов, О. М. Сагайдачная и др. // Технологии сейсморазведки. - 2005. - № 2. С. 86-89.

6. Карасевич, А. М. Сейсморазведка при изучении метаноугольного разреза / А. М. Карасевич, Д. П. Земцова, А. А. Никитин. - М.: ООО «Центр информационных технологий в природопользовании», 2008 - 164 с.

7. Тиркель, М. Г. Особенности обработки данных наземной сейсморазведки тектонической нару-шенности угольных пластов / М. Г. Тиркель, А. И. Компанец, Е. В. Сухинина // Сб. тр. ИГТМ НАНУ. - Днепропетровск, 2002. - № 35. - С. 96-101.

8. Авербух, А. Г. Изучение состава и свойств горных пород при сейсморазведке / А. Г. Авербух. -М.: Недра, 1982. - 232 с.

9. Анциферов, А. В. Моделирование процесса формирования и распространения сейсмоакусти-ческих волновых полей в углепородном массиве с учетом зон вероятного скопления метана / А. В. Анциферов, М. Г. Тиркель, А. А. Глухов, В. А. Анциферов // Геомеханические и геодинамические аспекты повышения добычи шахтного и угольного метана. - С.-Петербург ВНИМИ, 2007. - С. 231-239.

10. Тайлаков, О. В. Применение малоглубинной сейсморазведки для уточнения условий залегания угольных пластов и локализации изменений их газоносности» / О. В. Тайлаков, В. И. Овчинников, С. В. Соколов // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр., ИГТМ НАН Украины. - 2010. - №17. - С. 22-26.

COAL MINING SAFETY PROVISION

SURFACE SEISMIC PROSPECTING DATA BASED

BY COMMON DEPTH POINT METHOD

Tailakov O.V., Sokolov S.V., Zastrelov

D.N., Smyslov A.I., Yarosh A.S.

To improve the performance of mining Тайлаков Олег Владимирович

equipment as well as the safety and effectiveness е-mail: tov@kuzstu.ru

of coal mining essential is the development and

application of advanced geophysical methods Соколов Сергей Владиславович

aimed to ensure a reliable assessment of geological е-mail: sokolov@uglemetan.ru

conditions of mining operations. One such promising

approaches is the placement of seismic recording Застрелов Денис Николаевич

equipment on the surface of the mining lease. The е-mail: zastrelov@uglemetan.ru

article deals with the application of the method of

seismic acoustic profiling on Kuzbass mine fields. Смыслов Алексей Игоревич

Work fulfillment methods are described, and also е-mail: smyslov@uglemetan.ru

the applied geophysical equipment and the obtained

seismic prospecting data treatment approaches. Ярош Алексей Сергеевич

The results of seismic profiling are given and their e-mail: rosniigdbuh@mail.ru

interpretation by the example of a coal mine.

Key words: SEISMIC PROSPECTING,

GEOPHYSICAL EQUIPMENT, METHOD OF A

COMMON DEPTH POINT, GEOLOGICAL FAULT,

COAL SEAM, COAL MINING