пїњ

ќѕџ“ ¬»Ѕ–ј÷»ќЌЌќ-—≈…—ћ»„≈— ќ√ќ ћќЌ»“ќ–»Ќ√ј ”√Ћ≈ѕќ–ќƒЌќ√ќ ћј——»¬ј Ќј Ўј’“ј’  ј–ј√јЌƒ»Ќ— ќ√ќ ”√ќЋ№Ќќ√ќ Ѕј——≈…Ќј

© Ѕ.ћ  енжин, ё.ћ. —мирнов, —.¬. —тюков, 2011
”ƒ  622.23.05: 622.235
Ѕ.ћ.  енжин, ё.ћ. —мирнов, —.¬. Cтюков
ќѕџ“ ¬»Ѕ–ј÷»ќЌЌќ-—≈…—ћ»„≈— ќ√ќ ћќЌ»“ќ–»Ќ√ј ”√Ћ≈ѕќ–ќƒЌќ√ќ ћј——»¬ј Ќј Ўј’“ј’  ј–ј√јЌƒ»Ќ— ќ√ќ ”√ќЋ№Ќќ√ќ Ѕј——≈…Ќј
–азработан новый вибрационно-сейсмический метод мониторинга состо€ни€ углепородного массива. ¬ результате экспериментальных и промышленных испытаний установлена высока€ эффективность метода при вы€влении тектонических нарушений углепородного массива.
 лючевые слова: углепородный массив, газодинамические €влени€, сейсмоакустический метод.
∆~ Ќеобходимость обеспечени€
∆. ж. максимальной безопасности труда шахтеров и применение на шахтах высокой производительности комплексов ставить перед геологомаркшейдерской службой важную задачу - обеспечение надежного прогноза горно-геологических условий залегани€ угольных пластов и, в первую очередь, их тектонической и генетической нарушенности.
ѕри добыче полезных ископаемых в мировом масштабе характерны два фактора, €вл€ющихс€ потенциальными причинами техногенных катастроф. ѕервый заключаетс€ в увеличении глубины залегани€ добываемых полезных ископаемых. ¬торым фактором €вл€етс€ требовани€ рынка к повышению производительности труда горн€ков, т.е. к интенсификации разработки месторождений. “акие услови€ добычи повышает опасность про€влени€ техногенных катастроф. ¬ частности, в угледобывающей промышленности это газодинамические €влени€ (внезапные выбросы угл€, породы и газа). ѕодобные €влени€ привод€т к значительным потер€м людских ресурсов, к остановке и просто€м технологического процесса добычи, к восстановлению гор-
ных выработок, машин, механизмов и агрегатов.
— другой стороны, разработка угольных месторождений без предварительного детального прогноза условий залегани€ пластов, их тектонической нарушенности и мониторинга состо€ни€ углепородного массива при проведении горных работ значительно снижают экономическую эффективность новой техники и новых технологических процессов.
¬ св€зи с этим, внимание научных и инженерных работников угледобывающей промышленности в пос-ледние годы приковано к созданию эффективных методов мониторинга состо€ни€ углепородного массива и прогноза газодинамических €влений. Ќаиболее эффективным методом при этом €вл€етс€ сейсмоакустический, основанный на возбуждении и приеме упругих колебаний в горном массиве. ¬озбуждение упругих колебаний предполагает согласование параметров источника с массивом. Ёто позвол€ет при соответствующем техническом и технологическом сопровождении значительно повысить эффективность сейсмоакусти-ческих исследований и соответственно
повысить эффективность и уровень безопасности работ.
ѕримен€емый шахтный сейсмоаку-стический метод позвол€ет решать многие вышеперечисленные проблемы [1]. ¬  араганде этот метод примен€лс€ с 1980 по 1995 гг. »спользовалась взрывобезопасна€ сейсмоакустическа€ аппаратура, первоначально ћƒ√Ѕ (‘–√), затем Ў——-1 Ђƒружбаї (”краина).
¬ шахтной сейсмоакустике примен€ют два метода: отраженных и проход€щих волн.
”словием успешного применени€ метода отраженных волн дл€ картировани€ тектонического нарушени€ €вл€етс€ такое расположение горных выработок и нарушени€, которое позвол€ет проводить прием отраженных волн. √еофоны и пункты возбуждени€ колебаний наход€тс€ в одной выработке. ѕри методе проход€щих волн определ€етс€ качество пласта, есть нарушение или нет и его примерна€ амплитуда относительно мощности угольного пласта.
ќпыт работы в  арагандинском бассейне показал, что достаточно надежно картируютс€ геологические нарушени€ до полумощности угольного пласта. ѕри методе отраженных волн достоверность около 75 %, при методе проход€щих волн - до 95 %. ѕо траектории движени€ частиц относительно фронта, сейсмические волны дел€тс€ на продольные –, поперечные S и поверхностные (–еле€, Ћ€ва, Ћэмба, —то-унли). Ўахтна€ сейсморазведка имеет дело с поверхностными волнами. ѕредставл€€ в первом приближении угольный пласт однородным слоем, заключенным в однородной вмещающей среде, отметим, что скорость распространени€ продольных волн в угл€х 1000-1500 м/с. —корость же продоль-
ных волн во вмещающей среде пор€дка 2000-4000 м/с. “аким образом, мы можем считать угольный пласт низкоскоростным волноводом. ¬ общем случае, в угольных пластах образуетс€ так называема€ каналова€ волна в результате интерференции поверхностных волн –еле€ и Ћ€ва.
 аналовые волны от интерференции поверхностных волн –еле€ пол€ризуютс€ в плоскости пласта с преимущественным смещением вдоль направлени€ распространени€ волн.
 аналовые волны от интерференции поверхностных волн типа Ћ€ва пол€ризуютс€ в плоскости пласта с преимущественным смещением перпендикул€рно направлению движени€ волны, они обладает наибольшей амплитудой в пласте угл€, во вмещающих же породах они затухают по экспоненциальному закону по мере удалени€ от пласта.
 ак и все интерференционные волны, каналовые волны обладают дисперсией, т.е. зависимостью скоростей волн от частоты. ¬ результате дисперсии возникают длинные цуги волн, при этом необходимо различать так называемые фазовую скорость и групповую скорость. √руппова€ скорость ниже фазовой, сама€ значительна€ разница лежит в области минимальных скоростей. Ётот минимум в общем пакете волн называетс€ фазой Ёйри. »з анализа дисперсионных кривых устанавливаетс€, что фаза Ёйри находитс€ в конце пакета каналовых волн и имеет высокие амплитуды.
ѕри интерпретации данных шахтной сейсморазведки используют фазовую скорость, более точнее, фазу Ёйри.
Ќа рис. 1 и 2 приведены результаты сейсмоакустических работ по шахте им. Ћенина пласт ƒ6.
–ис. 1. –езультаты сейсмоакустических работ по шахте им. Ћенина
“ранспортерный штрек 26 ƒб-¬
–ис. 2. –езультаты сейсмоакустических работ по шахте им. Ћенина
Ќ=1,2м
Ќ5%
–ис. 3. –езультаты сейсмоакустических работ по шахте јктасска€, пласт  10
Ќа этих участках примен€лись два метода: отраженных и проход€щих
волн. ¬идно, что надежно прослежены нарушени€, встреченные горной выработкой (рис. 1) и нарушение, вскрытое только очистными работами рис. 2).
Ќа рис. 3 приведены результаты сейсмоакустических работ по шахте јктасска€ пласт  ю. Ќа этом участке примен€лс€ только метод отраженных волн. ¬скрытое горной выработкой нарушение амплитудой смещени€ Ќ = 1, 2 м (рис. 3) было прослежено вглубь массива и сделано предположение о том, что через 20-25 м горна€ выработка встретить нарушение углепородного массива. ¬ дальнейшем сейс-моакустический прогноз полностью подтвердилс€, произошло газодинамическое €вление.
Ќа рис. 4 показаны результаты сейсмоакустиче-ских работ по шахте им.  остенко пласт  ь ѕримен€лась аппаратура ћƒ√Ѕ производства √ермании. –аботы проводились на низ шахтного пол€. ћетодом отраженных волн были выделены отражающие горизонты I, III, IV, проинтерпретированные как нарушени€ более полумощности пласта (I) и менее полумощности (III, IV).
ѕройденные впоследствии горные выработки полностью подтвердили сейсмоакустчие-ский прогноз.
¬ насто€щее врем€ разработан и прошел заводские испытани€ адаптивный метод воздействи€ на углепородный массив. —ущность его заключаетс€ в следующем.
ѕри воздействии на пласт колебани€ми с регулируемой частотой, формой импульса и скважностью
шахте им.  остенко, пласт  1
происходит поднастройка частоты вынужденных колебаний к собствен-
нои частоте нарушени€, возникает резонанс, привод€щий к резкому усилению отраженного сигнала, и обеспечиваетс€ максимально высока€ степень регистрации сейсмоприемниками .
ѕри воздействии на пласт колебани€ми с регулируемой амплитудой
силы происходит регулирование закачиваемой в пласт энергии, что приводит к изменению внутренней энергии вещества, наход€щегос€ в нарушении. Ёто, в свою очередь, инициирует медленную прогнозируемую разгрузку внутренних напр€жений в нарушении через систему вновь образованных трещин в массиве [1].
“аким образом, предлагаемый адаптивный метод воздействи€ на выбросоопасные пласты, позволит с высокой эффективностью производить мониторинг тектонических нарушений углепородного массива, повысить степень регистрации нарушений сейсмоприемниками, инициировать медленную прогнозируемую разгрузку внутренних напр€жений в пласте, что приведет к повышению степени безопасности работ.
—ѕ»—ќ  Ћ»“≈–ј“”–џ
1.  енжин Ѕ.ћ. ¬ибрационно-сейсмические источники дл€ динамического воздействи€ на угольный массив. -  араганда: јрко, 2009. - 302 с. ≈ЌЁ
 ќ–ќ“ ќ ќЅ ј¬“ќ–ј’ ---------------------------------------------------------------------
 енжин Ѕолат ћаулетович - доцент, кандидат технических наук, директор, ћаш«авод є 1, г.  араганда, E-mail: kbmkz@mail.ru
—мирнов ёрий ћихайлович - профессор, доктор технических наук,  арагандинский государственный технический университет, smirnov_y_m@mail.ru ^юков —ергей ¬итальевич - зам. директора, ћаш«авод є 1, vstycov@mail.ru

пїњ