Сейсмическое обеспечение безопасности разномасштабного техногенного воздействия на породный массив

Отчет содержит 317 страниц, 214 рисунков, 12 таблиц, 7 разделов, 282 использованных источника. Ключевые слова: шахтная сейсморазведка, малоглубинная сейсморазведка, полноволновое моделирование, непродольная система наблюдений, оптическая интерферометрия, многокомпонентная регистрация волн, мониторинг, техногенная сейсмичность, сейсмическая опасность. Объект исследований — водозащитная толща, межскважинное пространство, горные выработки и окружающий их породный массив. Цель работы — развитие методов активной и пассивной сейсмической локации горно-геологических объектов природного и техногенного происхождения, влияющих на устойчивость разрабатываемого породного массива при определенных параметрах ведения горных работ, обоснование и формирование комплексов разноуровневых и разномасштабных сейсморазведочных и сейсмоакустических исследований с поверхности и во внутренних точках среды. Методология проведения работ — полноволновое математическое моделирование высокочастотных сейсмических полей во внутренних точках среды, полевые эксперименты по комплексированию малоглубинных, инженерных и скважинных сейсморазведочных исследований в зонах интенсивного техногенного воздействия на породный массив, теоретический анализ физико-геометрических процессов регистрации акустических сигналов распределенной оптоволоконной системой, статистический многопараметрический анализ горнотехнических условий и характеристик микросейсмической активности. Результаты работы: 1. Доказано, что комплексная интерпретация сейсмических и специализированных скважинных исследований обеспечивает возможность конкретизации интервалов максимальной изменчивости физических свойств в пределах контролируемой части породного массива. 2. Получена количественная оценка точности локализации зоны нарушенности породного массива, заданной при моделировании сейсморазведочных наблюдений во внутренних точках среды. Разработана методика проектирования систем наблюдений. 3. Получена оценка возможности определения степени техногенного влияния на упругие свойства верхней части разреза на основании обобщенных параметров преломленных волн в пределах шахтных полей действующих рудников. 4. На основе теоретического анализа физико-геометрических процессов регистрации акустических сигналов распределенной оптоволоконной системой предложена конструкция кабеля для регистрации широкополосных сейсмоакустических сигналов, с помощью которых можно выполнять сейсморазведочные исследования и решать обширный круг горнотехнических и инженерных задач. 5. На основании полноволнового моделирования для моделей породного массива с выработками подтверждены методические аспекты проведения шахтной сейсморазведки. Шахтные эксперименты доказали целесообразность применения пространственных ориентаций возбуждения и регистрации сейсмических волновых полей при реализации многоволновых исследований в шахте. 6. Разработан и запатентован способ скважинной сейсмической разведки, основанный на использовании головных волны зарегистрированных при выполнении вертикального сейсмического профилирования, позволяющий локализовать в околоскважинном пространстве субвертикальные зоны трещиноватости, возникающие на аварийных участках шахтных полей. 7. Выполнена адаптация метода прогноза микросейсмической активности для условий шахтных полей и выполнен прогноз плотности выделения сейсмической энергии. 8. На основании анализа представительной выборки записей сейсмических событий различной природы получена эмпирическая зависимость, позволяющая выполнить расчет ожидаемой величины сейсмического воздействия от техногенных землетрясений для условий рудников СКРУ-1 и СКРУ-2. 9. Теоретически обоснованно применение волн разных типов для контроля структуры охранных целиков в соляных рудниках. Предложена и опробована методика локализации техногенных объектов в горизонтальной плоскости на уровне разрабатываемого пласта. 10. Разработана методика комплексного деформационно-сейсмического непрерывного мониторинга механического состояния зданий, расположенных над горными выработками. Данная методика реализована в виде аппаратно-программного комплекса и прошла апробацию. 11. Все полученные результаты способствуют детальной пространственной локализации критических для безопасности горного производства физико-геологических неоднородностей и участков интенсивной техногенной изменчивости свойств породного массива.