Способ определения выбросоопасных зон при разработке пластовых месторождений

НАЦИОНАЛЬНЫЙ цЕНтР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЬ 1 БРОСООПАСНЬ 1 Х ЗОН ПРИ(71) Заявители Вагин Валерий Борисович Ефимов Александр Михайлович (ВУ)(72) Авторы Вагин Валерий Борисович Ефимов Александр Михайлович (ВУ)(73) Патентообладатели Вагин Валерий Борисович Ефимов Александр Михайлович (ВУ)Способ определения выбросоопасных зон при разработке пластовых месторождений,включающий возбуждение упругих колебаний в подошве или кровле горной выработки с фиксированной по величине силой удара, регистрацию упругих колебаний на сейсмостанции,отличающийся тем, что упругие колебания возбуждают нормально к плоскости напластования, при регистрации выделяют отраженные волны и производят их обработку с построением сейсмических отражающих границ пластов, а также определение коэффициентов затухания отраженных волн, устанавливают местоположение и размеры аномальных зон по перерыву корреляции отраженных волн от сейсмических границ наблюдаемого пласта, а выбросоопасность зоны определяют по аномалии уменьшения значений коэффициента затухания отраженных волн от сейсмических отражающих границ, расположенных между выбросоопасной зоной и горной выработкой.1 - зона геологического нарушения 2 - сейсмостанпня 3 - разрез выработки установки цейсмопрнемшпсов и пунктов возбузкдеъшя упругих колебаний 4 - пунвсг установки сейсмоприеьцника 5 - пункт возбуждения упрутх колебаний 6 - технологическая обойка. установки сейсмопрнемншпов (СП) и пунктов возбуждения (ПВ).Гольдин С.В. Интерпретация Данных сейсмического метода отраженных волн. - М. Недра, 1978. - С. 344.Аки К., Ричардс П. Количественная сейсмология Теория и методы. Т.1. - М. Мир,1983. - С. 520.Изобретение относится К горной промышленности и может быть использовано для определения выбросоопасных зон, лежащих ниже или выше по разрезу в пластовых месторождениях (солевых массивах).Известен способ обнаружения выбросоопасных зон в солевых массивах в плоскости пласта из двух горных выработок по изменению коэффициента затухания прямых продольнь 1 х волн, проходящих в массиве, а степень выбросоопасности устанавливают по перерь 1 вам корреляции прямых поперечных и преломленных волн 1.Известен способ выявления и оконтуривания малоамплитудных нарушений, в том числе и выбросоопасных, посредством возбуждения упругих колебаний и регистрации отраженных волн сейсмоприемниками из одной горной выработки в плоскости пласта 2.Недостатком этих способов является невозможность выделения выбросоопасных зон,находящихся выше или ниже плоскости разрабатываемого пласта.Задача изобретения - выявление выбросоопасных зон, находящихся вне плоскости пласта и повышение безопасности ведения горных работ.Поставленная задача достигается способом регистрации отраженных волн от сейсмических границ пластов, в том числе и выбросоопасных, залегающих выше или ниже плоскости разрабатываемого пласта.Выбросоопасными считаются геологические пласты, способные аккумулировать свободные газы под высоким давлением. К ним относятся, в частности, слои песчаников и глинисто-карналлитовый пласт. Изначально они являются потенциально вь 1 бросоопаснь 1 ми по своим физическим свойствам, а также имеющимся фактическим случаям выбросов соли и газа. Данные пласты являются устойчиво прослеживаемыми сейсмическими отражающими границами и отраженные от них волны имеют свои отличительные динамические характеристики. Привязка отражающих границ производится на основе известных скоростей распространения сейсмических волн и имеющегося геологического материала по скважинам как наземного, так и подземного бурения.При фиксированных расстояниях между пунктами возбуждения и регистрации колебаний, ориентированных в зависимости от задачи изучения верхнего или нижнего полупространства относительно разрабатываемого пласта, в кровле или подошве горной вь 1 работки возбуждают упругие колебания ударным устройством с одинаковой по величине силой удара, нормально к плоскости напластования и регистрируют их установленными в стенке штрека сейсмоприемниками с последующей фиксацией всех групп волн сейсмической станцией и выделением отраженных волн.Зоны аномального геологического строения характеризуются тем, что отраженные волны, полученные от потенциально выбросоопасных геологических пластов на отдельных участках профиля наблюдений, претерпевают перерывы корреляции, смещение осей синфазности, а также изменяются величины их амплитудных и частотных характеристик.Местонахождение и размеры аномальных зон устанавливаются по изменениям динамических характеристик или прекращению прослеживания отраженной волны от наблюдаемого пласта, а выбросоопасность определяется по графикам уменьшения коэффициента затухания отраженных волн от сейсмических границ, расположенных между горной выработкой и наблюдаемым пластом.На фиг. 1 изображена схема участка исследования, в пределах которого осуществлен способ для нижнего полупространства относительно горной выработки, аналогично схема применяется для верхнего полупространства на фиг. 1 а представлен разрез выработки участка исследования с расположением пунктов возбуждения и регистрации упругих колебаний на фиг. 2 - сейсмогеологический разрез участка исследования с расположением пикетов наблюдения по профилю исследования, колонки геологического разреза, зоны геологического нарушения и отражающих границ (ц, г 2 г 8) на фиг. 3 - пример интерпретации сейсмограмм отраженных волн в зоне геологического нарушения с перерывом прослеживания отраженных волн (ц и гз) на фиг. 4 представлены графики отраженных волн и зоны геологического нарушения. Фиг. 1 включает расположение технологической сбойки, в которой находятся пункты возбуждения (ПВ) и сейсмоприемники для регистрации упругих колебаний сейсмической станции и геологического нарушения, опасного по выбросам.Способ осуществляется следующим образом. Возбуждение упругих колебаний производится с помощью ударного устройства с фиксированной силой удара для профиля наблюдений, которые регистрируются с помощью стандартных высокочастотных сейсмических станций типа ИСН-01-24 и Эхо-4 и сейсмоприемников типа СВ 1-30, расположенных в шпурах, пробуренных в стенке выработки.При средних скоростях распространения упругих колебаний 4100 м/с и частотах колебаний 800-1200 Гц длины волн не превышают 3,4-5,1 м, поэтому расстояния между пунктами приема выбраны 2 м и менее, что позволяет уверенно обнаруживать выбросоопасные зоны, размерами 5 м и более.Значения коэффициента затухания определяются по амплитудам отдельно для каждой отраженной волны. Коэффициент затухания (поглощения) - относительная величина и для различных расстояний (глубины) до отражающей границы она будет различной. По профилю наблюдения набираются статистические данные значений амплитуд (Ад) для каждой отраженной волны, по ним рассчитываются средние значения коэффициента поглощения (осн) в геологически неосложненных участках, которые будут фоновыми или нормальными. Отклонения коэффициента поглощения (осн) от вычисленных средних значений в сторону увеличения или уменьшения от 50 и более (согласно накопленному статистическому материалу) являются аномальными значениями. Понижение значений коэффициента затухания на данную величину говорит о выбросоопасности пласта в случае совпадения с выделенной аномальной зоной.Изменения характеристик отраженных волн, в том числе и от выбросоопасного пласта, являются индикаторами местоположения размеров выбросоопасных зон. Используя формулугде Ад - амплитуда отраженной волны в нормальных геологических условияхАд - амплитуда наблюдаемой отраженной волны по профилю наблюденияХп - расстояние от пункта возбуждения до отражающей границы (п).Вычисляем коэффициенты поглощения (щ) каждой отраженной волны для всех точек наблюдения и выделяем аномалии его уменьшения.Совпадение местоположения участков изменения характеристик или перерывов слежения отраженной волны от выбросоопасного пласта с уменьшением значений коэффициентов поглощения отраженных волн от сейсмических границ и, прежде всего, вь 1 бросоопасного пласта указывает на местонахождение аномальной зоны и на выбросоопасность пласта в этой зоне.Предлагаемый способ позволяет оперативно определять местонахождение и размеры аномальных зон, опасных по внезапным выбросам, находящихся выше или ниже по разрезу относительно одиночной горной выработки.Данный способ опробован в горных выработках Старобинского месторождения калийных солей, на шахтном поле 1 РУ, лава Не 50. В 2002 году при очистной выемке на вентиляционном Штреке лавы Не 50 произошел внезапный выброс соли и газа из почвы выработки. После этого по данному Штреку были произведены сейсмические исследования и выделены зоны геологических нарушений в 12-й терригенно-карбонатной пачке,изучены динамические характеристики отраженных волн, установлено увеличение амплитуд и, соответственно, уменьшение коэффициентов поглощения на ПКПК 67-81. После прохождения дегазационных Шпуров в почву горной выработки на указанном участке отмечалось интенсивное выделение газа в течение нескольких суток, что говорит о наличии на данном отрезке профиля выбросоопасной зоны.1- скважина 2 - подошва горной выработки 3 - профиль и пикеты наблюдений 4 - сейсмические границы по данным метода отраженных волн 5 - неуверенно прослеживаемая сейсмическая граница 6 - перерывы прослеживания сейсмической границы 7 - зона геологического нарушения 8 - геологическая колонка 9 - отражающая граница от выбросоопасного гшаста (д).