PL230219B1 - Sposób i układ do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi kopalni głębinowej - Google Patents

Sposób i układ do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi kopalni głębinowej

Info

Publication number
PL230219B1
PL230219B1 PL409989A PL40998914A PL230219B1 PL 230219 B1 PL230219 B1 PL 230219B1 PL 409989 A PL409989 A PL 409989A PL 40998914 A PL40998914 A PL 40998914A PL 230219 B1 PL230219 B1 PL 230219B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
seismic
frequency
mine
low
mining
Prior art date
Application number
PL409989A
Other languages
English (en)
Other versions
PL409989A1 (pl
Inventor
Zbigniew ISAKOW
Zbigniew Isakow
Przemysław SIERADZKI
Przemysław Sieradzki
Zenon PILECKI
Zenon Pilecki
Kazimierz SICIŃSKI
Kazimierz Siciński
Rafał CZARNY
Rafał Czarny
Original Assignee
Inst Technik Innowacyjnych Emag
Instytut Technik Innowacyjnych Emag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Technik Innowacyjnych Emag, Instytut Technik Innowacyjnych Emag filed Critical Inst Technik Innowacyjnych Emag
Priority to PL409989A priority Critical patent/PL230219B1/pl
Priority to UAA201501087A priority patent/UA118543C2/uk
Priority to CN201480002443.2A priority patent/CN105765408B/zh
Priority to RU2015101763/28A priority patent/RU2587521C1/ru
Priority to PCT/PL2014/000128 priority patent/WO2015002558A2/en
Publication of PL409989A1 publication Critical patent/PL409989A1/pl
Publication of PL230219B1 publication Critical patent/PL230219B1/pl

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/28Processing seismic data, e.g. for interpretation or for event detection
    • G01V1/30Analysis
    • G01V1/303Analysis for determining velocity profiles or travel times
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/10Aspects of acoustic signal generation or detection
    • G01V2210/12Signal generation
    • G01V2210/123Passive source, e.g. microseismics
    • G01V2210/1236Acoustic daylight, e.g. cultural noise
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/60Analysis
    • G01V2210/61Analysis by combining or comparing a seismic data set with other data
    • G01V2210/612Previously recorded data, e.g. time-lapse or 4D
    • G01V2210/6122Tracking reservoir changes over time, e.g. due to production
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/60Analysis
    • G01V2210/61Analysis by combining or comparing a seismic data set with other data
    • G01V2210/612Previously recorded data, e.g. time-lapse or 4D
    • G01V2210/6122Tracking reservoir changes over time, e.g. due to production
    • G01V2210/6124Subsidence, i.e. upwards or downwards
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/60Analysis
    • G01V2210/62Physical property of subsurface
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V2210/00Details of seismic processing or analysis
    • G01V2210/60Analysis
    • G01V2210/62Physical property of subsurface
    • G01V2210/622Velocity, density or impedance
    • G01V2210/6222Velocity; travel time

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi kopalni głębinowej przeznaczony do określenia stanu zagrożenia infrastruktury powierzchni wynikającego z możliwości wystąpienia wstrząsu wywołanego eksploatacją górniczą w rozpatrywanym rejonie.
Obecnie rozpoznanie struktury geologicznej warstw zalegających ponad eksploatowanymi wyrobiskami górniczymi realizuje się metodami inwazyjnymi polegającymi na wzbudzaniu prześwietlających górotwór fal sejsmicznych generowanych zlokalizowanymi na powierzchni wzbudnikami dużej mocy lub ładunkami wybuchowymi, po czym zazwyczaj wykorzystuje się narzędzia tomografii sejsmicznej. Znane są z publikacji Dangel S.: Phenomenology of tremor-like signals observed over hydrocarbon reservoirs, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2003, 128 (1-3), s. 135-158, Gorbatikov A. V., Kalinina A. V., Volkov V. A. i in.: Results of Analysis of Data of Microseismic Survey at Lanzarote Island, Canary, Spain, Pure Appl. Geophys., 2004, 161, s. 1561-1578, Boullenger B.: Finite Difference Feasibility Modelling of Time-lapse Seismic Noise Interferometry for CO2 monitoring. TU Delft, Master Thesis, 2012 zastosowania metody niskoczęstotliwościowej sejsmiki pasywnej LFS i zjawisk dotyczących szumów o charakterze regionalnym, które są wywołane na ogół przez procesy naturalne np. trzęsienia Ziemi, działalność wulkaniczną, falowanie mórz i oceanów, oddziaływanie prądów morskich na kontynenty lub oddziaływanie gwałtownych przepływów mas powietrznych. Szumy lokalne są wywołane drganiami od przejeżdżających pojazdów, pracą maszyn, urządzeń i człowieka lub wstrząsami indukowanymi działalnością górniczą lub inną. Częstotliwość analizowanych sygnałów sejsmicznych wynosi na ogół od 0,1 do 3 Hz w przypadku szumu regionalnego, a szumu lokalnego nawet do 30 Hz. Z kolei maksymalny zasięg głębokościowy rozpoznania związany z częstotliwością analizowanej powierzchniowej fali sejsmicznej może wynosić od kilkudziesięciu metrów do kilku tysięcy metrów. Rozwój metod niskoczęstotliwościowej sejsmiki pasywnej LFS jest obecnie możliwy dzięki wykorzystywaniu nowoczesnych technologii w produkcji szerokopasmowych czujników oraz wzrost mocy obliczeniowej komputerów poprzez stosowanie obliczeń równoległych. W metodach LFS wykorzystuje się wielogodzinne zapisy danych, co wymusza tworzenie nowych aplikacji zarówno do rejestracji, przetwarzania jak i interpretacji danych. W metodach LFS wyróżnić można dwie zasadnicze: metodę sondowania sejsmicznego MS (ang. microseismic sounding) i metodę interferometrii sejsmicznej IS (ang. seismic interferometry).
Przy wykorzystywaniu metody sondowania sejsmicznego rejestracje prowadzone są na kilku przemieszczanych w czasie stanowiskach pomiarowych i stałym stanowisku referencyjnym, a do interpretacji służy głównie składowa pionowa szumu sejsmicznego. Zapis odbywa się w każdym punkcie poprzez okres co najmniej 1 godziny, tak aby uzyskać jego stacjonarność.
Z kolei przy zastosowaniu metody interferometrii sejsmicznej zapis odbywa się w sposób ciągły z krokiem próbkowania dobranym dla konkretnego zadania bez przemieszczania czujników. Im płytsze rozpoznanie warstw tym krok próbkowania jest mniejszy. Zapis może być prowadzony z wykorzystaniem składowej pionowej fali powierzchniowej typu Rayleigha i/lub poziomej fali Love'a. Długość zapisu uzależniona jest od: charakterystyki pola falowego badanego rejonu, w tym dominującej częstotliwości i kierunku propagacji oraz od rodzaju realizowanego zadania, przykładowo: monitoring zmian, lokalizacja stref osłabienia, rozpoznanie budowy ośrodka.
Znany jest z opisu patentowego WO2012044480 (A2) sposób przetwarzania danych metodą interferometrii sejsmicznej do badania struktury geologicznej dna morskiego przy pomocy niskoczęstotliwościowych czujników sejsmicznych ciągnionych po dnie morza przez statek badawczy, który umożliwia uzyskanie trójwymiarowego obrazu struktury geologicznej pod dnem morza. W sposobie wykorzystuje się obliczenia z wykorzystaniem funkcji Greena.
Znane są z opisu US2011069580 (A1) sposoby modyfikowania kierunkowości sejsmicznej interferometrii przy określaniu podziemnej struktury geologicznej Ziemi.
Znany jest także z opisu US2010315902 (A1) sposób obrazowania struktury pod powierzchnią ziemi za pomocą tomografii pasywnej poprzez zastosowanie interferometrii sejsmicznej rejestrującej sygnały sejsmiczne generowane przez zjawiska sejsmiczne zachodzące w górotworze Ziemi. Sposób ten obejmuje ponadto adaptację prędkości filtrowania wykrytych sygnałów.
Znana jest też z publikacji Czarny R.: „Przegląd zastosowania metody interferometrii sejsmicznej”, Przegląd Górniczy, 2014, nr 7, metoda interferometrii sejsmicznej polegająca na odwzorowaniu odpowiedzi impulsowej ośrodka (funkcja Greena) pomiędzy parą czujników za pomocą operacji korelacji wzajemnych lub dekonwolucji zarejestrowanych sygnałów sejsmicznych na tych czujnikach. Metoda
PL 230 219 Β1 ta oferuje bardzo szerokie możliwości zastosowania, od obrazowania wgłębnych struktur skorupy ziemskiej, monitorowania zmian w nich zachodzących do zastosowań geoinżynierskich.
W innej publikacji autorów: Marcak H. Pilecki Z. Isakow Z. Czarny R.: „Możliwości wykorzystania metody interferometrii sejsmicznej w górnictwie”, Przegląd Górniczy, 2014, nr 7 opisano tendencje wykorzystania tej metody w geofizyce górniczej oraz przedstawiono wyniki analizy szumów wytwarzanych w wyniku prowadzenia działalności górniczej, które mogą być wykorzystane do prowadzenia badań metodami interferometrii sejsmicznej. Także przedstawiono podstawy matematyczne i fizyczne tej metody. W metodzie interferometrii sejsmicznej zapis odbywa się w sposób ciągły z krokiem próbkowania dobranym indywidualnie każdorazowo dla konkretnych warunków geologiczno-górniczych. Im badane warstwy struktury geologicznej są płytsze tym krok próbkowania mniejszy. Zapis prowadzony jest z wykorzystaniem składowej pionowej fali powierzchniowej typu Rayleigha i/lub poziomej fali Love'a. Długość zapisu uzależniona jest od charakterystyki pola falowego badanego rejonu tj. od dominującej częstotliwości i kierunku propagacji oraz od rodzaju zadania tj. monitoringu zmian, lokalizacji stref osłabienia lub rozpoznania budowy ośrodka.
Z kolei w publikacji Isakow Z. Pilecki Z., Sieradzki. P., „Nowoczesny system LOFRES niskoczęstotliwościowej sejsmiki pasywnej”, Przegląd Górniczy, 2014, nr 7 przedstawiono system LOFRES przeznaczony do badań metodą niskoczęstotliwościowej sejsmiki pasywnej LFS przypowierzchniowych warstw geologicznych z wykorzystaniem szumu sejsmicznego. System ten ze względu na swoje funkcje pomiarowe, jest przystosowany do przeprowadzania badań metodą sondowania mikrosejsmicznego i metodą interferometrii sejsmicznej. System składa się z stacjonarnego centrum przetwarzania połączonego bezprzewodowo z modułem mobilnej rejestracji danych pomiarowych i kolejno poprzez autonomiczne punkty dostępu wifi z stacjami pomiarowymi oraz z stacją referencyjną. Z kolei niskoczęstotliwościowe trójskładowe stacje pomiarowe wyposażone są w niskoczęstotliwościowe trójskładowe czujniki sejsmiczne połączone poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy z mikroprocesorem i wyposażone w wewnętrzną pamięć o dużej pojemności, odbiornik GPS, układ transmisji bezprzewodowej oraz w akumulator zasilający. Stacje pomiarowe rejestrują w czasie prędkości drgań w trzech składowych za pomocą niskoczęstotliwościowych trójskładowych czujników sejsmicznych. Dane zapisywane są w wewnętrznej, nieulotnej pamięci czujników o pojemności, rzędu kilkunastu gigabajtów. Synchronizację czasu zapewnia dołączony do każdej stacji pomiarowej odbiornik GPS. Z kolei autonomiczne punkty dostępu wifi pracujące w trybie WDS zwiększają w rozległym terenie zasięg transmisji Wl - FI.
Podstawową wadą dotychczas stosowanych sposobów i układów analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi metodą aktywnej tomografii sejsmicznej jest ich uciążliwość związana z stosowaniem metod inwazyjnych szczególnie w terenie gdzie na powierzchni kopalni w obserwowanym rejonie jest zabudowa mieszkalna lub zabudowa przemysłowa oraz związana z tymi zabudowami infrastruktura techniczna.
Ujawniona w publikacji Isakow Z. Pilecki Z., Sieradzki. P., „Nowoczesny system LOFRES niskoczęstotliwościowej sejsmiki pasywnej, Przegląd Górniczy, 2014, nr 7 - metoda niskoczęstotliwościowej sejsmiki pasywnej wykorzystywana do rozpoznania struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad określonymi obserwowanymi wyrobiskami górniczymi w wersji sondowania sejsmicznego MS jakkolwiek bezinwazyjna i z dobrą rozdzielczością w poziome (około 3.5% długości fali) jest mało efektywna i uciążliwa w praktycznym zastosowaniu - ponieważ wymaga zabudowy stacji referencyjnej na terenie nie podlegającym wpływom eksploatacji górniczej oraz jest wrażliwa na niestacjonarność prześwietlającego niskoczęstotliwościowego szumu. Metodę MS cechuje również niska rozdzielczość rozpoznania w pionie (około 30% długości fali). Metoda w wersji interferometrii sejsmicznej IS jakkolwiek niewrażliwa na niestacjonarność szumu i wygodna w długotrwałym stosowaniu w terenie również cechuje się małą rozdzielczością rozpoznania w pionie i w tej znanej postaci nie jest przydatna do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi kopalni głębinowej.
Celem wynalazku jest opracowanie nowego o podwyższonej wiarygodności sposobu i układu służącego do bezinwazyjnego rozpoznania struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach nad wybranymi wyrobiskami kopalnianymi, metodą niskoczęstotliwościowej sejsmiki pasywnej dla umożliwienia alarmowania w sposób okresowy lub na bieżąco o stanach wystąpienia anomalii geologicznych i zwiększonych koncentracji względnych zmian naprężeń poprzedzających tektoniczne wstrząsy regionalne.
Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że do stacjonarnego centrum przetwarzania przekazuje się dane z mobilnego rejestratora danych pomiarowych oraz z centralnej stacji kopalnianego
PL 230 219 Β1 systemu sejsmicznego uzyskiwane w wyniku ściśle skorelowanej czasowo rejestracji niskoczęstotliwościowych szumów sejsmicznych z systemu powierzchniowego oraz wstrząsów sejsmicznych generowanych eksploatacją górniczą. Następnie zarejestrowane dane pomiarowe w oknach czasowych, korzystnie 30 sekundowych, w postaci trójskładowych rejestracji niskoczęstotliwościowych szumów sejsmicznych i wstrząsów sejsmicznych generowanych eksploatacją górniczą poddaje się przetwarzaniu z zastosowaniem metody interferometrii sejsmicznej dla zapisów szumowych oraz tomografii pasywnej prędkościowej i/lub tłumieniowej dla zapisów wstrząsów kopalnianych. Na tej podstawie wyznacza się dla badanego obszaru górotworu izolinie prędkości fali poprzecznej oraz izolinie prędkości i/lub tłumienia fali podłużnej w metodzie tomografii pasywnej prędkościowej i/lub tłumieniowej, które w efekcie końcowym odwzorowują uśredniony stan względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi. Przy czym w momencie wystąpienia wstrząsu górniczego dokonuje się korelacji parametrów lokalizacji współrzędnych wyliczonego czasu wystąpienia tego zjawiska w ognisku, z czasem pierwszego wejścia fali generowanej przez niego w zapisach niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacji pomiarowych fali podłużnej rejestrowanej na powierzchni kopalni oraz odpowiadających im czasów narastania sygnału od pierwszego wejścia fali podłużnej do chwili osiągnięcia przez rejestrowany sygnał zapisu wstrząsu pierwszego maksimum. Z kolei stan względnych zmian naprężeń w warstwach badanego obszaru górotworu nad wyrobiskami kopalnianymi, poddaje się bieżącej analizie porównawczej w stacjonarnym centrum przetwarzania z przyjętymi progowymi dopuszczalnymi względnymi zmianami naprężeń dla badanego obszaru górotworu. W przypadku wzrostu mierzonych na bieżąco względnych zmian naprężeń ponad wartości progowe dokonuje się sygnalizacji miejsc, w których stan taki wystąpił a następnie realizuje się przesył przestrzennego wyniku tomografii wykonanej metodą interferometrii sejsmicznej oraz tomografii uśrednionej z stacjonarnego centrum przetwarzania do centralnej stacji kopalnianego systemu sejsmicznego, gdzie w module wizualizacyjno-sygnalizacyjnym wykonuje się wizualizację badanych względnych zmian naprężeń.
W układzie do stosowania sposobu według wynalazku stacjonarne centrum przetwarzania połączone jest dodatkowo z centralną stacją kopalnianego systemu sejsmicznego, która połączona jest z zegarem czasu i z modułem wizualizacyjno-sygnalizacyjnym oraz poprzez układ iskrobezpiecznej transmisji cyfrowej z kopalnianą sieć teletransmisyjną z co najmniej czterema dołowymi sejsmicznymi stacjami sejsmometrycznymi i/lub z co najmniej czterema sejsmicznymi stacjami geofonowymi.
Korzystnym skutkiem wynalazku jest umożliwienie bieżącego prowadzenia efektywnej analizy względnych zmian naprężeń w warstwach nad wyrobiskami górniczymi poprzez skorelowane zastosowanie pasywnej metody niskoczęstotliwościowej interferometrii sejsmicznej i metody pasywnej tomografii sejsmicznej z wykorzystaniem wstrząsów sejsmicznych generowanych eksploatacją górniczą, co zwiększa funkcjonalność, rozdzielczość i precyzję prowadzonego rozpoznania na określonym obszarze górniczym kopalni głębinowej. Rozwiązanie według wynalazku umożliwia wcześniejsze rozpoznanie miejsc o zwiększonej koncentracji naprężeń, które poprzedzają tektoniczne wstrząsy regionalne, co jest niezwykle istotne w stosowaniu odpowiedniej profilaktyki, w rejonach gdzie na powierzchni kopalni usytuowana jest zabudowa mieszkalna i/lub zabudowa przemysłowa oraz infrastruktura techniczna. Analiza względnych zmian naprężeń umożliwia wyprzedzająco alarmowanie w stanach zagrożeń. Wynalazek pozwala na głęboką sięgającą do kilkuset metrów bezinwazyjną penetrację warstw geologicznych, bez konieczności stosowania metod wzbudzania sztucznej fali sejsmicznej przy pomocy detonowanych ładunków wybuchowych. Pomiar wymaga jedynie montażu czujników i utworzenia układu do pomiaru niskoczęstotliwościowej sejsmiki pasywnej powiązanego z kopalnianym systemem sejsmicznym. Istotne jest skrócenie odstępów czasu pomiędzy kolejnymi analizami, dzięki wykorzystaniu metody interferometrii sejsmicznej, w której ze względu na korelowanie zapisów szumów nie jest wymagana stacjonarność rejestrowanego szumu.
Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, gdzie Fig. 1 przedstawia w uproszczeniu układ pomiarowy wraz z wzajemnym usytuowaniem jego podzespołów na powierzchni i w podziemiach kopalni na rysunku przestrzennym, Fig. 2 przedstawia schemat blokowy układu pomiarowego.
Sposób według wynalazku realizowany jest z wykorzystaniem metody interferometrii sejsmicznej przy pomocy korzystnie czterdziestu niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacji pomiarowych 5-5, usytuowanych od początku pomiaru w pięciu liniach profilowych „k”. Metoda interferometrii sejsmicznej polega na odwzorowaniu odpowiedzi impulsowej ośrodka tzw. funkcji Greena za pomocą korelacji wzajemnej lub dekonwolucji sygnałów sejsmicznych zarejestrowanych przez pary niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacji pomiarowych 5. Do kontroli ciągłej metodą interferometrii sejsmicznej konieczne
PL 230 219 Β1 jest zapewnienie ciągłości ich zasilania napięciem bezpiecznym z układu zasilacza prądu stałego 8 oraz bezprzewodowego odbierania danych z wykorzystaniem bezprzewodowej sieci transmisji danych WiFi z lokalnymi autonomicznymi punktami dostępu wifi 4 i mobilnego rejestratora danych pomiarowych 3 rejestrującego dane i przesyłającego je korzystnie transmisją blokową GPRS modem łączności GSM 2 do stacjonarnego centrum przetwarzania 1. Zarejestrowane dane pomiarowe w oknach czasowych korzystnie 30 sekundowych w postaci trójskładowych niskoczęstotliwościowych szumów sejsmicznych Dn.cz- z niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacji pomiarowych 5 podlegają przetwarzaniu z zastosowaniem metody interferometrii sejsmicznej. Z kolei zarejestrowane wstrząsy sejsmiczne generowane eksploatacją górniczą Dw.cz* w niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacjach pomiarowych 5 przetwarzane są metodą pasywnej tomografii sejsmicznej z wykorzystaniem do tego celu automatycznie określanych czasów przejścia fali sejsmicznej wzdłuż tras promieni sejsmicznych od miejsca wystąpienia wstrząsów W do miejsca ich rejestracji na powierzchni w niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacjach pomiarowych 5 i na tej podstawie wyznaczane są dla badanego obszaru górotworu 7 izolinie prędkości fali poprzecznej i podłużnej, które odwzorowują stan względnych zmian naprężeń ΔΝΡ w warstwach nad wyrobiskami kopalnianymi B usytuowanymi nad badanym obszarem górotworu 7. Przy czym, w momencie wystąpienia wstrząsu W w celu automatycznego określenia czasów przejścia fali sejsmicznej wzdłuż tras promieni sejsmicznych niezbędnych do określenia prędkości rozchodzenie się fali w tych kierunkach następuje korelacja parametrów lokalizacji współrzędnych X, Y i Z i wyliczonego czasu To w ognisku wstrząsu górniczego W z czasem Tp pierwszego wejścia fali podłużnej rejestrowanej w zapisach niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacji pomiarowych 5 na powierzchni kopalni A. Ponadto w celu umożliwienia dodatkowo stosowania metody przestrzennej pasywnej tomografii tłumieniowej, również identyfikującej względne zmiany naprężeń po identyfikacji w niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacjach pomiarowych 5 wystąpienia zapisu sygnału wstrząsu określa się automatycznie czasy narastania sygnału od chwili pierwszego wejścia Tp fali podłużnej wywołanej wstrząsem do pierwszej wartości maksymalnej rejestrowanego sygnału. W metodzie interferometrii sejsmicznej wykorzystuje się fale powierzchniowe, które niosą informację o budowie i właściwościach ośrodka geologicznego, opisane w postaci krzywych dyspersji. Przetwarzanie w stacjonarnym centrum przetwarzania 1 obejmuje: kontrolę jakości danych poprzez eliminację trendu i błędów zapisu, filtrowanie fal powierzchniowych w zakresie 0,2 Hz do 15 Hz, normalizację jednobitową, korelację wzajemną danych dla każdej pary stacji pomiarowych, selekcję korelogramów o najlepszym stosunku sygnału użytecznego do szumu, identyfikację krzywych dyspersji prędkości fazowej fali Rayleigha, inwersję krzywych dyspersji na modele 1D prędkości fali poprzecznej, opracowanie modelu 2D pola prędkości fali poprzecznej, a przy wykorzystaniu danych z wielu pomiarowych linii profilowych „k” niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacji pomiarowych 5 opracowanie modelu 3D pola prędkości fali poprzecznej. Oprogramowanie umożliwia dokonywanie pomiarów i ich przetwarzanie na bieżąco z wykorzystaniem metod interferometrii sejsmicznej dla potrzeb, których opracowano odpowiednie algorytmy i oprogramowanie. W wyniku przetwarzania otrzymuje się przestrzenne zobrazowanie kontrolowanego obszaru w formie izolinii prędkości rozchodzenia się fali poprzecznej. Dla miejsc rozluźnionych o mniejszych naprężeniach obserwuje się zmniejszenie amplitud prędkości fali poprzecznej a dla miejsc zagęszczonych o większych naprężeniach zwiększenie amplitud.
W sposobie według wynalazku wykorzystuje się zlokalizowane wstrząsy kopalniane o znanych współrzędnych X, Y i Z i wyliczonymi czasami w ich ogniskach To oraz zidentyfikowane czasy pierwszych wejść fal przez nie generowanych Tp, w zapisach trójskładowych stacji pomiarowych 5 umieszczonych w węzłach siatki pomiarowej P na powierzchni, do przestrzennej pasywnej tomografii prędkościowej lub tłumieniowej. Wyniki tej tomografii stanowią uzupełnienie tomografii niskoczęstotliwościowej i po skorelowaniu uzyskanych map tomograficznych zwiększają wiarygodność analizy. Z kolei realizuje się przestrzenny rozkład prędkości rozchodzenia się fal poprzecznych z uśrednionych map tomografii niskoczęstotliwościowej wzdłuż poszczególnych linii profilowych „k”, uzyskanych metodą interferometrii sejsmicznej, bazującej na rejestrowanych szumach niskoczęstotliwościowych Dn.cz· na powierzchni oraz realizuje się rozkład przestrzenny prędkości rozchodzenia się fal podłużnych uzyskany z wykorzystania pasywnej tomografii prędkościowej i/lub tłumieniowej bazującej na wstrząsach górniczych W, które odwzorowują stan względnych zmian naprężeń ΔΝΡ w warstwach badanego obszaru górotworu 7 nad wyrobiskami kopalnianymi B. Następnie względne zmiany naprężeń ΔΝΡ poddawane są bieżącej analizie porównawczej w stacjonarnym centrum przetwarzania 1 z przyjętymi progowymi dopuszczalnymi względnymi zmianami naprężeń ANPgrdla badanego obszaru górotworu 7 i w przypadku wzrostu mierzonych na bieżąco względnych zmian naprężeń ΔΝΡ ponad wartości progowe ΔΝΡ > ANPgr następuje
PL 230 219 Β1 sygnalizacja i przesłanie przestrzennego wyniku obu tomografii oraz tomografii uśrednionej z stacjonarnego centrum przetwarzania 1 do centralnej stacji kopalnianego systemu sejsmicznego 10, gdzie w podłączonym do niej module wizualno-sygnalizacyjnym 11 realizowana jest wizualizacja badanych względnych zmian naprężeń ΔΝΡ.
W układzie według wynalazku (Fig. 1, Fig.2) stacjonarne centrum przetwarzania 1 połączone jest bezprzewodowo siecią WIFI poprzez modemy GSM 2 z mobilnym rejestratorem danych pomiarowych 3 i kolejno poprzez autonomiczne dwa punkty dostępu wifi 4 w konfiguracji mesch z wyjściami cyfrowymi czterdziestu stacjonarnych niskoczęstotliwościowych trójs kład owych stacji pomiarowych 5 pogrupowanych w pięć paneli pomiarowych 6 usytuowanych wzdłuż linii profilowych „k”. Liczba węzłów pomiarowych P siatki pomiarowej, w których zabudowane są niskoczęstotliwościowe trójskładowe stacje pomiarowe 5 oraz liczba paneli pomiarowych 6 - 6k rozmieszczana jest nad badanym obszarem górniczym 7 i ustalana jest każdorazowo w zależności od wielkości tego obszaru. Przy czym, niskoczęstotliwościowe trójskładowe stacje pomiarowe 5 umieszczane są w gruncie i zasilane są stałym napięciem z zasilacza prądu stałego 8 poprzez zabezpieczone odgromnikami teletechniczne podziemne linie kablowe. Każda z niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacji pomiarowych 5 wyposażona jest w niskoczęstotliwościowe trójskładowe czujniki sejsmiczne 5a połączone poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy 5b z mikroprocesorem 5c z wewnętrzną nieulotną pamięcią 5d o dużej pojemności. Mikroprocesor 5c połączony jest z akumulatorem 5g i poprzez automatyczny układ ładowania 5f z zasilaczem prądu stałego 8 oraz z zegarem GPS. Z kolei stacjonarne centrum przetwarzania 1 połączone jest także siecią typu ETHERNET 9 z stacją centralną kopalnianego systemu sejsmicznego 10 wyposażonego w zegar GPS oraz w moduł wizualizacyjno-sygnalizacyjny 11. Z kolei centralna stacja kopalnianego systemu sejsmicznego 10 poprzez układ iskrobezpiecznej transmisji cyfrowej 12 podłączona jest kopalnianą siecią teletransmisyjną 13 z cyfrowymi wyjściami dołowych stacji sejsmometrycznych 14 i z sejsmicznymi stacjami geofonowymi 15. Niskoczęstotliwościowe trójskładowe stacje pomiarowe 5 rejestrują w sposób ciągły synchronicznie z czasem zegara GPS dane pomiarowe z niskoczęstotliwościowych trójskładowych czujników sejsmicznych 5a w postaci niskoczęstotliwościowych szumów sejsmicznych (Dn.cz) po ich przetworzeniu przez mikroprocesor 5c z przetwornikiem analogowo-cyfrowym 5b w postać cyfrową zapisują je w swojej wewnętrznej nieulotnej pamięci 5d o dużej pojemności. Następnie niskoczęstotliwościowe trójskładowe stacje pomiarowe 5 przesyłają wyżej wymienione dane pomiarowe na odległość do kilkuset metrów za pośrednictwem autonomicznych punktów dostępu wifi 4 zwiększających zasięg transmisji, do mobilnego rejestratora danych pomiarowych 3, gdzie są również magazynowane i skąd okresowo lub w sposób ciągły przekazywane są korzystnie za pomocą modemu łączności GSM 2 lub alternatywnie przewodowo siecią internetową do stacjonarnego centrum przetwarzania 1.

Claims (3)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi kopalni głębinowej polegający na pomiarze właściwości struktury tych warstw metodą interferometrii sejsmicznej poprzez rejestrację niskoczęstotliwościowych szumów sejsmicznych przy użyciu zainstalowanych na powierzchni nad badanym obszarem górotworu autonomicznych niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacji pomiarowych drgań górotworu synchronizowanych czasowo odbiornikami GPS i przekazywaniu tych danych systemem transmisji bezprzewodowej i zapisywaniu tych danych w mobilnym rejestratorze danych pomiarowych, znamienny tym, że do stacjonarnego centrum przetwarzania (1) przekazuje się dane z mobilnego rejestratora danych pomiarowych (3) oraz z centralnej stacji kopalnianego systemu sejsmicznego (10) uzyskiwane w wyniku ściśle skorelowanej czasowo rejestracji niskoczęstotliwościowych szumów sejsmicznych (Dn.cz·) z systemu powierzchniowego oraz wstrząsów sejsmicznych generowanych eksploatacją górniczą (Dw.cz), 3 następnie zarejestrowane dane pomiarowe w oknach czasowych, korzystnie 30-sekundowych, w postaci trójskładowych rejestracji niskoczęstotliwościowych szumów sejsmicznych (Dn.cz.) i wstrząsów sejsmicznych generowanych eksploatacją górniczą (Dw.cz.) poddaje się przetwarzaniu z zastosowaniem metody interferometrii sejsmicznej dla zapisów szumowych oraz tomografii pasywnej prędkościowej i/lub tłumieniowej dla zapisów wstrząsów kopalnianych i na tej podstawie wyznacza się dla badanego obszaru górotworu (7) izolinie
    PL 230 219 Β1 prędkości fali poprzecznej oraz izolinie prędkości i/lub tłumienia fali podłużnej w metodzie tomografii pasywnej prędkościowej i/lub tłumieniowej, które w efekcie końcowym odwzorowują uśredniony stan względnych zmian naprężeń (ΔΝΡ) w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi (B), przy czym w momencie wystąpienia wstrząsu górniczego (W) dokonuje się korelacji parametrów lokalizacji współrzędnych (X, Y i Z) i wyliczonego czasu (To) jego wystąpienia w ognisku, z czasami (Tp) pierwszych wejść fali podłużnej generowanej przez niego w zapisach niskoczęstotliwościowych trójskładowych stacji pomiarowych (5) fali rejestrowanych na powierzchni kopalni oraz odpowiadających im czasów narastania sygnału od pierwszego wejścia fali podłużnej do chwili osiągnięcia przez rejestrowany sygnał zapisu wstrząsu (W) pierwszego maksimum w każdej stacji pomiarowej (5).
  2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stan względnych zmian naprężeń (ΔΝΡ) w warstwach badanego obszaru górotworu (7) nad wyrobiskami kopalnianymi (WK), poddaje się bieżącej analizie porównawczej w stacjonarnym centrum przetwarzania (1) z przyjętymi progowymi dopuszczalnymi względnymi zmianami naprężeń (ANPgr) dla badanego obszaru górotworu (7) i w przypadku wzrostu mierzonych na bieżąco względnych zmian naprężeń (ΔΝΡ) ponad wartości progowe (ΔΝΡ > ANPgr) dokonuje się sygnalizacji miejsc, w których stan taki wystąpił a następnie realizuje się przesył przestrzennego wyniku tomografii wykonanej metodą interferometrii sejsmicznej oraz tomografii uśrednionej z stacjonarnego centrum przetwarzania (1) do centralnej stacji kopalnianego systemu sejsmicznego (10), gdzie w module wizualizacyjno-sygnalizacyjnym (11) wykonuje się wizualizację badanych względnych zmian naprężeń (ΔΝΡ).
  3. 3. Układ do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi badanego obszaru górniczego kopalni głębinowej składający się z stacjonarnego centrum przetwarzania połączonego bezprzewodowo z modułem mobilnej rejestracji danych pomiarowych i kolejno poprzez autonomiczne punkty dostępu WI-FI z niskoczęstotliwościowymi trójskładowymi stacjami pomiarowymi, przy czym niskoczęstotliwościowe trójskładowe stacje pomiarowe wyposażone są w niskoczęstotliwościowe trójskładowe czujniki sejsmiczne połączone poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy z mikroprocesorem z wewnętrzną nieulotną pamięcią o dużej pojemności, odbiornik GPS, układ transmisji bezprzewodowej oraz w akumulator zasilający, przy czym stacjonarne centrum przetwarzania połączone jest poprzez modem łączności GSM z mobilnym rejestratorem, znamienny tym, że stacjonarne centrum przetwarzania (1) połączone jest dodatkowo z centralną stacją kopalnianego systemu sejsmicznego, która połączona jest z zegarem (GPS) i z modułem wizualnosygnalizacyjnym (11) oraz poprzez układ iskrobezpiecznej transmisji cyfrowej (12) i kopalnianą sieć teletransmisyjną (13) z co najmniej czterema dołowymi sejsmicznymi stacjami sejsmometrycznymi (14) i/lub z co najmniej czterema dołowymi sejsmicznymi stacjami geofonowymi (15).
PL409989A 2014-10-30 2014-10-30 Sposób i układ do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi kopalni głębinowej PL230219B1 (pl)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL409989A PL230219B1 (pl) 2014-10-30 2014-10-30 Sposób i układ do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi kopalni głębinowej
UAA201501087A UA118543C2 (uk) 2014-10-30 2014-11-07 Спосіб та схема для аналізу геологічної структури та відносних змін напружень в шарах, розташованих над виробками підземної шахти
CN201480002443.2A CN105765408B (zh) 2014-10-30 2014-11-07 用于分析位于地下矿场巷道上方的层的方法及系统
RU2015101763/28A RU2587521C1 (ru) 2014-10-30 2014-11-07 Способ и схема для анализа геологической структуры и относительных изменений напряжений в слоях, расположенных над выработками подземной шахты
PCT/PL2014/000128 WO2015002558A2 (en) 2014-10-30 2014-11-07 Method and system for analysis of geological structure and relative changes in stress in the layers located above the workings of an underground mine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL409989A PL230219B1 (pl) 2014-10-30 2014-10-30 Sposób i układ do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi kopalni głębinowej

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL409989A1 PL409989A1 (pl) 2016-05-09
PL230219B1 true PL230219B1 (pl) 2018-10-31

Family

ID=52004033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL409989A PL230219B1 (pl) 2014-10-30 2014-10-30 Sposób i układ do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi kopalni głębinowej

Country Status (5)

Country Link
CN (1) CN105765408B (pl)
PL (1) PL230219B1 (pl)
RU (1) RU2587521C1 (pl)
UA (1) UA118543C2 (pl)
WO (1) WO2015002558A2 (pl)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016185223A1 (en) * 2015-05-20 2016-11-24 Optasense, Inc. Interferometric microseismic imaging methods and apparatus
PL422137A1 (pl) * 2017-07-10 2019-01-14 Pytel Witold Sposób prognozowania samoistnych zjawisk sejsmicznych indukowanych eksploatacją górniczą
GB201818594D0 (en) * 2018-11-14 2018-12-26 Bp Exploration Operating Co Ltd Passive seismic imaging
CN110794460A (zh) * 2019-11-15 2020-02-14 中国矿业大学 应力值变化方向约束下的二维矿震全波形反演方法
CN112051548B (zh) * 2020-08-11 2024-03-22 武汉工程大学 一种岩爆监测和定位方法、装置和系统
US11329843B1 (en) 2020-08-28 2022-05-10 Earthsystems Technologies, Inc. Method for multichannel acquisition of geophysical data and system implementation
CN112346123B (zh) * 2020-11-06 2023-02-10 中国地震灾害防御中心 一种地震数据处理via双参数分析方法
US11808797B1 (en) 2021-03-19 2023-11-07 Earthsystems Technologies, Inc. Hemispherical dome electrode configuration and method of use
CN113404523B (zh) * 2021-07-05 2023-11-10 淮北市平远软岩支护工程技术有限公司 一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统
CN113703046A (zh) * 2021-08-31 2021-11-26 中煤科工集团重庆研究院有限公司 井下全空间地震波隐伏构造识别方法及系统
CN113985482B (zh) * 2021-10-28 2023-11-03 西安科技大学 基于煤矿井下通讯光缆的矿震震源定位方法
CN114704329B (zh) * 2022-03-17 2024-07-26 徐州弘毅科技发展有限公司 深部巷道掘进矿山地震波监测及超前应力快速探测的方法
CN114895353B (zh) * 2022-05-27 2023-03-10 中国矿业大学 井地一体微震监测系统监测单元采集数据授时对齐方法
CN115165629B (zh) * 2022-06-28 2025-05-13 东北大学 一种岩石岩爆类型倾向性的评估方法
CN115542381B (zh) * 2022-09-26 2024-02-02 徐州弘毅科技发展有限公司 基于三分向监测仪的矿震井地一体化融合监测系统及方法
CN115933803B (zh) * 2023-01-09 2023-06-13 江苏东成工具科技有限公司 一种设备控制方法、设备及计算机可读介质
CN118425316B (zh) * 2024-07-04 2024-09-17 北京致感科技有限公司 低频振动传感器、倾角传感器及结构安全监测装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7859942B2 (en) * 2007-03-01 2010-12-28 Christof Stork Measuring and modifying directionality of seismic interferometry data
WO2010080366A1 (en) * 2009-01-09 2010-07-15 Exxonmobil Upstream Research Company Hydrocarbon detection with passive seismic data
US8218394B2 (en) 2009-06-16 2012-07-10 Microseismic, Inc. Method for imaging the earths subsurface using passive seismic interferometry and adaptive velocity filtering
CN101581789A (zh) * 2009-06-23 2009-11-18 刘盛东 矿井工作面巷间震波ct探测方法
US8838392B2 (en) * 2009-10-05 2014-09-16 Westerngeco L.L.C. Noise attenuation in passive seismic data
US20120271550A1 (en) * 2009-11-02 2012-10-25 Landmark Graphics Corporation Seismic Imaging Systems and Methods Employing a 3D Reverse Time Migration with Tilted Transverse Isotropy
US8737165B2 (en) * 2010-10-01 2014-05-27 Westerngeco L.L.C. Interferometric seismic data processing for a towed marine survey
US20130191044A1 (en) * 2011-03-21 2013-07-25 Schlumberger Technology Corporation Method and system for presenting stress domain
US20130003499A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-03 King Abdulaziz City For Science And Technology Interferometric method of enhancing passive seismic events
CN102788995A (zh) * 2012-08-02 2012-11-21 中煤科工集团西安研究院 以切割震动为地震信号的煤矿工作面探测方法
CN103728655B (zh) * 2013-12-24 2016-04-06 天地科技股份有限公司 一种回采工作面冲击危险性采前预评价方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2587521C1 (ru) 2016-06-20
CN105765408A (zh) 2016-07-13
PL409989A1 (pl) 2016-05-09
WO2015002558A2 (en) 2015-01-08
CN105765408B (zh) 2019-05-07
UA118543C2 (uk) 2019-02-11
WO2015002558A3 (en) 2015-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL230219B1 (pl) Sposób i układ do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach usytuowanych nad wyrobiskami górniczymi kopalni głębinowej
Del Gaudio et al. What we can learn about slope response to earthquakes from ambient noise analysis: An overview
CA2715725C (en) Monitoring of reservoir fluid moving along flow pathways in a producing oil field using passive seismic emissions
NO335879B1 (no) System og fremgangsmåte for kontinuerlig overvåkning av fluidveier i et produserende hydrokarbonreservoar
Greco et al. Combining relative and absolute gravity measurements to enhance volcano monitoring
CN103336297B (zh) 微破裂向量扫描方法
CN103969678A (zh) 煤矿采空区无源地震探测方法
Roux et al. Microseismic activity within a serac zone in an alpine glacier (Glacier d’Argentiere, Mont Blanc, France)
Mutke et al. Upper Silesian Geophysical Observation System–A unit of the EPOS project
US20190187317A1 (en) Offshore reservoir monitoring system and method for its operation
Contrucci et al. Aseismic mining subsidence in an abandoned mine: influence factors and consequences for post-mining risk management
WO2019013657A1 (en) METHOD FOR PREDICTING SPONTANEOUS SEISMIC EVENTS INDUCED BY MINERAL EXPLOITATION
Cunningham et al. Three-dimensional distributed acoustic sensing at the Sanford Underground Research Facility
Likhodeev et al. Studying the deep structure of Elbrus Volcano by microseismic sounding
Czarny et al. The application of seismic interferometry for estimating a 1D S-wave velocity model with the use of mining induced seismicity
CN102939547A (zh) 确定位于海底的两个探测器的相对位置的方法
Feng et al. Rockfall localization from seismic polarization considering multiple triaxial geophones and frequency bands
Karamzadeh et al. Small-aperture array as a tool to monitor fluid injection-and extraction-induced microseismicity: applications and recommendations
RU2645790C1 (ru) Способ определения границ субвертикальных протяженных объектов в геологической среде
Lanza et al. A Prospective Evaluation of Borehole Distributed Acoustic Sensing Technologies for Detecting and Locating Out‐of‐Network Microseismicity
Pandoe et al. Indonesia Cable-Based Tsunameter (InaCBT): Tsunami detection and identification on other seismic wave signals
Luo et al. Passive seismic monitoring of mine-scale geothermal activity: a trial at Lihir open pit mine
Beranzoli et al. A first insight into the Marsili volcanic seamount (Tyrrhenian Sea, Italy): Results from ORION-GEOSTAR3 experiment
Xu et al. Stress Redistribution Monitoring Using Passive Seismic Tomography at a Deep Nickel Mine
RU2462734C1 (ru) Способ обнаружения возможности наступления катастрофических явлений