Выбор источника упругих волн в задаче мониторинга состояния углепородного массива сейсмическим методом

Изучение состояния углепородных массивов при их механизированной отработке является важной задачей для обеспечения безопасности и эффективности добычи полезных ископаемых. Одним из методов неразрушающего контроля состояния горного массива является сейсмическое зондирование, которое основано на регистрации отраженных упругих волн, возникающих при воздействии технологического оборудования на горный массив. Для эффективного использования этого метода в режиме мониторинга необходимо выбрать источник упругих волн с учетом ряда условий, включая максимальную энергетическую эффективность и технологичность. Выбор источника упругих волн предлагается выполнить по ряду критериев, несоответствие которым является условием отнесения источника колебаний к помехам. В данной статье решается задача выбора техногенного источника упругих волн для мониторинга состояния углепородного массива сейсмическим методом. В основу статьи положен эксперимент, в ходе которого были получены данные о спектрах сигналов, изменении амплитуды и местоположения источника. На основе выбранных критериев был сделан обоснованный выбор источника упругих волн для дальнейшего применения в задаче мониторинга горного массива. Предлагаемый способ может также использоваться при выборе и оценке характеристик источников упругих волн в подготовительных забоях шахт и рудников, ведущих работы механизированным способом.

Валиев Н. Г., Шнайдер И. В., Абдрахманов М. И., Самсонов В. И., Зудилин А. Э. Выбор источника упругих волн в задаче мониторинга состояния углепородного массива сейсмическим методом // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 1-1. — С. 179—192. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_011_0_179.

Валиев Нияз Гадым оглы¹ — докт. техн. наук, профессор, проректор, зав. кафедрой, e-mail: niyaz.valiev@m.ursmu.ru, ORCID ID: 0000-0002-5556-2217;
Шнайдер Иван Владимирович¹ — аспирант, e-mail: ivan-shnajder@yandex.ru, ORCID: 0000-0002-9808-4219;
Абдрахманов Марат Ильдусович¹ — канд. техн. наук, доцент каф., e-mail: marat-ab@ mail.ru, ORCID: 0000-0002-0391-6204;
Самсонов Владимир Иванович¹ — старший преподаватель, ORCID: 0000-0001-8346-3606;
Зудилин Александр Эдуардович¹ — канд. геол.-минер. наук, доцент каф., ORCID: 0000-0002-6113-5043.
¹ Уральский государственный горный университет, Екатеринбург, Россия, 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

Шнайдер И. В., e-mail: ivan-shnajder@yandex.ru, тел.: +79221066506.

1. Захаров В. Н., Шляпин А. В., Трофимов В. А., Филиппов Ю. А. Изменение напряженно-деформированного состояния углепородного массива при отработке угольного пласта // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 9. — С. 5–24. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-0−5-24.

2. Сосновская Е. Л., Авдеев А. Н. Прогноз потенциальной удароопасности нижних горизонтов Холбинского рудника // Известия вузов. Горный журнал. — 2019. — № 8. — С. 30–37. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-8-30−37.

3. Абдрахманов М. И., Лапин С. Э., Шнайдер И. В. Создание цифровой модели структуры выемочного столба лавы методом сейсмозондирования // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 11−2. — С. 148–158. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_112_0_148.

4. Егоров А. П., Рыжов В. А. К вопросу систематизации геофизических исследований геомеханического состояния массива горных пород и земной поверхности для оперативного контроля безопасного ведения горных работ на угольных шахтах // Уголь. — 2019. — № 10. — С. 29–33.

5. Анциферов А. В., Глухов А. А., Анциферов В. А. Шахтный сейсмический прогноз тектонических нарушений по отраженным волнам методом локации // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6. — С. 131–139. DOI: 10.25018/02361493−2020−6-0−131−139.

6. Oboué Y. A. S. I., Chen W., Saad O. M. et al. Adaptive Damped Rank-Reduction Method for Random Noise Attenuation of Three-Dimensional Seismic Data // Surv Geophys. 2023, vol. 44, pp. 847–875. https://doi.org/10.1007/s10712-022-09756-7.

7. Arrowsmith S. J. Trugman D. T. MacCarthy J., Bergen K. J., Lumley D., Magnani M. B. Big Data Seismology // Reviews of Geophysics. 2022, vol. 60, issue 2. DOI: 10.1029/2021RG000769.

8. Соколов С. В., Салтымаков Е. А., Кормин А. Н. Комплексные геофизические исследования состояния углепородного массива в условиях Кузбасса // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2017. — № 2. — С. 66−70.

9. Писецкий В. Б., Robert Huang, Патрушев Ю. В., Зудилин А. Э., Шнайдер И. ., Широбоков М. П. Результаты испытаний сейсмических систем контроля состояния устойчивости горного массива в процессах строительства автодорожных тоннелей в Китае // Добывающая промышленность. — 2017. — № 2 (06). — С. 108.

10. Романов В. В., Мальский К. С., Посеренин А. И., Каринский А. Д. Оценка устойчивости и обводненности породного массива геофизическими методами // Горный журнал. — 2018. — № 11. — С. 61–64. DOI: 10.17580/gzh.2018.11.11.

11. Liu W., Liu Y., Li S. et al. A Review of Variational Mode Decomposition in Seismic Data Analysis // Surv Geophys. 2023, vol. 44, pp. 323–355. https://doi.org/10.1007/ s10712−022−09742-z.

12. Разумов Е. Е., Простов С. М. Основные принципы построения систем сейсмического мониторинга // Горный журнал. — 2021. — № 1. — С. 8−12.

13. Рассказов М. И., Гладырь А. В., Терешкин А. А., Цой Д. И. Сейсмоакустическая система контроля горного давления на подземном руднике «Мир» // Проблемы недропользования. — 2019. — № 2 (21). — С. 56−61 .

14. Астраханцев Ю. Г., Баженова Е. А., Белоглазова Н. А., Вдовин А. Г., Глухих И. И., Иванченко В. С., Хачай О. А. Комплексные геофизические исследования массивов горных пород в естественном залегании. — Екатеринбург: УрО РАН, 2018. — 105 с.

15. Wang Z., Sun C. & Wu D. Near-surface Site Characterization Based on Joint Iterative Analysis of First-arrival and Surface-wave Data // Surv Geophys. 2023, vol. 44, pp. 357–386. https://doi.org/10.1007/s10712-022-09747-8.

16. Wu B., Hu H. & Zhou H. W. Convolutional Neural Network-Assisted LeastSquares Migration // Surv Geophys. 2023, vol. 44(6), pp. 1–18. https://doi.org/10.1007/ s10712−023−09777-w.

17. Verdon J. P., Kendall J. M., Butcher A., Luckett R., Baptie B. J. Seismicity induced by longwall coal mining at the Thoresby Colliery, Nottinghamshire, UK // Geophysical Journal International. 2018, vol. 212, no. 2, pp. 942−954.

18. Харисов Т. Ф., Мельник В. В., Замятин А. Л. Геофизические поисково-оценочные исследования в условиях подземного рудника // Известия вузов. Горный журнал. — 2020. — № 7. — С. 49–55. DOI: 10.21440/0536-1028-2020-7-49−55.

19. Давыдов В. А. Спектральный анализ данных микросейсмических зондирований // Геофизика. — 2015. — № 1. — С. 72–77.

20. Шарапов И. Р., Феофилов С. А. Наземные пассивные микросейсмические мониторинги при изучении, разработке и эксплуатации недр в нефтегазовой и горнодобывающей отраслях // Приборы и системы разведочной геофизики. — 2021. — № 3. — С. 10−19.