RU2727317C1 - Forecast method of mine impact in mines and shafts - Google Patents

Forecast method of mine impact in mines and shafts Download PDF

Info

Publication number
RU2727317C1
RU2727317C1 RU2019132809A RU2019132809A RU2727317C1 RU 2727317 C1 RU2727317 C1 RU 2727317C1 RU 2019132809 A RU2019132809 A RU 2019132809A RU 2019132809 A RU2019132809 A RU 2019132809A RU 2727317 C1 RU2727317 C1 RU 2727317C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coordinates
explosion
mines
earth
ccc
Prior art date
Application number
RU2019132809A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Яковлевич Шайдуров
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority to RU2019132809A priority Critical patent/RU2727317C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2727317C1 publication Critical patent/RU2727317C1/en

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F5/00—Means or methods for preventing, binding, depositing, or removing dust; Preventing explosions or fires
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/003—Seismic data acquisition in general, e.g. survey design
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V11/00—Prospecting or detecting by methods combining techniques covered by two or more of main groups G01V1/00 - G01V9/00
    • G01V11/007—Prospecting or detecting by methods combining techniques covered by two or more of main groups G01V1/00 - G01V9/00 using the seismo-electric effect

Abstract

FIELD: mining.SUBSTANCE: claimed invention is intended to determine the place of possible explosion of methane accumulated under the mine working surface and can also be used in geophysics for search and exploration of hydrocarbons with assessment of depth of productive deposit position. Disclosed is a method of predicting rock impact in mines, consisting in remote recording of seismoelectric effect from gas bubble accumulated in the region of development and determination of its coordinates. To implement the method on the Earth's shaft field surface in at least two spaced points using the electromagnetic field sensor placed in them and a three-coordinate geophone are used to simultaneously receive noise signals of electric and seismic fields in three coordinates. Computer determines their cross-correlation coefficients (CCC), from which CCC modules and angles of their directions in space are determined. Upon occurrence of CCC module maximum value explosion threat is predicted, wherein the coordinates of the expected explosion are determined through angles of directions and the point of intersection of the CCC modules obtained in two observation points spaced along the surface of the Earth.EFFECT: technical result is increase in reliability of forecast of mine impact or explosion in mines from piles accumulated in the area of gas bubble with determination of its coordinates, as well as high accuracy and efficiency of prediction due to combined use of electrical and acoustic noise, which due to their correlation eliminates the effect of other industrial noise.1 cl, 1 dwg

Description

Заявленное изобретение предназначено для определения места возможного взрыва накопившегося под поверхностью горной выработки метана, и также может быть использовано в геофизике для поиска и разведки углеводородов с оценкой глубины положения продуктивной залежи.The claimed invention is intended to determine the location of a possible explosion of methane accumulated under the surface of a mine, and can also be used in geophysics for prospecting and prospecting for hydrocarbons with an estimate of the depth of the location of a productive deposit.

Известен способ прогноза взрывоопасности метановоздушных смесей в шахтах, который заключается в том, что на шахтных полях выделяют выемочные участки с различными геотехническими условиями разработки, метанообильность участков определяют по метаноносности угольных пластов и объемам выделяющегося свободного метана (патент РФ 2524860 С1, дата приоритета 27.06.2013, дата публикации 10.08.2014, автор Забурдяев B.C., RU).There is a known method for predicting the explosiveness of methane-air mixtures in mines, which consists in the fact that mining areas with different geotechnical conditions of development are distinguished in the mine fields, the methane abundance of the areas is determined by the methane content of coal seams and the amount of free methane released (RF patent 2524860 C1, priority date 06/27/2013 , publication date 08/10/2014, author Zaburdyaev BC, RU).

Недостатком известного способа является неоднозначность связи показателей метаноносности с угрозой взрыва, поскольку газосодержание метана в воздухе выработки зависит от попутного содержания метана в добываемом угле.The disadvantage of this method is the ambiguity of the relationship between methane content indicators with the threat of explosion, since the gas content of methane in the air of the mine depends on the associated methane content in the coal produced.

Известен способ прогноза риска взрывов гибридных смесей в шахтах и рудниках, при котором измерения расхода воздуха и концентрации газов в нем производят в процессе снижения параметров проветривания выработки (патент РФ 2536544 С1, дата приоритета 18.07.2013, дата публикации от 27.12.2014, автор Забурдяев B.C., RU)There is a known method for predicting the risk of explosions of hybrid mixtures in mines and mines, in which measurements of the air flow rate and gas concentration in it are carried out in the process of reducing the ventilation parameters of the mine (RF patent 2536544 C1, priority date 07/18/2013, publication date 12/27/2014, author Zaburdyaev BC, RU)

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет оценить опасное скопление метана за стенками выработок, то есть заранее определить ожидаемый взрыв.The disadvantage of this method is that it does not allow one to assess the dangerous accumulation of methane behind the walls of the mine workings, that is, to determine the expected explosion in advance.

Известен способ пассивной съемки Земли, включающий генерирование одного или нескольких обнаруживаемых сигналов путем пассивного обнаружения сигналов, генерируемых в пласте вследствие сейсмоэлектрического эффекта для определения, по меньшей мере, одного свойства подземного пласта Земли (патент США № US 8347658 (В2), дата приоритета 30.03.2011, дата публикации 08.01.2013, автор Thompson A., US).There is a known method of passive Earth survey, including the generation of one or more detectable signals by passive detection of signals generated in the formation due to the seismoelectric effect to determine at least one property of the Earth's underground layer (US patent No. US 8347658 (B2), priority date 30.03. 2011, publication date 01/08/2013, author Thompson A., US).

Этот способ не определяет наличие газа в подземном пласте Земли, а дает усредненную характеристику сейсмоэлектрического эффекта, наблюдаемого над слоистым георазрезом.This method does not determine the presence of gas in the underground layer of the Earth, but gives an average characteristic of the seismoelectric effect observed over a layered geo-section.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является способ сейсморазведки углеводородов, основанный на одновременном наблюдении электрических и сейсмических шумов в диапазоне частот 1-20 Гц, позволяющий обнаружить скопление газа под поверхностью земли по обнаружению максимума их функции взаимной корреляции (патент РФ №2559046 С2, дата приоритета 14.02.2013, дата публикации 10.08.2015, авторы: Шайдуров Г.Я., Кудинов Д.С. и др., RU, прототип).The closest technical solution adopted as a prototype is a method for seismic exploration of hydrocarbons, based on the simultaneous observation of electrical and seismic noises in the frequency range of 1-20 Hz, which makes it possible to detect gas accumulation under the earth's surface by detecting the maximum of their cross-correlation function (RF patent No. 2559046 C2, priority date 02/14/2013, publication date 08/10/2015, authors: Shaidurov G.Ya., Kudinov D.S. et al., RU, prototype).

Недостатком прототипа является то, что данный способ не позволяет оперативно оценить место взрыва, поскольку предполагает перемещение датчиков вдоль профиля наблюдений и не дает информацию по направлению прихода шумовых сигналов.The disadvantage of the prototype is that this method does not allow to quickly assess the explosion site, since it involves moving the sensors along the observation profile and does not provide information on the direction of arrival of noise signals.

Технической проблемой, которую решает заявленное изобретение, является предсказание появления горного удара или взрыва, оценки его местоположения без перемещения датчиков сигналов с регистрацией шумов электрического и сейсмического полей, генерируемых газовой полостью и наблюдаемых по всему шахтному полю на поверхности земли.The technical problem that the claimed invention solves is to predict the occurrence of a rock burst or explosion, to estimate its location without moving the signal sensors, registering the noise of the electric and seismic fields generated by the gas cavity and observed throughout the mine field on the earth's surface.

Для решения технической проблемы предложен способ прогноза горного удара в шахтах и рудниках, основанный на регистрации сейсмо-электрического эффекта в шумовых электрических и сейсмических полях Земли, заключающийся в дистанционной регистрации сейсмо-электрического эффекта от накопившегося в районе выработки газового пузыря и в определении его координат. Для осуществления способа на поверхности шахтного поля Земли, не менее чем в двух разнесенных точках, с помощью располагаемых в них датчика электромагнитного поля и трех-координатного сейсмоприемника ведут одновременный прием шумовых сигналов электрического и сейсмического полей по трем координатам, с помощью компьютера определяют коэффициенты взаимной корреляции (КВК) между сигналами, по ним определяют модули КВК и углы их направлений в пространстве, по появлению максимального значения модуля КВК прогнозируют угрозу взрыва, при этом координаты ожидаемого взрыва определяют через углы направлений и точку пересечения модулей КВК, получаемых в двух разнесенных по поверхности Земли пунктах наблюдения.To solve a technical problem, a method for predicting a rock burst in mines and mines is proposed, based on the registration of the seismic-electric effect in the noise electric and seismic fields of the Earth, which consists in remote registration of the seismic-electric effect from the gas bubble accumulated in the area of production and in determining its coordinates. To implement the method on the surface of the mine field of the Earth, at least in two spaced points, using the electromagnetic field sensor and a three-coordinate seismic receiver located in them, they simultaneously receive noise signals of the electric and seismic fields in three coordinates, using a computer to determine the mutual correlation coefficients (KVK) between the signals, they determine the KVK modules and the angles of their directions in space, upon the appearance of the maximum value of the KVK module, predict the threat of an explosion, while the coordinates of the expected explosion are determined through the angles of the directions and the point of intersection of the KVK modules obtained in two spaced apart along the Earth's surface observation points.

На чертеже показана схема реализации заявленного способа, на которой изображено:The drawing shows a diagram of the implementation of the claimed method, which shows:

1 - поверхность Земли;1 - the surface of the Earth;

2 - газовый пузырь;2 - gas bubble;

3, 4 - сейсмоприемники;3, 4 - seismic receivers;

5, 6 - датчики электрического поля;5, 6 - electric field sensors;

7, 8 - измеряемые КВК.7, 8 - measured KVK.

Заявляемый способ прогноза горного удара в шахтах и рудниках основан на регистрации на поверхности Земли сейсмо-электрического эффекта, появляющегося в скоплениях метана и заключающегося в генерации электрических зарядов при действии на газовый пузырь сейсмических возмущений внешнего и внутреннего происхождения. В последнем случае механические (сейсмические) силы в газовом пузыре возникают под давлением газа.The inventive method for predicting a rock burst in mines and mines is based on the registration on the Earth's surface of a seismic-electric effect that appears in methane accumulations and consists in the generation of electric charges when seismic disturbances of external and internal origin act on a gas bubble. In the latter case, mechanical (seismic) forces in the gas bubble arise under gas pressure.

Способ прогноза горного удара в шахтах и рудниках реализуется следующим образом. На поверхности Земли 1 над шахтным полем устанавливают две точки для приема шумовых сигналов электрического и акустического полей, с разносом, соответствующим ожидаемой глубине положения накопившегося газа (газового пузыря) 2; шумовые сигналы снимают одновременно с трех-координатных сейсмоприемников 3, 4 и датчиков электрического поля 5, 6; с помощью компьютера вычисляют коэффициенты взаимной корреляции (КВК) электрических и акустических шумов по трем координатам сейсмоприемников Rx, Ry, Rz; по ним определяют модули

Figure 00000001
и углы их направлений в пространстве α, β; по пересечению направлений модулей
Figure 00000002
и
Figure 00000003
прогнозируют ожидаемое место взрыва.The method of forecasting rock burst in mines and mines is implemented as follows. On the surface of the Earth 1 above the mine field, two points are set to receive noise signals of electric and acoustic fields, with a spacing corresponding to the expected depth of the position of the accumulated gas (gas bubble) 2; noise signals are taken simultaneously from three-coordinate seismic receivers 3, 4 and electric field sensors 5, 6; using a computer, the coefficients of cross-correlation (KVK) of electrical and acoustic noise are calculated for three coordinates of the seismic receivers R x , R y , R z ; they determine modules
Figure 00000001
and the angles of their directions in space α, β; by intersection of module directions
Figure 00000002
and
Figure 00000003
predict the expected explosion site.

Для примера, рассмотрим двумерную задачу определения местоположения газового пузыря по данным шумовых сигналов, снимаемых с двух сейсмоприемников. Согласно (И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев «Справочник по математике» М. Наука, 1980, с 237), при известных измеряемых углах прихода сейсмической волны α, β, γ и дистанции между сейсмоприемниками как стороны треугольника С, расстояния от точек наблюдения до места ожидаемого взрыва определяются с помощью соотношений:As an example, let us consider a two-dimensional problem of determining the location of a gas bubble using data from noise signals taken from two geophones. According to (IN Bronstein, K.A. Semendyaev "Handbook of Mathematics" M. Nauka, 1980, p. 237), at known measured angles of arrival of seismic waves α, β, γ and the distance between the seismic receivers as sides of the triangle C, the distance from observation points to the place of the expected explosion are determined using the relations:

Figure 00000004
Figure 00000004

Углы прихода сейсмической волны определяются через КВК между сигналами электрических Е и сейсмических S шумовThe angles of arrival of a seismic wave are determined through the KVK between the signals of electrical E and seismic S noise

Figure 00000005
Figure 00000005

Где

Figure 00000006
Where
Figure 00000006

ЗдесьHere

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Rx; Rz - коэффициенты взаимной корреляции (КВК) шумовых сигналов сейсмического S(t) и электрического поля E(t), соответственно по координатам Х и Z.R x ; R z - coefficients of cross-correlation (KVK) of noise signals of seismic S (t) and electric field E (t), respectively, along the coordinates X and Z.

Появление шумов электрического поля обусловлено вибрацией газового пузыря за счет естественных сейсмических шумов Земли и работающих в шахте механизмов, а также электрических разрядов при прорыве накопившегося газа через трещины в горной породе.The appearance of electric field noises is caused by the vibration of a gas bubble due to the natural seismic noises of the Earth and the mechanisms operating in the mine, as well as electrical discharges when the accumulated gas breaks through the cracks in the rock.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в создании технических средств, обеспечивающих достоверный прогноз горного удара или взрыва в шахтах и рудниках от накопившегося в районе выработки газового пузыря, с определением его координат, а также в повышении точности и оперативности прогноза вследствие совместного использования электрических и акустических шумов, что позволяет за счет их корреляции исключить влияние других промышленных помех.The technical result achieved by the invention consists in the creation of technical means that provide a reliable forecast of a rock burst or explosion in mines and mines from a gas bubble accumulated in the area of production, with the determination of its coordinates, as well as in increasing the accuracy and efficiency of the forecast due to the combined use of electrical and acoustic noise, which allows due to their correlation to exclude the influence of other industrial noise.

Кроме того, преимуществом заявленного способа и новизной технологии является возможность постоянного мониторинга угрозы появления горного удара без перемещения датчиков по поверхности поля.In addition, the advantage of the claimed method and the novelty of the technology is the ability to continuously monitor the threat of a rock burst without moving the sensors over the field surface.

Время взрыва приближенно определяется величиной превышения модуля КВК над средним его значением за период наблюдений. При этом непосредственно перед взрывом за 5 - 10 минут по данным экспериментальных наблюдений, обычно наступает затишье, то есть снижение всех шумовых сигналов как электрических, так и акустических, ниже среднего уровня.The explosion time is approximately determined by the excess of the KVK module over its average value over the observation period. At the same time, immediately before the explosion, in 5 - 10 minutes, according to experimental observations, there is usually a lull, that is, a decrease in all noise signals, both electrical and acoustic, below the average level.

Claims (1)

Способ прогноза горного удара в шахтах и рудниках, заключающийся в дистанционной регистрации сейсмоэлектрического эффекта от накопившегося в районе выработки газового пузыря и в определении его координат, при котором на поверхности шахтного поля Земли не менее чем в двух разнесенных точках с помощью располагаемых в них датчика электромагнитного поля и трехкоординатного сейсмоприемника ведут одновременный прием шумовых сигналов электрического и сейсмического полей по трем координатам, с помощью компьютера определяют их коэффициенты взаимной корреляции (КВК), по ним определяют модули КВК и углы их направлений в пространстве, по появлению максимального значения модуля КВК прогнозируют угрозу взрыва, а координаты ожидаемого взрыва определяют через углы направлений и точку пересечения модулей КВК, получаемых в двух разнесенных по поверхности Земли пунктах наблюдения.A method for forecasting a rock burst in mines and mines, which consists in remote registration of the seismoelectric effect from a gas bubble accumulated in the area of production and in determining its coordinates, in which on the surface of the mine field of the Earth at least in two spaced points using an electromagnetic field sensor located in them and a three-coordinate seismic receiver simultaneously receive noise signals of electric and seismic fields in three coordinates, use a computer to determine their cross-correlation coefficients (KVK), use them to determine the KVK modules and the angles of their directions in space, predict the threat of an explosion when the maximum value of the KVK module appears, and the coordinates of the expected explosion are determined through the angles of the directions and the point of intersection of the KVK modules obtained at two observation points located at the Earth's surface.
RU2019132809A 2019-10-15 2019-10-15 Forecast method of mine impact in mines and shafts RU2727317C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132809A RU2727317C1 (en) 2019-10-15 2019-10-15 Forecast method of mine impact in mines and shafts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132809A RU2727317C1 (en) 2019-10-15 2019-10-15 Forecast method of mine impact in mines and shafts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2727317C1 true RU2727317C1 (en) 2020-07-21

Family

ID=71741148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019132809A RU2727317C1 (en) 2019-10-15 2019-10-15 Forecast method of mine impact in mines and shafts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2727317C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2037162C1 (en) * 1994-09-02 1995-06-09 Акционерное общество открытого типа "Интеринж" Method and device for radiowave prediction of earthquake
PT748457E (en) * 1994-12-29 2000-08-31 Inst Francais Du Petrole A PROCESS AND DEVICE FOR LONG-TERM SURVEILLANCE OF A SUBTERRANEAN AREA CONTAINING FLUIDS
MX342454B (en) * 2013-03-05 2016-09-29 Hunt Energy Entpr Llc Sensors for passive electroseismic and seismoelectric surveying.
PL228634B1 (en) * 2014-10-30 2018-04-30 Inst Technik Innowacyjnych Emag Method and the system for detecting and minimising methane hazard within the excavation longwall area

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2037162C1 (en) * 1994-09-02 1995-06-09 Акционерное общество открытого типа "Интеринж" Method and device for radiowave prediction of earthquake
PT748457E (en) * 1994-12-29 2000-08-31 Inst Francais Du Petrole A PROCESS AND DEVICE FOR LONG-TERM SURVEILLANCE OF A SUBTERRANEAN AREA CONTAINING FLUIDS
MX342454B (en) * 2013-03-05 2016-09-29 Hunt Energy Entpr Llc Sensors for passive electroseismic and seismoelectric surveying.
PL228634B1 (en) * 2014-10-30 2018-04-30 Inst Technik Innowacyjnych Emag Method and the system for detecting and minimising methane hazard within the excavation longwall area

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Senfaute et al. Micro-seismic precursory cracks prior to rock-fall on coastal chalk cliffs: a case study at Mesnil-Val, Normandie, NW France
US7872944B2 (en) Method of monitoring microseismic events
Arosio et al. Towards rockfall forecasting through observing deformations and listening to microseismic emissions
KR20200014387A (en) Detection of underground structures
CN106597528B (en) Tunnel geology 3-D seismics reflect seismoelectric integration forward probe device and method
US20140104979A1 (en) Ground-Penetrating Tunnel-Detecting Active Sonar
US9903972B2 (en) Seismic cable, system and method for acquiring information about seismic, microseismic and mechanical vibration incidents in a well
Panzera et al. Speedy techniques to evaluate seismic site effects in particular geomorphologic conditions: Faults, cavities, landslides and topographic irregularities
CN105431612A (en) Drilling method and apparatus
EP2923222B1 (en) Processing microseismic data
Chang et al. Seismic profile of the Huangzhuang-Gaoliying fault in Beijing by Mini-Sosie method
RU2727317C1 (en) Forecast method of mine impact in mines and shafts
Potapov et al. Geotechnical monitoring of frozen soils: Problems and possible solutions
US9695684B2 (en) System and method for predicting the front arrival time in reservoir seismic monitoring
CN102298158B (en) Fault detection device and fault detection method
Adushkin et al. Monitoring potentially hazardous areas at Korobkovo deposit of the Kursk Magnetic Anomaly
du Toit et al. Can DAS be used to monitor mining induced seismicity?
JP2008014830A (en) Hydrate existence domain survey method and survey system
US20130188452A1 (en) Assessing stress strain and fluid pressure in strata surrounding a borehole based on borehole casing resonance
Rapetsoa et al. Cost‐effective in‐mine seismic experiments to image platinum deposits and associated geological structures at Maseve platinum mine, South Africa
KR20010035239A (en) Method of prospecting a seismic survey using a boring hole
CA2687389C (en) Locating and differentiating oil, gas or water by actively exciting a porous oil, gas or water saturated system to give off its characteristic resonance response
Pérez-Gracia et al. Geophysics: Fundamentals and applications in structures and infrastructure
RU2501041C2 (en) Nondestructive method of detecting voids in upper section of earth's crust
Zou et al. Investigation of blast-induced fracture in rock mass using reversed vertical seismic profiling