Sposób i system do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach nad wyrobiskami górniczymi

Dotychczasowy stan techniki

Do analizy struktury geologicznej i względnych zmian naprężeń w warstwach nad wyrobiskami górniczymi niezbędne jest prowadzenie pasywnej lub aktywnej tomografii sejsmicznej, co wymaga impulsowego wzbudzania fal w podziemiach kopalń lub na powierzchni Ziemi korzystnie wykorzystania naturalnych kopalnianych zjawisk sejsmicznych i rejestrowania ich dodatkową siecią pomiarową zlokalizowaną na powierzchni.  Taka realizacja pomiarów jest kosztowna i nie zawsze możliwa a uzyskiwane porycie obszaru promieniami sejsmicznymi jest niezadawalające do uzyskania właściwej rozdzielczości tomografii. Nowe możliwości w tej dziedzinie stwarza rozwijająca się metoda niskoczęstotliwościowej sejsmiki pasywnej, która umożliwia realizację tomografii pasywnej bez konieczności wykorzystywania sztucznie wzbudzanych fal a jedynie z wykorzystaniem niskoczęstotliwościowego szumu.

Aktualnie w kraju brak jest systemu umożliwiającego prowadzenie badań metodami niskoczęstotliwościowej sejsmiki pasywnej LFS (ang. Low Frequency Seismics).  W świecie zagadnienie to jest stosunkowo nowe i rozwiązywane jest wycinkowo przez różne zespoły badawcze [1, 2, 3]. 

Sejsmika LFS bazuje na analizie dyfuzyjnego pola sejsmicznego tzw. szumu sejsmicznego jako rezultatu wielokrotnego rozpraszania fali sejsmicznej w efekcie różnego rodzaju procesów, głównie geologiczno-tektonicznych. Szum sejsmiczny może być: regionalny nazywany globalnym, lub lokalny, nazywany kulturowym [4]. 

Szumy o charakterze regionalnym 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 3Hz w przypadku szumu regionalnego, a szumu lokalnego nawet do 30 Hz [5]. Maksymalny zasięg głębokościowy rozpoznania związany z częstotliwością analizowanej powierzchniowej fali sejsmicznej może wynosić od kilkudziesięciu metrów do kilku tysięcy metrów [6]. 

Rozwój metod LFS byłby niemożliwy gdyby nie nowoczesne technologie wykorzystywane 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: sondowanie mikrosejsmiczne MS (ang. microseismic sounding) i interferometrię sejsmiczną IS (ang. seismic interferometry).

Należy zauważyć wzrost zainteresowania jednostek naukowych na świecie metodą LFS oraz oferowanie pierwszych usług badawczych [7]. Rozwija się również rynek autorskiego oprogramowania.

System do stosowania sposobu przedstawiony na rysunku Fig.1 i Fig.2 zawiera zestaw trójskładowych sond pomiarowych SPi umieszczanych w węzłach siatki pomiarowej nad kontrolowanym obszarem. Sondy posiadają zasilanie akumulatorowe AK umożliwiające kilkudniową pracę bez ładowania z możliwością ich podładowywania przez układ LAD. System wyposażony jest również w sondę referencyjną SR. Sondy pomiarowe rejestrują w sposób ciągły synchronicznie z czasem zegara GPS dane z czujników trójskładowych CZT po ich przetworzeniu przez mikroprocesor MK z konwerterem A/C w postaci trójskładowych rejestracji szumów i sporadycznie kopalnianych zjawisk sejsmicznych w swojej wewnętrznej nieulotnej pamięci PFL o dużej pojemności oraz przesyłają je na odległość do kilkuset metrów za pośrednictwem stacji dostępu AKPi zwiększających zasięg transmisji do mobilnego rejestratora danych pomiarowych MRDP gdzie są również magazynowane i skąd okresowo lub w sposób ciągły przekazywane są za pomocą - korzystnie modemu MGSM (LTE) lub przewodowo (INTERNET) do stacjonarnego centrum przetwarzania SCR.

Opcjonalnie dane mogą być dostarczane do SCR za pomocą nośników pamięci (np. wymienny twardy dysk). W stacjonarnym centrum przetwarzania SCR analiza zarejestrowanych szumów sejsmicznych prowadzona metodą sondowania mikrosejsmicznego lub i metodą interferometrii sejsmicznej umożliwia zobrazowanie struktury warstw geologicznych oraz względnych zmian prędkości rozchodzenia poprzecznych fal sejsmicznych w celu określenia względnych zmian naprężeń lub identyfikacji miejsc osłabienia struktury geologicznej.

Do stacjonarnego centrum przetwarzania SCR przekazywane są również dane z kopalnianej sieci sejsmicznej synchronizowanej (czasem z zegara GPS), w tym parametry lokalizowanych wstrząsów górniczych: współrzędne Xi, Yi i Zi oraz wyliczone czasy Toi w ogniskach wstrząsu, co umożliwia określenie na podstawie zarejestrowanych zjawisk sejsmicznych w stacjach SPi oraz w stacji referencyjnej SR czasu dojścia do nich fali P i realizację uzupełniającej pasywnej tomografii prędkościowej lub tłumieniowej, po określeniu w każdym kanale pomiarowym czasu narastania sygnału fali P do maksimum w pierwszym przeregulowaniu zapisu rejestrowanego zjawiska. Lokalizacji wstrząsów górniczych dokonuje kopalniany system sejsmiczny KSS wyposażony w sieć czujników sejsmometrycznych Si, kopalniane linie teletechniczne KLT i cyfrową iskrobezpieczną transmisję danych do jego części odbiorczej i przetwarzającej.

Drukuj E-mail

BIGtheme.net Joomla 3.3 Templates