Description:

"First Break том 26, Октябрь 2008 Техническая статья Идентификация обрушений трубок, заполненных брекчией в угольных шахтах на основе интервальных атрибутов сейсмических данных 3D. Identification of collapse breccia pipes in coal mines based on 3D seismic interval attributes Huo Quan-Ming,1* Wang Yang1 и Zhang Xing-Ping1 Краткое содержание Трубки брекчии обрушения образуются погружением трубчатых тел в покрывающие породы в пустоты выщелачивания в известняках или слоях эвапоритов. В северном Китае, трубки, заполненные брекчией обрушения известны на некоторых угольных месторождениях, на которых имело место выщелачивание подстилающих известняковых слоев. Ввиду своей высокой проницаемости, трубки брекчии обрушения являются очень серьезной угрозой безопасности для подземных угольных шахт, которые могут быть быстро затоплены, если горная выработка пересечет трубку. Угроза, которую они представляют, препятствует вводу в действие современных механизированных методик выемки длинными забоями, призванных улучшить производительность. В последние годы был достигнут некоторый успех в применении высокоразрешенной сейсмической съемки МОВ в целях обнаружения трубок брекчии обрушения перед проходкой, при этом успех обнаружения составил 60-70%. Введение Трубки брекчии обрушения встречаются на Каменноугольных и Пермских угольных месторождениях Северного Китая (Рисунок 1). Согласно Liangtao Ge et al. (2001), более чем 2876 трубок было обнаружено в 45 угольных шахтах, расположенных в провинциях Shanxi, Hebei, Shandong, Shaanxi, Hebei, Henan и Jiangsu, а также в других провинциях Китая, большинство из которых расположены в провинциях Shanxi и Hebei, особенно в районе реки Fenhe. В области разработки Xishan было найдено 1300 трубок брекчии обрушения с плотностью до 70 на км2; в области разработки Huo Xian плотность составила до 34 на км2; и более чем 450 трубок было найдено на площади 99 км2 области разработки Yangquan. Трубки брекчии обрушения создаются при погружении трубчатых тел в покрывающие породы в пустоты выщелачивания в известняках или слоях эвапоритов. На угольных месторождениях Северного Китая, выщелачивание происходило в мощных ордовикских известняках, которые подстилает разрез угленосных слоев. Ввиду высокой проницаемости, трубки брекчии обрушения являются очень серьезной угрозой безопасности для подземных угольных шахт, которые могут быть быстро затоплены, если горная выработка пересечет трубку. Угроза, которую они представляют, препятствует вводу в действие современных механизированных методик выемки длинными забоями, призванных улучшить производительность. Типичным примером изучения является случай, произошедший на шахте Fangezhuang в области разработки Kailuan. Ранее во время разработки было обнаружено восемь сухих трубок брекчии обрушения. Между тем, 2 августа 1984 года, произошел очень серьезный прорыв воды, когда при разработке была пересечена девятая трубка брекчии обрушения. Вода фонтанировала со средним дебитом более чем 2000 м3/hf1 за первый период 10 часов, быстро затопляя шахту и создавая угрозу соседней шахте. Рисунок 1 Распределение областей угольных разработок в северном Китае, где были обнаружены трубки брекчии обрушения. Легенда: (1) области разработки, где были обнаружены трубки; (2) области разработки, где не было обнаружено трубок (After Liangtao Ge et al., 2001). Рисунок 2 Схема разреза типичной трубки брекчии обрушения, найденной в области разработки Jingjing провинции Shanxi в Северном Китае. 1 Research Institute of Coal Geophysical Exploration, China National Administration of Coal Geology, Zhuozhou, Hebei, China. 1* Автор, с которым можно вести переписку, E-mail: Hqm2@vip.sina.com. В результате финансовые потери насчитывают несколько сотен миллионов RMB (китайских юаней). Геофизические методы, которые ранее применялись к задаче обнаружения трубок брекчии обрушения перед тем как выполнять выемку, включают высокоточные методы грави-магниторазведки, метод переходных процессов ЭМ поля (Huo Quanming et al., 1994), георадар (Zhang Jian, 2006) и 2D сейсмопрофилирование МОВ. В недавнем прошлом высокоразрешенный сейсмический метод 3D на отраженных волнах широко использовался для изучения трубок брекчии обрушения (Jianyi Tang and Zheng Fang, 1998; Jianyi Tang et al., 1998; Zuozhou Shi et al., 1998; Zhao Pu and Xizun Wu, 2005). Он применялся как на равнинах, например в районах добычи Kailuan и Xingtai, а также в горной местности, например в районах добычи Yangquan, Xishan и Jincheng. Тем не менее метод, применяемый для идентификации трубок брекчии обрушения по сейсмическим данным 3D, был преимущественно основан на интерпретации разрезов сейсмических профилей и временных срезов на рабочей станции, что зависит от точности изображений и опыта интерпретатора. Степень успеха при обнаружении трубок диаметром 30 м и более был в диапазоне 60-70%, и это не отвечает требованиям надежной добычи угля с использованием современных механизированных методик разработок. Мы разработали методику количественного описания и идентификации трубок брекчии обрушения по данным сейсморазведки 3D на отраженных волнах на основе интервальных атрибутов. Результаты показывают, что обнаружение трубок существенно улучшилось при использовании оптимизированных интервальных атрибутов и стало возможным выявлять трубки диаметром менее 30 м. Геологические характеристики трубок брекчии обрушения Типичные формы трубок брекчии обрушения, распространенные в угленосных слоях северного Китая, показаны на Рисунке 2. Большинство трубок имеет овальную или округлую форму в плане, меньшая часть из них имеет неправильную форму. Многие трубки имеют конусность в вертикальном направлении, соответствуют конусу или более неправильной фигуре. Их диаметр имеет диапазон от десятков метров до нескольких сотен метров, а их высота варьирует от 100 м до 500-600 м. Нижняя часть трубок внутри известняков, там где пустоты выщелачивания были заполнены брекчией обрушения, могут достигать нескольких десятков метров в высоту. Рисунок 3 Сейсмическое моделирование трубок брекчии обрушения диаметром 80 м, пересекающих угольный пласт мощностью 3 м: (a) модель; (b) результат моделирования на основе волнового уравнения Кирхгофа, представляющий суммарный сейсмический разрез; и (c) разрез, мигрированный во временной области. Рисунок 4 Сейсмическое моделирование трубок брекчии обрушения диаметром 20 м пересекающих угольный пласт: (a) модель; (b) результат моделирования на основе волнового уравнения Кирхгофа, представляющий суммарный сейсмический разрез; и (c) разрез, мигрированный во временной области. Рисунок 5 Изображение трубок брекчии обрушения на сейсмических временных разрезах. Ось синфазности T15 горизонт основного угольного пласта номер 15, имеющего мощность 3.0-5.2 м: (a) Имеется четкий разрыв со сменой характера отражения в том месте, где широкая трубка пересекает горизонт T15; (b) Наблюдается ослабление амплитуды сигнала, но при этом нет смены характера отражения там, где узкая трубка пересекает горизонт T15. Брекчия в трубках состоит из хаотически организованных блоков и обломков с острыми краями и углами. Степень цементации может быть различной. Имеется существенная вариация плотности брекчии в различных трубках. По сравнению с породами стенок, брекчия имеет более низкую прочность и большую пористость, и слабо сцементирована. Цементация между брекчией и породами стенки также очень слабая, и наблюдаются развитые трещины в породах стенки. Сейсмическое моделирование трубок брекчии обрушения Модель 1 В данной модели ширина трубок tв месте, где они пересекают угольный пласт 80 м, как показано на Рисунке 3a, мощность угольного пласта 3 м, а скорости и плотности каждого слоя показаны в Таблице 1. На Рисунке 3b показан суммарный разрез, полученный по модельным данным на основе моделирования Кирхгофа на основе волнового уравнения 2D. Центральная частота сейсмического импульса равняется 75 Гц. Первичные отраженные волны от границ и дифрагированные волны от краев трубок брекчии обрушения легко выделяются. Самая высокоамплитудная часть дифрагированного сигнала - зеркальное отражение от верхней части трубки. На рисунке 3c показан результат временной миграции с использованием f-k алгоритма. Дифракции были подавлены, и можно легко определить положение трубки в угольном горизонте по отсутствию отражения от угольного пласта. Модель 2 В данной модели ширина трубки брекчии обрушения в том месте, где она пересекает пласт угля, достигает только 20 м (Рисунок 4a), но кроме формы трубки другие параметры те же, что и для модели 1. На Рисунке 4b показан суммарный разрез для модели на основе моделирования методом Кирхгофа на основе волнового уравнения 2D. По сравнению с рисунком 3b единственным очевидным отличием является присутствие дополнительной оси синфазности дифрагированной волны от верхней части поверхности трубки. На рисунке 4c приводится результат м'_" Ключевые слова: break, идентификация, ось, показанный, срез, jianyi tang, временной, шахта, tem, мс, слой эвапорит, jianyi, метод, препятствовать ввод, подавленный, атрибут, сейсмический временной, угольный, интерпретация, длина, трубка брекчия, изображение, форма, использование, сейсмический дать, рисунок, eage, положение, трубка брекчия обрушение, длинный, пропикированным горизонт, место, geophysical, брекчия обрушение, результат моделирование, область, chinese, выемка, диапазон, угольный пласт, амплитуда, пустота выщелачивание, firstbreak, huo, получить, firstbreak org, coal, интервальный атрибут, опорный горизонт, сейсмический разрез, волна, обнаруженный, обнаружение, показать, идентифицированный, сигнал, провинция, временной окно, брекчия, разрез, северный, обнаружить, выщелачивание, модель, результат, покрывающий порода, сейсмический, полученный, абсолютный, порода, абсолютный амплитуда, диаметр, октябрь, china, слой, методика, development, break октябрь, application, tang, применяться, разрез мигрированный, малый, интервальный срез, форма трубка, затопленный, плотность, моделирование, сравнение, угроза, основа, пересекать, провинция shanxi, идентифицировать, статья, exploration, пропикировать, пласт, трудный обнаружить, северный китай, org, легкий, jinsuo, oil, уголь, область разработка, пересекать угольный, технический, xizun, верхний, технический статья, интервальный, атрибут сейсмический, seismic, обрушение, временной разрез, китай, горизонт, отражение, показать рисунок, высокий, окно, трубка, zhang, дать, разработка, известняк, shanxi