а б
7.15-сурет – Топтық жылдамдықтың V
гр
дисперсиялық қисықтары және Н
нар
бұзылу амплитудасының түрлі мәндері кезінде канал толқынының бірінші (
___
)
және екінші (- - -) модаларының А
m
амплитудалық спектрлері
223
Дисперсиялық қисықтар мен амплитудалық спектрлер түрлерінің ӛзгеруі
соңғы есепте Лява канал толқынының екі модасының да сейсмограмма
пішіндерінің ӛзгерісіне алып келеді. 7.16 және 7.17-суреттерде «бұзылған»
қабаттың түрлі параметрлері кезінде (
нар
S
V
= 0,7; 1,0; 1,4 и
нар
Н
=0,7 и 0,3
у
Н )
бірінші және екінші модалардың сейсмограммалары кӛрсетілген.
нар
S
V
= 1,0
у
S
V
болған жағдай бұзылмаған қатқа сәйкес келеді (
нар
Н
=0). Сейсмикалық
ақпаратты кӛзбен кӛріп ӛңдеу кезінде амплитуда және сейсмограмма (немесе
оны орап ӛтуші) амплитудасы максимумының келу уақыты (немесе
жылдамдығы), кӛрінерлік кезең (немесе жиілік) және сейсмограмма цугының
ұзақтығы
негізгі
ақпараттық
параметрлар
болып
табылады.
Сейсмограммаларды
салыстырудан,
бұзылу
амплитудасына
тәуелсіз
тектоникалық бұзылуларға (
нар
S
V
= 0,7
у
S
V ) - цуг ұзақтығының артуы, ал
генетикалық бұзылулар үшін, керісінше, орап ӛтуші сейсмограмманың
амплитудасы максимумын ұлғайту кезінде цуг ұзақтығының азаюы тән екені
кӛрінеді. Қаттың сол және басқа жағдайда бұзылу амплитудасының шамасы
туралы канал толқынының орап ӛтуші сейсмограммасы максимумының келу
(жылдамдық) уақытының ӛзгеруі жӛнінде талқылауға болады. Қат қуатының
жартысынан астам амплитудамен бұзылулар үшін (7.16-сурет) орап ӛтуші
сейсмограмма максимумы жылдамдығының ӛзгерісі жақсы кӛрінеді, ал қат
қуатының жартысынан аз амплитуда кезінде (7.17-сурет) ол практикалық түрде
ӛзгермейді.
Генетикалық бұзылу типтері үшін (V
Sнар.
=1,4 V
Sу
) оның Н
нар
амплитудасын
анықтаудың қосымша критерийі ретінде бірінші және екінші модалар
амплитудаларының қатынасы қызмет етеді. Н
нар.
> 0,5 Н
у
болған жағдайда
екінші мода практикалық түрде жойылады (7.16, в-сурет), ал Н
нар.
< 0,5 Н
у
болғанда ол бірінші модамен салыстырарлық (7.17, в-сурет) болады.
Кӛмір қабатының, канал толқынының екі модасы үшін оның қуатының
жартысынан аз амплитудамен бұзылу аймақтарын бӛлудің ақпараттық
параметрлерін анықтау үшін олардың
)
А
,
f
,
f
,
V
(
H
m
H
m
Н
э
Н
э
нормативтік
параметрлерінің және
)
,
,
,
(
Am
fm
fэ
Vэ
K
K
K
K
бұзылу аймақтарының сипаттамаларына
(Н
нар.
амплитудасы және V
Sнар.
жылдамдығына) тәуелділіктері зерттелді.
Алынған тәуелділіктерді талдау, екінші моданың Эйри фазасының
нормаланған
жылдамдығы
мен
бірінші
және
екінші
модалар
амплитудаларының қатынасы (7.18-сурет) ұсақ амплитудалы бұзылуларға
анағұрлым «сезімтал» екенін кӛрсетеді. 7.18-суретте абциссалар осі бойынша
V
Sнар.
/ V
Sу
жылдамдығының қатынасымен сипатталатын бұзылу аймағының
«қанықтылығы» салынған. Қисықтар шифры салыстырмалы бұзылу
амплитудасына сәйкес келеді (Н
нар.
= 0,7 - 0,05Н
у
). 7.17 а-суретте келтірілген
бірінші және екінші модалардың
Н
э
V
графиктерін салыстыру, Н
нар.
< 0,5 Н
у
(қисықтар 0,5 + 0,05) амплитудасымен бұзылулар кезінде екінші мода үшін
Н
э
V
, бірдей бұзылу «қанықтылығы» кезінде бірінші модаға қарағанда ӛзгерістің
үлкен ауқымы тән екенін кӛрсетеді. Соныман, мысалы
Н
э
V
-ны ± 10 %
224
шектерінде анықтау қателігі кезінде ұсақ амплитудалы бұзылулар
Н
э
V
< 0,9
(тектоникалық бұзылулар) немесе
Н
э
V
> 1,1 (генетикалық бұзылулар) мәндері
кезінде анықталуы мүмкін. Бұзылу аймағының бірдей «қаныққандығы» кезінде
(0,7 бастап 1,4 дейін) бірінші мода жағдайында - Н
нар.
> 0,5 Н
у
, ал екінші мода
жағдайында Н
нар.
> 0,2 Н
у
амплитудамен бұзылу сенімді бӛлінуі мүмкін.
7.16-сурет – Бұзылмаған қатта (а) және Н
нар.
= 0,7 Н
у
(б -
нар
S
V
= 0,7
Sпл
V ; в –
нар
S
V
= 1,4
Sпл
V
) бұзылулар кезінде канал толқынының бірінші (А
1
) және екінші
(А
2
) сейсмограммалары Н
нар.
= 0,7 Н
у
225
7.17-сурет - Н
нар.
= 0,3 Н
у
бұзылулар мен
нар
S
V
/
Sпл
V
(а – 0,7; б – 1,4) түрлі қатынастары
кезінде канал толқынының бірінші (А
1
) және екінші (А
2
) сейсмограммалары
7.18-сурет – Канал толқынының 1 және 2 модаларының Эйри фазасының нормаланған
параметрлері (а) мен спектр амплитудасы максимумының (б) кӛмір қатының бұзылу аймағы
параметрлеріне тәуелділігі
226
Нормаланған амплитуда
H
m
А
графиктерін талдау (7.18, б-сурет), бірінші және
екінші модалар үшін түрлі тәуелділіктер байқалатынын кӛрсетеді.
Тектоникалық бұзылулар үшін (V
Sнар
< 1) бірінші моданың нормаланған
амплитудасы
H
m
А
бұзылу амплитудасына Н
нар
практикалық түрде тәуелді емес
және 0,9 – 1,0 шектерінде құбылады. Екінші моданың нормаланған
амплитудасы
H
m
А
бұзылу амплитудасының 1,0 бастап 1,5 дейін ұлғаюына қарай
артады. Генетикалық бұзылулар үшін (V
Sнар
> 1) нормаланған амплитуда
H
m
А
артады (
H
m
А
> 1), ал бірінші модада – керісінше, кемиді (
H
m
А
< 1). Екінші мода
спектрінің максимумы амплитудаларының біріншіге қатынасы анағұрлым
«сезімтал» параметр болып табылады (К
А
коэффициенті, 7.18, в-сурет). К
А
графигінен кӛріп отырғандай, тектоникалық бұзылулар аймақтарында К
А
мәні
бұзылмаған қатпен (V
Sнар
= 1) салыстырғанда артады, ал генетикалық
бұзылулар аймағында - кемиді. ± 10 % қателік шамасын ескергенде 7.18-
суреттен, К
А
коэффициентінің ӛзгерісі бойынша Н
нар.
> 0,1 Н
у
амплитудамен
бұзылуды бӛліп алуға болады.
Зерттеудің екінші кезеңінің нәтижелерін талдау және жалпылау, ұсақ
амплитудалы бұзылулардың бӛлінуде негізгі ақпараттық параметрлері (Н
нар.
<
0,5 Н
у
) ретінде Эйри фазасы жылдамдығын (орап ӛтуші максимумын) және
екінші мода сейсмограммасы цугының ұзақтығын, сондай-ақ канал
толқынының бірінші және екінші модалары амплитудаларының қатынасын
пайдалануға болатынын кӛрсетеді.
Жоғарыда келтірілген нәтижелер мінсіз серпімді (сіңірмейтін) толқын
ӛткізгіш үшін алынды. Кӛмір қатының сіңіргіш қасиеттері канал толқынының
динамикалық параметрлеріне әсер етеді. 7.19-суретте сыйдырушы тау
жыныстары (V
Sn
) мен кӛмір қатының (V
Sy
) акустикалық қасиеттерінің түрлі
қатынастары кезінде α
k
ӛшу коэффициентінің Лява канал толқынының бірінші
және екінші модаларының спектрлік сипаттамасына әсері кӛрсетілген.
Қисықтардың шифрлары ӛшу коэффициентінің α
k
(0 – 0,14 1/м ) мәндеріне
сәйкес келеді. α
k
> 0 кезінде
m
А
амплитудасы мен
m
f
жиілігінің абсолюттік
мәндері азаятынын ескере отырып, алынған тәуелділіктерді салыстыру үшін α
k
түрлі мәндері кезінде
m
А
амплитудасы мен
m
f
жиілігіне олардың 3,0 (
m
А
) және
1,25 (
m
f
) тең V
Sn
/V
Sy
қатынасына сәйкес келетін максимумдарына қатысты
нормалау жүргізілді. Мінсіз серпімді (0 қисығы) және сіңіргіш (0,01-0,14
қисықтары) толқын ӛткізгіштерде Лява канал толқынының бірінші (7.19, а-
сурет) және екінші модалары (7.19, б-сурет) үшін
m
А
және
m
f
графиктерін
талдау, олардың абсолюттік мәндерінің азаюына қарамастан, жалпы заңдылық -
V
Sn
/V
Sy
қатынасының артуына қарай
m
А
ӛсуі және
m
f
азаюы сақталатынын
кӛрсетеді. Екінші мода параметрлерінің (
m
А
және
m
f
) біріншіге қатынасын
сипаттайтын К
А
және К
m
f
графиктерінен, сіңіргіш толқын ӛткізгіштерде К
А
коэффициенті үшін, сіңірмейтін толқын ӛткізгіштердегідей, бірақ оның кіші
мәндері кезінде сол тәуелділік сақталатыны шығады.
227
а)
б)
A
m1
, f
m1
– бірінші мода амплитудасы мен жиілігі;
A
m2
, f
m2
– екінші мода амплитудасы мен жиілігі;
К
A
, К
fm,
К
A2
–екінші мода параметрлерінің біріншіге қатынас коэффициенттері
7.19-сурет– α
k
ӛшу коэффициентінің канал толқындарының бірінші және
екінші модаларының спектрлік сипаттамасына әсері
228
К
m
f
коэффициенті α
k
ӛшу коэффициенті шамасына практикалық түрде
тәуелді емес. Екінші мода амплитудасы (
m
А
) мәнінің (
2
m
f
) жиілігі кезінде
(екінші мода) бірінші модаға қатынасына сәйкес келетін және К
А2
кезінде
екінші мода параметрлерінің біріншінің фонында бӛліну мүмкіндігін кӛрсететін
К
А2
коэффициенті графигінен, α
k
(қисықтар 0,03 және 0,04) үлкен мәндері
кезінде және V
Sn
/V
Sy
(1,75 кем) шағын мәндері кезінде екінші мода
параметрлерін анықтау мүмкін емес (К
А2
< 1). Мінсіз серпімді толқын ӛткізгіш
ӛзінше жолақты сүзгі болып табылады, оның ӛткізу жолағы Эйри фазасының
жиілігімен анықталады. Сіңіргіш толқын ӛткізгіште тӛмен жиіліктер сүзгісі
қосылады. Сондықтан сіңіргіш толқын ӛткізгіштерде канал толқынының
амплитудалық спектрі мен сейсмограммалар түрі Эйри фазасы жиілігінің
шамасына және ӛшу коэффициентіне, сонымен қатар соңғысының жиілікке
тәуелділік сипатына байланысты болады.
Жоғарыда келтірілген нәтижелер талдауы, сіңіргіш толқын ӛткізгіштер үшін
(α
k
> 0), мінсіз серпімді толқын ӛткізгіштер үшін алынған заңдылықтар, бірақ
m
А
амплитудасы мен
m
f
жиілігінің абсолютті шамаларының кіші мәндері
кезінде тұтастай сақталады.
7.4 «Модуль-массив-бұзылу» (ММБ) имитациялық моделі
Дірілдік-сейсмикалық модульдің орындаушы органының кӛмір массивімен
имитациялық моделі, орындаушы органның және қозғалыстағы сейсмикалық
модульдің басқару органының және оның басқару органының ішкі
параметрлері мен шығыс кӛрсеткіштерін, модульдің массивпен және
тектоникалық бұзылулармен ӛзара әрекеттесу параметрлерін сипаттайтын
теңдеулер жүйесі болып табылады.
Осыған орай теңдеулер жүйесінің түрі:
а) орындаушы орган
;
t
V
C
X
C
R
R
P
X
C
C
X
X
M
o
H
o
H
c
o
o
c
H
H
c
(7.4)
.
R
1
R
X
C
X
X
M
c
o
c
H
(7.5)
б) басқару органы
sgn
р
р
2
p
p
g
k
dt
dy
F
с
сл
0
f
; (7.6)
p
F
dt
dy
sgn
R
y
,
dt
dy
Ф
dt
y
d
M
0
2
2
, (7.7)
229
мұнда F – поршеньнің тиімді ауданы; μ – золотниктің жұмыс терезесі арқылы
кететін шығын коэффициенті; k
f
– золотниктің жұмыс терезесінің ашылу
ауданын анықтау кезінде пропорционалдылық коэффициенті; Δ – золотниктің
жұмыс терезесін ашу; g – еркін түсу үдеуі; γ – жұмыс сұйықтығының меншікті
салмағы; p
0
– жұмыс сұйықтығының келтірілетін ағынының қысымы; p
сл
–
тӛгудегі қысым; х – золотниктің орын ауыстыруы; у – поршеньнің орын
ауыстыруы.
в) массив
2
0
0
o
z
z
1
1
z
z
r
R
U
U
; (7.8)
H
1
2
H
2
H
2
вх
R
x
fM
R
F
2
1
W
; (7.9)
,
r
1
7
R
2
0
s
2
H
(7.10)
мұнда U
z
(z) – массив бӛлшектерінің ығысуы; r, Ө, φ – координаталардың
сфералық жүйесі; r
0
– байланыс радиусы;
s
р
; U
z
0
– бастапқы ығысу
(статикадан); F
вх
– күш амплитудасы; ρ – массив тығыздығы; f – жиілік.
Компьтерлік эксперимент нәтижелерін талдау «қарапайымнан - күрделіге»
сұлбасы бойынша жүргізілді. Осыған сәйкес алдымен массивке сейсмикалық
модульден берілетін жеке импульс үшін нәтижелер алынды.
7.5 Массивте физикалық процестерді имитациялық модельдеудің
кейбір нәтижелері
Қазба мен геологиялық бұзылу арасында үлкен қашықтық болса
біріншісінің әсері ескерілмейтіндей аз. Осы жағдайда НДС зерттеу, бұзылу
тӛңірегінде созылу деформациясы аймағы қалыптасады, оның ӛлшемі бұзылу
жазықтығында үйкеліс коэффициентінің шамасына тәуелді: үйкеліс неғұрлым
кӛп болса, созылу аймағы соғұрлым кӛп болады, оның үстіне ондағы максимум
деформацияның бағыты бұзылу түрімен анықталатынын кӛрсетеді.
Бұзылуға дейінгі қашықтықтың массив НДС-на әсерін бағалау үшін қазба
забойы тӛңірегінде бұзылу жазықтығында үйкеліс коэффициентінің шамасы ρ
= 0,7 және бұзылудың құлау бұрышы φ = 45
о
болғанда зерттеулер жүргізілді.
Үйкеліс бұрышы тау жыныстарының ішкі үйкелісінің максимум бақыланатын
бұрышына тең деп қабылданады (35
о
). l
н
бұзылуға дейін қашықтық оған
нормаль бойынша забойдың жоғарғы жиегінен бастап, яғни бұзылуға ең жақын
қазба нүктесінен бастап есептелді. «Лықсыма» типті бұзылу қарастырылды.
Есептеулер кӛрсеткендей, геологиялық бұзылу қазбаны қоршаған массив
деформациясына айтарлықтай кӛп және кернеуге айтарлықтай аз әсер ететінін
230
кӛрсетті. Соныман 7.20-суретте бұзылуға жақын жерде забой тӛңірегінде YOZ
жазықтығында σ
y
және σ
z
кернеулерінің таралу картинасы келтірілген (l
н
= а).
Бұзылудың болуы σ
y
кернеуін арттырады және σ
z
кернеуін азайтады, яғни осы
жердегі массив тең компонентті емес үш осьті қысылуға түседі, неғұрлым кӛп
түссе, бұзылуға дейінгі қашықтық соғұрлым аз болады. Алайда, бұзылуға
дейінгі 0,5а қашықтық кезінде кернеулер сығымдаушы болып қалады. Сол
уақытта деформацияланған күйде сапалы айырмашылықтар байқалады –
созылу дефомациялары пайда болады. Сондықтан тау жыныстары массивінің
деформацияланған күйін қарастыру ерекше қызығушылық тудырады.
Созылу аймақтарының бірігуін ерекше қадағалаған жӛн. 7.21-суретте қазба
забойының бұзылуға жақындаған кезінде созылу аймағының дамуы
кӛрсетілген. Белгілі бір моментке дейін (І, ІІ, ІІІ забой орны) созылу аймақтары
кӛлімі бойынша болмашы ұлғаяды және сығылған жалғастырғышпен бӛлінген
болып қалады. Сосын забойды аздап жылжыту кезінде (III және IV орын)
аймақтардың секірмелі бірігуі жүреді және созылған күйі бір сәтте бірден тау
жыныстарының үлкен кӛлеміне ауысады, осы кезде тау жыныстарының
шытынауы болуы мүмкін. Аймақтарды жалғастыратын созылу аймағының бір
бӛлігі айналмаға жуық кӛлденең қималы мойын болып табылады.
7.20-сурет – σ
y
және σ
z
кернеулерінің YOZ жазықтығында лықсымаға
жақын l
н
= а кезінде таралуы
231
Осылайша, қазба бұзылумен жақындасқан кезде массив бӛліктері олардың
арасында күшейе түсетін тең компонетті емес қысылуға түседі; бір жағынан ε
у
қысылу деформациясының ұлғаюы жүреді, екінші жағынан ε
z
созылу
деформациясы толық пайда болғанға дейін деформациясының азаюы
жүреді.
Тау жыныстарының айтарлықтай кӛлемінде забойды жылжыту кезінде
созылған аймақтың пайда болуы секірмелі сипатқа ие болады.
Бұзылу жазықтығында үйкеліс коэффициенті шамасының массив НДС-на
әсерін зерттеу үшін қазба забойы тӛңірегінде қазбадан бұзылуға дейінгі
тұрақты қашықтық (l
н
= а) және бұзылудың тұрақты құлау бұрышы (φ = 45
о
)
болғанда сапалы картиналарға талдау жүргізілді. Осыған орай, бұзылу
жазықтығында үйкеліс коэффициенті ӛзгергенде, бұзылуға дейінгі қашықтық
ӛзгерген кезде алынғанға қарағанда ерекшелігі аз екенін кӛрсететін картиналар
алынды. Сонымен ρ шамасы аз кезінде созылуда вертикаль деформацияның екі
аймағы байқалады ε
z
>0: қазбада және бұзылуда, ал ρ мәні ұлғайған кезде осы
аймақтар бірігеді.
7.21-сурет – Қазба забойының лықсымамен жақындасуы кезінде ε
z
> 0
созылу аймақтарының таралуы
Осылайша, дайындық қазбасы забойы мен геологиялық бұзылудың ӛзара
әрекеттесуі забой тӛңірегінде, бұзылуға дейінгі қашықтық азайған сайын
массив барған сайын бір бағытта кӛп сығылатын және ортогональдықта
біріншіге қарай барған сайын кӛп созылатын массивтің деформациялануына
алып келеді. Лықсымаға жақын жерде тӛбе қосымша горизонталь (у осі
бойымен) қысылуға түседі, ал қаусырмаға жақын қазба забойының алдында
массивтің бір бӛлігі қосымша вертикаль қысылуға түседі.
232
Жарықшақтардың ұлғаю бағыты созылу деформациясы бағытына
перпендикуляр. Сондықтан, геологиялық бұзылулар түрін біле отырып,
жарықшақтардың ұлғаю жағдайын және басым бағытын анықтауға болады.
Мысалы, лықсымаға жақындау - қазба тӛбесінде горизонталь жарықшақтардың
ұлғаюына ықпал етеді, сол уақытта қаусырмаға жақындау - қазба забойының
алдында вертикаль жарықшақтардың ұлғаюына ықпал етеді. Сол және басқа
жағдайда ұлғая түсетін жарықшақтар қазба контурынан шықпайды және
жарықшақтар мен қазба арасында жалғастырғыштар пайда болады.
Сондай-ақ, бұзылу түрі созылудың ұлғаюдағы басым бағытын
анықтайтыны бекітілді (сол немесе басқа созылу деформациялары бойынша).
Дизъюнкциялық геологиялық бұзылуға жақындайтын дайындық қазба
забойының тӛңірегінде геомеханикалық жағдай да зерттелді. Бұрын (7.15-
сурет), қазба забойынан бастап бұзылуға дейін кішкене қашықтықта (кӛлденең
қиманың шамамен бірнеше ӛзіне тән ӛлшемдері) созылу деформациясы
аймақтарының секірмелі бірігуі жүреді және созылған тау жыныстарының кең
аймағы пайда болады.
Массивтің бұзыла бастауы оның сығылған деформациялы күйден созылған
күйге кӛшуі кезінде мүмкін болады. Сондықтан қазба забойы мен бұзылу
арасында аймақтардың бірігуі кезінде, сығылған тау жыныстарының кейбір
аймағы созылулы күйге ауысқан кезде жарықшақ қарқынды түзілуі мүмкін.
Массив күйінің ӛзгерісін бағалау үшін қазба бұзылуға жақындаған кезде
массивтің жеке учаскелерінің серпімді түр ӛзгеріс энергиясы анықталды:
2
zx
2
yz
2
xy
2
x
z
2
z
y
2
y
x
6
E
6
1
W
. (7.11)
YOZ жазықтығында орналасқан массив нүктелері үшін түр ӛзгеріс
энергиясының тығыздығын есептеу нәтижелері 7.22-суретте кӛрсетілген. Кӛріп
отырғандай, бұзылудан айтарлықтай алшақтағанда түр ӛзгеріс энергиясының
тығыздығы барлық дерлік қарастырылатын нүктелерде бұзылуға дейінгі
қашықтықтың азаюы кезінде болмашы артады. Забой алдында ол тіпті біршама
кішірейеді (7-қисық). Алайда созылу аймақтарының бірігуі кезінде (бұл момент
үзік сызықпен белгіленген) түр ӛзгеріс энергиясы тығыздығының градиенті
айтарлықтай артады. Энергия бұзылудан шығып қайта түзілген созылу
аймағына «қайта тартылады». Осы кезде энергия кӛбінесе 1-3 нүктеге, яғни
қазбадан біршама алшақтаған және забойға қатысты диагональ бағытта
орналасқан аймаққа түседі. Кӛбінесе нақ осы жерде кенеттен атқылау
тығыздығы орналасуы мүмкін екенін атап ӛтейік.
Түр ӛзгеріс энергиясы тығыздығының ұлғаюы басты қабілетінің
жоғалуына және материалдың бұзылуына алып келеді, оның үстіне тау
жыныстарының алдын ала шытынап жарылуы басты қабілетін жоғалтқанға
дейін жүруі мүмкін, ұқсас құбылыстар (тау жыныстарының белгілі бір кӛлемде
жарылуы) жер сілкіністері алдында да байқалады [6].
233
7.22-сурет – Бұзылуға дейінгі l
H
қашықтықтан бастап YOZ жазықтығы
нүктелерінде W түр ӛзгеріс энергиясы тығыздығының тәуелділігі
Осылайша, қалыпты жағдайларда қазба жүргізу кезінде (біртекті массивте)
және оның геологиялық бұзылуларға жақындауы кезінде тау жыныстары
массивінің деформациялануының сапалық айырмалары бекітілген. Қалыпты
(қауіпсіз) жағдайларда массивті тау қысымы күштерімен жүктеу оның
бӛліктерін забой алдында шағын созылу аймақтары шегінде шытынап,
жарылуға алып келетіндей «қатты» болып саналады. Осы аймақтар қазба
жүргізу кезінде үнемі забоймен бірге араласады және олардың ӛлшемдері
ӛзгеріссіз қалады (біртекті массивтің гидростатикалық бастапқы кернеулі күйі
туралы). Қазба забойы геологиялық бұзылуға жақындаған сайын қазба мен
бұзылу арасындағы созылу аймағы бірігеді, массив шытынап жарылады және
нәтижесінде үлкен созылу аймағы шегінде біршама байқаларлықтай шытынап,
«жұмсақ» жүктелу режиміне ауысады. Одан әрі бұзылумен жақындасу және түр
ӛзгеріс энергиясы тығыздығының ұлғаюы созылған аймақта (сәйкес бұзылу
шарттарын жүзеге асырғаннан кейін) қарқынды бұзылуды және тау
жынысының айтарлықтай кӛлемде, серпімді энергияның кӛп кӛлемін бӛлетін
және динамикалық құбылысқа кӛшетін қазба забойы тӛңірегінде бір сәтте
жүксізденуін тудыра алады. Осы кезде десорбцияланған газ, гипотетикалық
кӛріністерге сәйкес массивтің қауіпті механикалық жағдайын күрделендіреді.
Ол тағы да забой тӛңірегінде массив учаскесінің потенциалдық энергиясының
кӛп жиналуына ықпал етеді, ол бұзылу кезінде, қазба бойынша материалды
(кӛмірді) ұсақтау және тасымалдау жӛнінде жұмыс жүргізе отырып, бірден
босатылуы мүмкін. Сонда кӛмір мен газдың кенеттен лықсып шығуы жүреді.
«Қатаң» және «жұмсақ»
жүктеу
терминдері үлгілерді
сынау
практикасынан қабылданған және келесімен шектеледі. «Қатаң» жүктеу
режимінде, яғни бақыланатын жүктеу процесінде баспақ энергияның
айтарлықтай бӛлігін сіңіреді және сондықтан үлгі, шектен тыс күйде де
байқалатын басты қабілетін ұзақ уақыт сақтай отырып, біртіндеп бұзылады.
Тау-кен массиві де осылай забой тӛңірегінің «қатаң» жүктелуі кезінде
234
энергияның айтарлықтай бӛлігін сіңіреді және оның бұзылуы біртіндеп жүреді.
Жұмсақ (яғни бақыланбайтын) жүктеу режимінде баспақ энергиясының
айтарлықтай бӛлігі үлгіге беріледі, ол практикалық түрде бір сәтте бұзылады.
Тау-кен массивін «жұмсақ» жүктеу режиміне ауыстыру кезінде де жиналған
энергияны тез бӛледі және бұзылу динамикалық құбылыс түрінде жүреді.
Деформациялаудың қарастырылған сапалы айырмасы – массив қауіпсіз
және қауіпті жағдайларда біртекті массивте қазба жүргізуге да қатысты болады.
λ = 1 кезінде қазба забойы тӛңірегінде массивтің деформациялануы «қатаң»
(созылу деформациясы аймақтарының шектеулі ӛлшемдері болады). Бүйірлік
қысым коэффициенті шамасының ӛзгерісі созылу аймағының ұлғаюына алып
келетін бірлікпен салыстырғанда массивті, кенеттен лықсып шығуына түрткі
болу мүмкіндігі пайда болатын «жұмсақ» деформациялау режиміне
ауыстырады. Осындай құбылыс («қатаң» және «жұмсақ» деформациялау) екі
қазба арасында кең діңгектің кішіреюі кезінде де орын алады, осы кезде түр
ӛзгеріс энергиясы тығыздығының артуына сәйкес созылу аймақтарының
секірмелі бірігуі жүреді. Бұзылу процесіне түрткі болуды түсіндіру үшін осы
кезде жоғарыда сипатталған механизм пайдаланылуы мүмкін.
Геологиялық бұзылуға жақын жерде дайындық забойы тӛңірегінде
кенеттен лықсып шығуға түрткі болу туралы ұғымды, бұзылу, мысалы қалың
қабатқа жұмыс жасау кезінде кӛмір мен тікелей тӛбе опырындыларының
сығылуы болған кезде қазба айналасында тау жыныстарының басқа да бұзылу
түрлерін сипаттау үшін, сонымен қатар кенеттен жаншылу және шашылу
кезінде бұзылуды түсіндіру үшін пайдалануға болады.
Дизъюнкциялық геологиялық бұзылу қоспалауышын жанама кернеулер
түрінде шекаралық жағдайдағы кейбір жазықтықпен модельдеу дәріптелген
болып табылатынын және осы жолда тек бірінші қадам ретінде қарастыруға
болатынын байқаған жӛн. Шындығында, бұзылу қоспалауышы байланыс
жазықтығының екі жағы бойынша қатты мыжғыланған, қатты үгітілген
метаморфозаланған тау жыныстары мен кӛмірдің тұтас аймағы болып
табылады. Бұл аймақ, ережеге сай, жоғары газдылыққа ие және кенеттен
атқылау нақ осындай учаскелермен байланысты. Алайда бұзылуды белгілі бір
шекаралық жағдайдағы забой алдында кейбір жазықтықпен модельдеу, егер
осы жазықтық қоспалауыш емес, «массив – қатты үгітілген тау жыныстары»
шекарасы болса, қалай да перспективалы болып табылады. Қалыпты кернеулер
түрінде қосымша шекаралық жағдайлар арқылы қатты мыжғыланған аймақта
газ қысымы сияқты факторды ескеруге болады. Осы есептік сұлбаны басқа да
бұзылу түрлеріне таратуға болады: пликативті және қаттың ыдырауы, сонымен
қатар кенеттен атқылауы бойынша қауіпті қаттың аршылуын модельдеу.
Нақты жағдайларда қазба забойына және геологиялық бұзылуға серпімді
емес
–
пластикалық
деформациялар,
жарықшақтану
аймақтары
жапсарласатыны белгілі. Бірақ осы аймақтардың шекараларында одан әрі
массивте серпімді деформациялар пайда болып, қалыптасады. Сондықтан қазба
геологиялық бұзылуға жуықтаған кезде, жоғарыда кӛрсетілгендей, бірақ қазба
забойынан бастап бұзылуға дейін үлкен қашықтықта серпімді созылу
деформациясы аймақтарының ӛзара әрекеттесуі жүреді. Осылайша,
235
айырмашылығы сан түрінде болады және алынған қорытындылардың
жалпылығына әсер етпейді.
Жүргізілген теориялық зерттеулер негізінде жасалған қорытындылар
эксперименттермен және заттай бақылаулармен келісілетінін атап ӛтейік.
Лықсымалардың тӛбенің күйіне әсерін бағалау үшін «лықсыманың әсер ету
аймағы» ұғымы енгізілді, оның ӛлшемі лықсыманың ӛзінің сипаттамасына
және оның қазбаға қатысты бағытталуына байланысты. Бұзылуға жақындаған
кезде тау жынысының кернеулі күйі күрт ӛзгеретіні, ал кернеу ұлғаятыны
бекітілді. Бұзылуға 10-15 м қашықтықта жақындаған кезде забой тӛсінен
кӛмірдің опырылуын күтуге болатыны болжанады. Алынған деректер
аномалиялы деформациялардың ең үлкен аймағы геологиялық бұзылудан 7-12
м қашықтықтың екі жағына таралатынын кӛрсетті. Осы бұзылудан басталатын
қашықтықта Донецк-Макеев ауданы шахталарында кенеттен атқылау саны ең
жоғары болады. Тау жыныстарының максимум деформациялары бұзылудан 2-3
м қашықтықта белгілі болды, ал массив тереңдігінде олар 20-30 м қашықтықта
ӛшеді.
Барлық
жағдайда
массив
тереңдігінде
тау
жыныстары
деформациясының шамасына, қазба жүргізуге қарағанда, кӛбінесе геологиялық
бұзылулар әсер етеді. Қазба тӛбесі мен топырағындағы тау жыныстарының ең
кӛп ығысуы бұзылуға тікелей жақын жерде (5-10 м) байқалды және одан 25-30
м қашықтыққа алшақтаған сайын азая түседі. Кӛп ығысудың таралу аймағы
қазбаның геологиялық бұзылуды қиып ӛту бұрышына тәуелді болады: осы
деформация бұрышының азаюына қарай бұзылу әсер ететін аймақ та ұлғаяды.
Қазбаларды қолдау үшін, қазба бұзылуды тік бұрышпен қиып ӛткен кезде
анағұрлым қолайлы жағдайлар байқалады. Ең соңында, қазба бұзылуға
жақындағанда және қиып ӛткенде оның орташа сейсмобелсенділік деңгейі
(шулылығы) артады. Бүйірлік тау жыныстарының ығысуы да артады.
Анағұрлым қауіпті аймақ, бұзылуға тікелей, әсіресе оған қазба енген сәтте
жапсарласатын, ені 10 м учаске болып табылатыны белгіленді. Мұнда 67 %
лықсып шығу болды. Бұзылудан 20-30 м және одан кӛп алшақтаған кезде
лықсыма саны күрт тӛмендеді.
Осылайша, келтірілген нәтижелер теориялық зерттеулердің негізгі
ережелерін дәлелдейді. Лықсыма маңында байқалатын тӛбенің бұзылуы да
(бұл жағдайда қазба тӛбесінде үлкен созылу аймағы пайда болады) және
бұзылудың әсер ету аймағының болуы (созылу деформациясының аймағы)
және осы аймақ ӛлшемдері (кӛлденең қиманың бірнеше ӛзіне тән ӛлшемдері)
осында. Бірақ қазба қауіпті учаскеге жеткен кезде кӛптеген атқылауларды
бекітетін соңғы момент анағұрлым маңызды болып табылады. Бұл - созылу
аймақтарының бірігу моменті.
Компьютерлік эксперимент нәтижелері, қатта дірілдік-сейсмикалық
сигналды қоздыру кезінде және толқынның одан әрі таралуы кезінде оның үш
таралу учаскесі орын алатынын кӛрсетеді (7.23-сурет). Бұл учаскелер ең
алдымен амплитуданың ӛзгеру сипатымен ерекшеленеді. Оларды шартты
түрде атайық: I – қаттың бұзылуына дейінгі аймақ, II – тікелей бұзылу аймағы,
III – бұзылудан кейінгі аймақ.
236
Х
к
– массив бӛлшектерінің ығысуы; t – уақыт; I – қаттың бұзылуына дейінгі аймақ; II –
тікелей бұзылу аймағы; III – бұзылудан кейінгі аймақ
7.23-сурет – Массивтегі сейсмоакустикалық толқынның сапалы таралу
картинасы
Бірінші аймақ сигнал жиілігі сақталған кезде амплитуданың болмашы
азаюымен сипатталады. Бұл, толқын массив арқылы ӛткен кезде оның
энергиясы кедергіні игеруге жұмсалатынымен, ал жиілік сақталған кезде
амплитуда тӛмендейтіндігімен түсіндіріледі. Жиіліктің сақталуы бұзылмаған
аймақтағы массивтің физика-механикалық қасиеттерінің ӛзгермейтіндігімен
түсіндіріледі.
Екінші аймақта амплитуданың да, сондай-ақ импульс түрінің де ретсіз
ӛзгерісі байқалады. Бұл құбылыс, бұзылу кӛлемі кӛмір кӛрсеткіштерінен
ерекшеленетін физика-механикалық кӛрсеткіштері бар затпен толтырылуымен
түсіндіріледі. Сейсмикалық толқындар, бұзылу кӛлемінен ӛтіп, оның
қабырғасынан бірнеше рет шағылады, бұл тербелістердің салынуына және
импульс түрінің бұрмалануына алып келеді. Бұрмалану сипаты бұзылу
камерасы ӛлшемдерімен және оны толтыратын заттың түрімен анықталады.
Жұмыста жүргізілген барлық аналитикалық зерттеулер мен олардың
нәтижелері массив құрайтын мінсіз серпімді орта үшін алынған, онда
толқындар ӛздерінің амплитудасын ӛшірместен таралады, ал генерацияланатын
сигнал ӛзінің түрін ӛзгертпейді. Практикада бұл олай емес. Кез келген нақты
орта ӛшу қасиетіне ие болады, ол сейсмикалық толқындардың амплитудасына
шығу кӛзінен айтарлықтай қашықтықта байқалатындай әсер етеді. Ең алдымен
компьютерлік эксперимент үшін жасалған математикалық модель массив
бӛлшектері мен қабаттары арасындағы үйкеліс күштерін және дірілдік-
сейсмикалық модульден массивке толтырылатын энергия диссипациясын
ескереді.
Математикалық модельді шешу нәтижесінде топырақ бӛлшектерінің ығысу
амплитудасын забой тӛсінің модульдің орындаушы органымен ӛзара әрекеттесу
нүктесінде бастапқы деформациясының шамасына байланысты сипаттайтын
негізгі тәуелділіктер алынды (7.24-сурет). Кӛріп отырғандай, сандық
диаграммалар бұзылу болмаған кезде забой тӛсінің статикалық деформациясы
шамасына айтарлықтай тәуелді. Сандық мәндерден абстракциялау үшін Х
0
бастапқы деформацияның массивке берілетін А
max
сейсмикалық сигналының
максимум амплитудасына қатынасын кӛрсететін Х
0
/А
max
кӛрсеткіші енгізілген.
237
Х
0
≤ А
max
екені айқын, себебі Х
0
/А
max
≤ 1. Тәуелділіктер, екі ығысу аймағы орын
алатынын кӛрсетеді: I – Х
0
/А
max
> 0 – бӛлшектердің ығысуы сигнал әрекетінің
бағытында байқалады (қысылу аймағы); II – Х
0
/А
max
< 0 - сигнал әрекетіне кері
бағытта бӛлшектердің ығысуы (қалпына келу аймағы).
Бұл толық табиғи нәрсе, себебі массив серпімді болып қабылданды және ол
ӛзінің статикалық күйін қалпына келтіруге талпынады.
Тәуелділіктер талдауы да, Х
0
/А
max
тӛмендеген кезде диаграммалардың
түрлері практикалық асимптотадан апериодтық тербелістерге кӛшетінін
кӛрсетеді. Осыған орай қысылу аймағы Х
0
/А
ma
коэффициентінің үлкен
мәндерінде максимум болады. Физикалық тұрғыдан бұл, бастапқы аз
деформация кезінде массив ӛзінің статикалық күйін жылдам қалпына келтіре
алатынына байланысты.
Сигналдың бұзылусыз ӛзгеріс диаграммасы 7.25-суретте кӛрсетілген.
Бұдан, забой тӛсіне берілетін синусоидалық импульс Т уақыт ішінде ӛзінің
амплитудасын тӛмендететіні кӛрінеді. Импульс ұзақтығы t
i
ӛзгеріссіз қалады.
Бұны, модельде толқын энергиясын және осыған сәйкес оның жылдамдығын
тӛмендететін диссипативтік күштердің ескерілгенімен түсіндіруге болады.
Массивтің түрлі физика-механикалық қасиеттері кезінде импульс ұзақтығының
ӛзгермейтіндік фактісі қызықты.
I - қысылу аймағы; II – қалпына келтіру аймағы
7.24-сурет – Массив бӛлшектерінің келтірілген ығысу амплитудалары
Әр түрлі бұзылулар болған кезде диаграмма 7.25-сурет бойынша пішін
қабылдайды. Кӛріп отырғандай, Х
к
(t) негізгі қисық бұзылған жерлерде үзіледі
238
және бұзылған жерлер бұзылуда болатын заттардың қасиеттерімен
сипатталатын сәйкес қисықтармен және геометриялық ӛлшемдермен
толтырылады. «Қат-бұзылу» шекарасынан шағыла отырып, толқынның ығысуы
сәйкес түрге ие болады. Бұзылғанға дейінгі қашықтық бұзылулар мен пішіндер
арасында толқынның таралу υ жылдамдығының белгілі мәндері мен
белгіленген уақыт бойынша анықталады.
Бұзылу болған кезде сигнал түрі 7.26-суретте келтірілген диаграммаға
сәйкес ӛзгереді. Осы зерттеулердің айтарлықтай нәтижесі – бұзылу ішінде
сигнал амплитудасының күрт ұлғаюы. «Массив-бұзылу» шекарасынан шағыла
отырып, массивтің серпімді қалпына келтіруші күштері мен зат бӛлшектерінің
қосымша энергиясы есебінен бұзылулар қосымша жылдамдық алады және
осының есебінен бұзылу кӛлемінің энергиясы кӛбейеді.
Т – кезектесу уақыты; t
i
– импульс уақыты
7.25-сурет – Бұзылусыз сигналдың ӛзгеру диаграммасы
I – бірінші бұзылу; II – кейінгі бұзылу
7.26-сурет – Бұзылу болған кезде сигналдың ӛзгеру диаграммасы
Кезектесетін импульстер процестерін модельдеу кезінде алынған
нәтижелер келесіні кӛрсетеді. Бірлі-жарым импульс үшін алынған сапалы
картина процестің ӛзгермейтін бастапқы жағдайларында импульстер сериясына
239
ұқсас. Айырмасы сандық шамада және қат бӛлшектерінің ығысу аймақтарының
таралуында байқалады. 7.27-суретте берілген түрдегі кезектесетін бірнеше
сигналдар кезінде топырақтың ығысу амплитудасы үшін эксперименттік ӛңдеу
нәтижелері берілген.
Бұдан, импульстер санының артуына қарай Х
0
/А
max
= f(t) қисығы
абциссалар осіне қатысты кӛтеріледі және оның қисықтық радиусі ұлғаяды.
Осыған орай қысылу аймағы артады, ал созылу аймағы азаяды да, жоғалады.
Бұл, уақыт ӛтуіне қарай массив ӛзінің статикалық тепе-теңдігін қалпына
келтіріп үлгермейтіндігіне байланысты. Импульстер санының шексіз артуы
кезінде қисық горизонтальға ұмтылатыны айқын. Мұндай жағдайға практикада
келесі пікірлер бойынша жол берілмейді.
1 – 5 имп.; 2 – 10 имп.; 3 – 15 имп.; 4 – 20 имп.
7.27-сурет – Импульстердің бірнеше рет кезектесуі кезінде массив
бӛлшектерінің келтірілген ығысу амплитудасы
Толқынның әрбір импульстен, бұзылуға жақындауы кезінде оған белгілі
бір қуат толтырылады, ол ӛзгеріссіз кӛлем кезінде қысым мен температураны
арттырады. Массивтің күйіне байланысты осы қуаттың артуы массивтің
бұзылуына алып келуі және кенеттен атқылауды тудыруы мүмкін.
240
Достарыңызбен бөлісу: |