gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2018-4-21-33gscience-124Research ArticleMINING ROCK PROPERTIES. ROCK MECHANICS AND GEOPHYSICSСВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД. ГЕОМЕХАНИКА И ГЕОФИЗИКАAbout seismic tomography algorithm in the prediction of geological dislocations in coal seamsОб алгоритме сейсмической томографии при прогнозе геологических нарушений угольных пластовАнциферовА. В.AntsiferovA. V.ГлуховА. А.GlukhovA. A.ТумановВ. В.TumanovV. V.СонД. В.SonD. V.ОленюкС. П.OlenjukS. P.Республиканский академический научно-исследовательский и проектноконструкторский институт горной геологии, геомеханики, геофизики и маркшейдерского дела (РАНИМИ)УкраинаRepublican Academic R&D Institute of Mining Geology, Geomechanics, Geophysics and Mine Surveying (RANIMI)Ukraine201831122018042133Copyright © Antsiferov A.V., Glukhov A.A., Tumanov V.V., Son D.V., Olenjuk S.P., 20182018Анциферов А.В., Глухов А.А., Туманов В.В., Сон Д.В., Оленюк С.П.Antsiferov A.V., Glukhov A.A., Tumanov V.V., Son D.V., Olenjuk S.P.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/124

An algorithm for processing of crosshole seismic survey data enabling recognizing the type and evaluate the characteristics of geological anomalies using a system of criteria is described. As part of the algorithm, the procedures for creating a line certificate, calculating amplitude spectra, velocity spectra, velocity response spectra, filtering operation, and travel-time graph plotting are performed. Then calculation of kinematic and dynamic parameters in the selected velocity gates and statistical processing are performed. The fundamental algorithm procedures are tomographic determination of the wavefield parameters in the extraction panel plane, selection and interpretation of anomalous zones using prediction criteria for determining the dislocation type. It is shown that it is advisable to perform the tomographic determination of the wavefield parameters in the extraction panel plane in the velocity gates of the identified wave packets in sequence for the main informative parameters. Analysis of the amplitude modulus maximum velocity distribution provides high accuracy in terms of identifying anomalous zones. This parameter is relative independent of random factors. The analysis of the wave packet characteristic frequency offsetting is the only key source allowing judge both presence and type of dislocation. Analysis of the distribution of wave packet amplitudes is characterized by high accuracy in terms of identifying anomalous zones. However, its use is complicated by the dependence on many random factors. Other parameters have much less information content and can be used as auxiliary ones. The algorithm is implemented in the software enabling automating the most labor-intensive operations. Its use was illustrated by the example of the analysis and interpretation of the seismic study findings in longwall 37K10-V of the Kuzembaev Mine (Kazakhstan).

Описан алгоритм обработки данных сейсмического просвечивания, позволяющий по системе критериев распознать тип и оценить характеристики геологических аномалий. В рамках алгоритма выполняются процедуры создания паспорта профиля, расчета амплитудных спектров, спектров скоростей, фильтрации, построения годографов. Далее выполняется расчет кинематических и динамических параметров в выделенных скоростных окнах и статистическая обработка. Основными процедурами алгоритма являются томографическое восстановление параметров волнового поля в плоскости выемочного столба, выделение и интерпретация аномальных зон с использованием критериев прогноза определения типа нарушения. Показано, что томографию в плоскости выемочного столба целесообразно проводить в скоростных окнах выделенных волновых пакетов последовательно для основных информативных параметров. Анализ распределения скорости максимума модуля амплитуды обеспечивает высокую точность в плане выделения участков. Данный параметр характеризуется относительной независимостью от случайных факторов. Анализ отклонений характерной частоты волнового пакета является ключевым фактором, позволяющим судить не только о наличии нарушения, но и о его типе. Учет распределения амплитуд волновых пакетов характеризуется высокой точностью в плане выделения аномальных участков, однако его использование осложнено зависимостью от множества случайных факторов. Другие параметры обладают значительно меньшей информативностью и могут быть использованы как вспомогательные. Алгоритм реализован в программном обеспечении, способном автоматизировать наиболее трудоемкие операции. Его использование проиллюстрировано на примере анализа и интерпретации результатов сейсмических исследований на участке лавы 37К10-В ш. Кузембаева (Казахстан).

шахтная сейсморазведкасейсмическое просвечиваниесейсмическая томографияволновые пакетыканаловые волныамплитудно-частотная характеристикаmine seismic explorationcrosshole seismic surveyseismic tomographywave packetsguided wavesamplitude-frequency response characteristicReferencesDresen L. Seismic Coal Exploration, Part B, Seismics: Handbook of Geophysical Exploration, Section I. Seismic Exploration / L. Dresen, H. Rüter. – Pergamon, 1994. – 486 p.Dresen L., Rüter H. Seismic Coal Exploration. Part B, Seismics: Handbook of Geophysical Exploration, Section I. Seismic Exploration. Pergamon, 1994, 486 p.Азаров Н.Я. Сейсмоакустический метод прогноза горно-геологических условий эксплуатации угольных месторождений / Н.Я. Азаров, Д.В. Яковлев. - М.: Недра, 1988. – 199 с.Azarov N.Ya., Yakovlev D.V. Seismoakusticheskiy metod prognoza gornogeologicheskikh usloviy ekspluatatsii ugolnykh mestorozhdeniy [Seismoacoustic Method to Predict Mining-Geological Conditions of Coalfield Development]. Moscow, Nedra Publ., 1988, 199 p. In Russ.Dresen L. Rayleigh - channel waves for the in-seam seismic detection of discontinuities / L. Dresen, S. Freystatter // Geophysics. – 1976. – Vol. 42. – Pp. 111-129.Dresen L., Freystatter S. Rayleigh-channel waves for the in-seam seismic de tection of discontinuities. Geophysics, 1976, vol. 42, pp. 111-129.Анциферов А.В. Теория и практика шахтной сейсморазведки / А.В Анциферов. – Донецк: ООО «Алан», 2002. – 312 с.Antsiferov A.V. Teoriya i praktika shakhtnoy seismorazvedki [Theory and Practice of Underground Seismic Exploration]. Donetsk, OOO Alan Publ., 2002, 312 p.Анциферов А.В. Математическое моделирование в шахтной сейсморазведке / А.В. Анциферов, А.А. Глухов. – Киев: Наукова думка, 2012. – 255 с.Antsiferov A.V., Glukhov A.A. Matematicheskoe modelirovanie v shakhtnoj seismorazvedke [Mathematical Modeling for Underground Seismic Exploration]. Kiev, Naukova dumka Publ., 2012, 255 p. In Russ.Захаров В.Н. Сейсмоакустическое прогнозирование и контроль состояния и свойств горных пород при разработке угольных месторождений / В.Н. Захаров. - М.: ФГУП ННЦ ГП ИГД им. А.А. Скочинского, 2002. – 172 с.Zakharov V.N. Seismoakusticheskoe prognozirovanie i kontrol sostoyaniya i svoistv gornykh porod pri razrabotke ugolnykh mestorozhdenij [Seismoacoustic prediction and monitoring of rock conditions and properties in development of coal deposits]. Moscow, A. A. Skochinsky Mining Institute, 2002, 172 p. In Russ.Buchanan D.J. Coal geophysics / D.J. Buchanan, P.J. Jackson // In Geophysics Reprint Series of the Society of Exploration Geophysics. - 1986. - Vol. 6. – P. 275-385.Buchanan D.J., Jackson D.J. Coal geophysics. In: Geophysics Reprint Series of the Society of Exploration Geophysics, 1986, vol. 6, pp. 275-385.Regueiro J. Seam waves: What are they? / Regueiro J. // The Leading Edge. - 1990. - Vol. 19. - Pp 19-23.Regueiro J. Seam waves: What are they? The Leading Edge, 1990, vol.19, pp. 19-23.Анциферов А.В. Влияние резкости акустических границ на формирование акустического сигнала при применении метода сейсмопросвечивания / А.В. Анциферов // Физико-технические проблемы горного производства. - 2001. - Вып. 4. - С. 55-63.Antsiferov A.V. Vliyanie rezkosti akusticheskikh granits na formirovanie akusticheskogo signala pri primenenii metoda seismoprosvechivaniya [Influence of acoustic contrast on acoustic signal shaping when using in-seam seismic survey technique]. Fiziko-technicheskie problemy gornogo proizvodstva [Physicotechnical Problems of Mining], 2001, i. 4, pp. 55-63. In Russ.Глухов А.А. Сейсмические волновые поля, регистрируемые на угольных пластах Донбасса при решении задач шахтной сейсморазведки / А.А. Глухов // Зб. наук. праць Національного гірничого університету. – 2006. – Т. 1. – № 26. – С. 65–74.Glukhov A.A. Seismicheskie volnovye polya, registriruemye na ugolnykh plastakh Donbassa pri reshenii zadach shakhtnoj sesismorazvedki [Seismic wave fields recorded in coal seams of Donbass when solving problems of underground seismic exploration]. Zb. nauk. prats Natsionalnogo girnychogo universytetu [Proc. of the National Mining University], 2006, vol. 1, no. 26, pp. 65-74. In Russ.Глухов А.А. Физико-математические модели горно-геологических условий залегания угольных пластов / А.А. Глухов // Наук. вісник Національного гірничого університету. - 2003. - № 8. - С. 33-35.Glukhov A.A. Fiziko-matematicheskie modeli gorno-geologicheskikh usloviy zaleganiya ugolnykh plastov [Physico-mathematical models for mininggeological conditions of coal seam occurrence]. Nauk. visnyk Natsionalnogo girnychogo universytetu [Sci. Bull. of the National Mining University], 2003, no. 8, pp. 33-35. In Russ.Antsyferov A. Review of seismograms typical for an in-seam seismic technique in conditions of different coal basins / A. Antsyferov, A.O. Glukhov // Progressive Technologies of Coal, Coalbed Methane, and Ores Mining. Taylor & Francis Group. – 2014. – Pp. 61-64.Antsyferov A.V., Glukhov A.A. Review of seismograms typical for an inseam seismic technique in conditions of different coal basins. Progressive Technologies of Coal, Coalbed Methane, and Ores Mining. Taylor & Francis Group, 2014, pp. 61-64.Глухов А.А. Прогноз геологических неоднородностей углепородного массива методами шахтной пластовой сейсморазведки / А.А. Глухов, А.И. Компанец, В.В. Трофимов, М.А. Педченко, В.А. Анциферов // Наук. пр. УкрНДМІ НАН України: зб. наук. пр. – 2010. – № 6. – С. 301–312.Glukhov A.A., Kompanets A.I., Trofimov V.V., Pedchenko M. A., Antsiferov V. A. Prognoz geologicheskikh neodnorodnostej ugleporodnogo massiva metodami shakhtnoj plastovoj seismorazvedki [Prediction of geological inhomogeneities in coal-rock mass by in-seam seismic survey methods]. Zb. nauk. prats UkrNDMI NAN Ukrainy [Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine], 2010, no. 6, pp. 301-312. In Russ.Mason I. Fault location by underground seismic survey/ Mason I., Buchanan D., Booer A. // Institution of Electrical Engineers. - 1980. - Vol. 127. - Pp. 322–336.Mason I., Buchanan D., Booer A. Fault location by underground seismic survey.Institution of Electrical Engineers, 1980, vol. 127, pp. 322–336.Friedel Michael J. Mining applications of seismic tomography / Michael J. Friedel, Darel R. Tweeton, M.J. Jackson, J.A. Jossop, S. Billington // 62nd Annu. Int. SEG Meet. - 1992. - Vol. 4. – Pp. 58-62.Friedel M.J., Tweeton Darel R., Jackson M.J., Jossop J.A., Billington S. Mining applications of seismic tomography. 62nd Annu. Int. SEG Meet., 1992, vol. 4, pp. 58-62.Waclawik P. Utilization of innovation of the ISS. In Seam seismic method at the CSM Mine / P. Waclawik, W. Schott // Gornicze zagrozenia naturalne. - 2011. - Vol. 2. - Pp. 517-524.Waclawik P., Schott W. Utilization of innovation of the ISS. In Seam seismic method at the CSM Mine. Gornicze zagrozenia naturalne, 2011, vol. 2, pp. 517-524.Шепе Ф. Исследование геологического строения пластов каменного угля сейсмическим методом с помощью аппаратуры SUMMIT II EX / Ф. Шепе // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2012. – № 10. – С. 145-154.Schepe V. Issledovanie geologicheskogo stroeniya plastov kamennogo uglya seismicheskim metodom s pomoschyu apparatury SUMMIT II EX [Investigation of coal seam geologic structure by seismic method using SUMMIT II EX system]. Gorny informatsionno-analitichesky byulleten [Mining Informational and Analytical Bulletin], 2012, no. 10, pp. 145-154. In Russ.Belisle J. In-seam GPR and 2-C seismic investigations at the Goderich / Jill Belisle, Robert R. Stewart // Ontario salt mine CREWES Research Report. In-seam techniques, 1996. - Vol. 8. – Pp. 351-355.Belisle J, Stewart R. In-seam GPR and 2-C seismic investigations at the Goderich. Ontario salt mine CREWES Research Report. In-seam techniques, 1996, vol. 8, pp 351-355.Lawrence M. Gochioco Advances in seismic reflection profiling for US coal exploration, Geophisics: The leading edge of exploration/ Lawrence M. // Consolidation Coal Company Library , Pensylvania. - 1991. – Pp. 24-29Gochioco L.M. Advances in seismic reflection profiling for US coal exploration, Geophisics. The leading edge of exploration, Consolidation Coal Company Library, Pensylvania,1991, pp. 24-29.Schott W. On the quantitative determination of coal seam thickness by means of in-seam seismic surveys / W. Schott, P. Waclawik // Canadian Geotechnical Journal. - 2015. – Vol. 52. – Pp. 1-9.Schott W., Waclawik P. On the quantitative determination of coal seam thickness by means of in-seam seismic surveys. Canadian Geotechnical Journal, 2015, vol. 52, pp. 1-9.Schott W. Investigation of seam thickness and seam splitting within a longwall panel by an in-seam seismic survey / W. Schott, K. Brandt // 22nd International Conference on Ground Control in Mining. – 2003. – Vol. 2. - Pp. 152-156.Schott W., Brandt K. Investigation of seam thickness and seam splitting within a longwall panel by an in-seam seismic survey. 22nd International Conference on Ground Control in Mining, 2003, vol. 2, pp. 152-156.Räder D. Calculation of dispersion curves and amplitude-depth distributions of Love channel waves in horizontally-layered media / D. Räder, W. Schott, L. Dresen, H. Rüter // Geophysical Prospecting. - 1985. – Vol. 33. – Pp. 80-86.Räder D., Schott W., Dresen L., Rüter H. Calculation of dispersion curves and amplitude-depth distributions of Love channel waves in horizontallylayered media. Geophysical Prospecting, 1985, vol. 33, pp. 80-86.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.