Фгп. Реферат%201%20фгп. Реферат Акустические свойства горных пород, использование акустических свойств при разработке мпи
 Скачать 19.43 Kb.
|
|
ВКГТУ им. Д. Серикбаева РЕФЕРАТ «Акустические свойства горных пород, использование акустических свойств при разработке МПИ» Выполнила: Амирханова З.Е. Проверили: Берікболұлы А. АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА горных пород (а. acoustic properties of rock; н. akustische Eigenschаften von Gesteinen; ф. proprietes acoustiques des roches; и. propiedades acusticas de las rocas) — определяют характер распространения упругих волн в горных породах. Необратимые потери энергии при распространении упругих волн связаны с акустическим поглощением горных пород, обусловленным в основном внутренним трением и теплопроводностью. В различных частотных диапазонах вклад этих механизмов в общее поглощение не одинаков, т.к. их параметры зависят от частоты волны. Акустическое поглощение — одна из причин дисперсии скоростей упругих волн и искажения импульсных сигналов, распространяющихся в горных породах. Степень затухания колебаний оценивают с помощью коэффициента потерь g или добротности Q. Изменение амплитуды волны при распространении в горных породах определяет коэффициент затухания а м-1 — величина, обратная расстоянию, при котором амплитуда волны уменьшается в 2,718 раз. К основным показателям акустических свойств относится также скорость распространения упругих (продольных, поперечных и поверхностных) волн. Скорость распространения продольных волн примерно в 1,7-1,9 раза больше, чем поперечных, и в 2 раза больше, чем поверхностных. Акустические свойства тесно связаны с физико-механическими свойствами, термодинамическим состоянием и структурными особенностями среды. Например, для скальных пород коэффициент затухания приблизительно пропорционален первой степени частоты, для рыхлых — её квадрату. Скорости распространения упругих волн возрастают с увеличением модулей упругости и плотности пород и давления (глубины залегания); коэффициент затухания уменьшается с глубиной. Акустические свойства зависят также от температуры: при её увеличении скорость упругих волн уменьшается, а коэффициент затухания возрастает. В практике горного дела приняты резонансный (по собственной частоте колебания образца) и импульсный (с использованием периодического импульсного взрывного или ударного источника упругих колебаний) методы измерений характеристик акустических свойств. Коэффициент затухания: для скальных ненарушенных горных пород в диапазоне частот 1-100 Гц составляет 10-6-10-3 м-1, для частот 1-10 кГц — 5•10-2-1м-1; для рыхлых пород в диапазоне 1-100 Гц — 10-2-10-1м-1. Скорости распространения продольных волн для магматических пород (гранит, диабаз, габбро) 4500-6800 м/с, метаморфических (кристаллические сланцы) 4000-5600, осадочных (известняки, доломиты) 3200-5500, в грунтах 300-1900 м/с. Акустические свойства изучают для определения упругих, прочностных и вязкопластических характеристик пород при исследовании геологического строения, оценке напряжённого состояния и трещиноватости массива, эффективности ударного или взрывного воздействия на горные породы, при выборе звукоизолирующих материалов из природного камня. Акустические свойства горных пород широко используются геологами и геофизиками при разведке и доразведке месторождений полезных ископаемых. На этапе эксплуатации угольных шахт в широких масштабах применяется сейсмоакустический метод прогноза состояния горного массива для выявления зон, опасных по выбросам угля, породы и газа или по горным ударам. Этот метод, по сути, представляет собой обратную задачу геофизики, когда по параметрам акустической волны (форма волнового фронта; частота, на которой расположен максимум волновой группы; величина и характер дисперсии волн; скорость распространения волновой группы и т.д.) находят параметры среды, в которой эта волна распространяется. Обратные задачи геофизики значительно сложнее прямых задач, они имеют удовлетворительное решение только в ограниченном количестве сравнительно простых случаев. Поэтому подавляющее число известных методов диагностики горного массива носит качественный характер, а сама диагностика представляет собой, как правило, сравнение текущего значения измеряемого параметра методами статистики с самим собой, но измеренным при других (образцовых) обстоятельствах. Неизбежная неоднозначность подобных методов диагностики устраняется только с помощью комплексных наблюдений – дополнения основного метода диагностики вспомогательными наблюдениями физико-технических параметров, не связанных прямо с основным. Для прогноза горных ударов на шахтах и в рудниках применяют практически полную аналогию современной сейсмологической аппаратуры и методы обработки сигналов, заимствованные у сейсмологов, адаптированные для наблюдений в пределах шахтного поля. Деятельность службы прогноза горных ударов заключается в многоканальной регистрации сейсмоакустических событий, происходящих в диапазоне частот от нескольких герц до нескольких десятков герц. Указанный диапазон частот, во-первых, соответствует достаточно протяженным разрывам (длиной до нескольких десятков метров) в массиве горных пород и, во-вторых, акустические колебания этого диапазона имеют относительно небольшое затухание и распространяются на расстояния, сравнимые с размерами шахтного поля. Зарегистрированные несколькими каналами сейсмоакустические события позволяют решить уравнение локации и определить области, в которых эти события располагаются наиболее плотно. Именно области сгущения событий считают опасными по горным ударам. В зависимости от конкретных горнотехнических обстоятельств принимают решение о закрытии таких выработок или о проведении мероприятий, направленных на разгрузку критической области от действующих напряжений. АКУСТИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ— метод геофизических исследований в скважинах, основанный на изучении акустических свойств (скоростей распространения и затухания упругих волн) горных пород, пересечённых скважиной. Используется при поисках и разведке месторождений, контроле технического состояния скважин, интерпретации данных сейсмической разведки, а также при решении инженерных геологических задач. Первые образцы аппаратуры акустического каротажа выполнены в 1950-х гг. в CCCP и США; промышленное применение начато с 1960. При акустическом каротаже используют звуковой (0,5-15 кГц) и ультразвуковой (20-50 кГц, 0,3-2,0 МГц) диапазоны частот. Акустический каротаж проводят с помощью глубинного датчика, связанного каротажным кабелем с наземными измерительными и регистрирующими приборами. Основные элементы глубинного прибора — излучатели и приёмники упругих волн, а также акустические изоляторы, предотвращающие распространение упругих волн по корпусу глубинного прибора. Излучателями служат магнитострикционные преобразователи, изменяющие радиус металлическими (пермендюр, никель) цилиндра под действием переменного магнитного поля, или пьезоэлектрические преобразователи из титаната бария, цирконата свинца, создающие колебания в результате воздействия переменного электрического поля. Приёмники — пьезоэлектрические элементы, преобразующие механическую энергию упругих волн в электрические импульсы. При проведении акустического каротажа электрические импульсы поступают из блока синхронизации и управления в излучатели, где преобразуются в импульсы упругих колебаний длительностью 5-10 мс; преобладающая энергия этих импульсов сосредоточена в полосе частот 10-15 кГц. Измеряют времена пробега основных типов волн и коэффициент затухания. По результатам измерений строят геоакустические модели разрезов скважин для интерпретации данных сейсморазведки, проводят оценку пористости продуктивных пластов, определяют упругие модули горных пород (модули Юнга, сдвига, объёмного расширения), выявляют зоны повышенной трещиноватости и кавернозности. Совместное использование данных акустического, электрического и радиоактивного каротажа позволяет осуществлять литологическое расчленение разрезов, выявлять коллекторы нефти, газа, определять коэффициент насыщения, контролировать разработку месторождений нефти и газа. |