Отчет по субсидиям, этап №2 - Институт горного дела СО РАН

Резюме проекта (ПНИР), выполняемого
в рамках ФЦП
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2014–2020 годы»
по этапу №2
Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.604.21.0047.
Тема: «Разработка научно-технических основ создания технологии микросейсмического мониторинга геодинамических процессов в массиве горных пород при разработке месторождений
твердых полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях».
Приоритетное направление: Рациональное природопользование.
Критическая технология: Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных
ископаемых и их добычи.
Период выполнения: 23.06.2014г. – 31.12.2016г.
Плановое финансирование проекта:
Бюджетные средства
9,4 млн. руб.,
Внебюджетные средства 3,52 млн. руб.
Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного
дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук.
Индустриальный партнер: ООО «Антел-нефть».
Ключевые слова: микросейсмический мониторинг, геодинамические процессы, подземная разработка, месторождения твердых полезных ископаемых, контроль разработки, алгоритмы цифровой обработки данных, программное обеспечение
1.
Цель прикладного научного исследования и экспериментальной разработки
Проект направлен на создание эффективных технологических и технических решений и комплекса аппаратно-программных средств микросейсмического мониторинга, включая методы локации
микросейсмических событий, оценки энергетических параметров геодинамических явлений в массиве горных пород, решения прямых задач сейсмики в анизотропных средах.
Цель реализуемого проекта - разработка научно-технических основ технологии микросейсмического мониторинга геодинамических процессов в массиве горных пород для повышения безопасности и эффективности подземной разработки месторождений твердых полезных ископаемых.
Конечными продуктами, создаваемыми с использованием результатов проекта и направленными на решение проблемы повышения безопасности и эффективности и подземной разработки
угольных пластов, является технология технологии микросейсмического мониторинга геодинамических процессов в массиве горных пород при разработке месторождений твердых полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях.
2.
Цель прикладного научногоисследованияи экспериментальной разработки
Проект направлен на создание эффективных технологических и технических решений и комплекса аппаратно-программных средств микросейсмического мониторинга, включая методы локации
микросейсмических событий, оценки энергетических параметров геодинамических явлений в массиве горных пород, решения прямых задач сейсмики в анизотропных средах.
Цель реализуемого проекта - разработка научно-технических основ технологии микросейсмического мониторинга геодинамических процессов в массиве горных пород для повышения безопасности и эффективности подземной разработки месторождений твердых полезных ископаемых.
Конечными продуктами, создаваемыми с использованием результатов проекта и направленными на решение проблемы повышения безопасности и эффективности и подземной разработки
угольных пластов, является технология технологии микросейсмического мониторинга геодинамических процессов в массиве горных пород при разработке месторождений твердых полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях.
2
3.
Основные результаты проекта
Проведены численное моделирование сейсмических волн в упругих средах, возбуждаемых
микросейсмическими источниками различного типа, моделирование микросейсмического излучения
областью проявления геодинамических событий, анализ влияния анизотропии на результаты обработки данных микросейсмического мониторинга.Показано, что для задач локации микросейсмических событий на основе корреляционных алгоритмов выделения сигналов и решения обратных кинематических задач системы микросейсмических наблюдений должны быть дополнены приемными
антеннами, расположенными на удалении от области проявлений геодинамических событий.
Предложен способ обработки данных микросейсмического мониторинга, который обеспечивает локализацию гипоцентров событий с одновременным определением параметров слоистой азимутально-анизотропной скоростной модели массива горных пород. Экспериментально показано, что
неучет анизотропии при мониторинге гидроразрыва горных пород приводит к смещению пространственной локализации трещины относительно истинного ее положения и к ошибкам определения радиуса трещины.
Разработаны технологические принципы и решения сбора микросейсмических данных в условиях подземной разработки твердых полезных ископаемых на основе использования промышленных
аппаратных телеметрических сейсмических комплексов модульного исполнения.
В ходе выполнения этапа 2 проектаразработана математическая модель микросейсмического
мониторинга геодинамических процессов при подземной разработке твердых полезных ископаемых
в сложных горно-геологических условиях, выполнены теоретические исследования и оптимизация
создаваемых технологических, аппаратурных и программных решений.
Разработаны аппаратные и программные средства микросейсмического мониторинга геодинамических процессов, включая эскизные конструкторскую и программную документации. Разработан скважинный сейсмический датчик, обеспечивающий оперативную установку и закрепление
трехкомпонентных сейсмических приемников в шпуры диаметром 48 – 76 мм глубиной до 7 м (см.
рисунок).
Рисунок - Общий вид скважинного сейсмического датчика для микросейсмического мониторинга в шахтных условиях
Разработана программа и методики испытаний аппаратных и программных средств экспериментального образца аппаратно-программного комплекса микросейсмического мониторинга геодинамических процессов в массиве горных пород.
Выполнены численные расчеты сейсмических полей и получены синтетические сейсмограммы микросейсмического шума в приемной антенне, а также микросейсмических событий генерируемых деформационными процессами и фильтрационными потоками. Для выполнения численных расчетов использован комплекс вычислительных и программных средств СВК-128.
Полученные на этапе результаты, в том числе аппаратные, программные и технологические
решения соответствует мировым тенденциям развития методов и средств микросейсмического мониторинга для оценки сейсмической опасности и анализа устойчивости массива горных пород, контроля фильтрационных процессов, контроля и оптимизации гидроразрыва продуктивных пластов.
Новизна работы состоит в комплексном решении технических и методических вопросов, в создании и исследовании прототипа аппаратно-программного комплекса микросейсмического мониторинга, ориентированного на решение задач подземной разработки месторождений твердых полезных
ископаемых в анизотропных массивах горных пород при использовании комбинированных (наземных и подземных) высокочувствительных систем наблюдения, в создании способа контроля геоди-
3
намических явлений по изменению скоростной анизотропии горных пород, определяемой по результатам анализ волновых полей от источников микросейсмических событий.
Полученные на этапе прототипы результаты и решения соответствует мировым тенденциям
развития методов и средств микросейсмического мониторинга для оценки сейсмической опасности и
анализа устойчивости массива горных пород, контроля фильтрационных процессов, контроля и оптимизации гидроразрыва продуктивных пластов.
Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в
рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки
На отчетном этапе получение РИД не предусмотренотребованиямипроекта. Отправлена 1 патентная заявка на изобретение в ФИПСна способ и устройство абсолютной калибровки сейсмических датчиков, предназначенный для повышения точности определения энергии событий по микросейсмическим данным и основанный на тестовое воздействие в виде дельта-функции скорости путем
резкого смещения корпуса датчика на заданную фиксированную величину.
4.
Назначение и область применения результатов проекта
Область применения результатов – повышение безопасности и эффективности подземной разработки газоносных угольных пластов. Способы использования результатов:
а) в качестве научной основы для выполнения ОКР по разработке технологии управления
прочностью горных пород в кровле угольного пласта методом направленного гидроразрыва химически активными составами и технологии интенсификации предварительной дегазации угольных пластов комплексным методом гидроразрыва и вибрационного воздействия в дегазационных скважинах;
б) прямое использование отдельных научно-технических результатов для развития существующих технологий, например разрабатываемых химически активных составов для повышения эффективности применения известного способа направленного гидрроразрыва в угледобывающей промышленности в различных технологических схемах для посадки кровли в очистных и подготовительных забоях.
5.
Эффекты от внедрения результатов проекта
Ожидаемый социально-экономический эффект от использования технологий и технических
средств, созданных на основе полученных результатов состоит в повышение безопасности горных
работ, в снижении риска смертности при шахтной добыче полезных ископаемых.
6.
Формы и объемы коммерциализации результатов проекта
Действия по доведению до потребителя ожидаемых результатов включают использование результатов проекта при проведение ОКР по теме «Разработка технологии микросейсмического мониторинга геодинамических процессов в массиве горных пород при разработке месторождений твердых полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях».
Наличие соисполнителей
Соисполнитель проекта ООО «Центр прикладных геофизических исследований», год привлечения
2014.