Способ синхронизации подземных сейсморазведочных работ

 

1. СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ при просвечивании угольного пласта между двумя выработками, по которому по мере последовательного возбуждения сейсмических сигналов формируют первичную отметку времени в виде прямоугольного импульса, синхронизированного по переднему фронту с моментом возбуждения сейсмических сигналов, осуществляют излучение рабочего радиоимпульса в толщу горных пород и в точке регистрации сейсмических сигналов формируют из него сигнал вторичной отметки времени, по переднему фронту которого синхронизируют процесс регистрации сейсмических сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности синхронизации, прямоугольный импульс передают из точки возбуждения сейсмических сигналов в точку формирования рабочих радиоимпульсов; находящуюся на кратчайшем расстоянии от места регистрации сейсмических сигналов , преобразуют прямоугольный импульс во вспомогательную последовательность импульсов, делят ее по частоте в целое число раз и излучают в виде поверхностной электромагнитной волны, распространяющейся вдоль исследуемого пласта, прини (Л мают ее в месте регистрации сейсмических сигналов, преобразуют в импульсную последовательность , из которой формируют сигнал вторичной отметки времени. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кратность деления частоты вспомогательной последовательности импульсов выбирается из условия bVl + Ь оо оо где Т - период повторения несущего колебания рабочего радиоимпульса; СП Д -допустимая нестабильность вре менной задержки принятых отме т -, ток времени возбуждения; 4CJ - целая часть отнощения

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(59 б 01 V 1/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ""

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3513979/24-25 (22) 19.11.82 (46) 07.01.85. Бюл. № 1 (72) В. И. Яцышин, Э, Н. Ll,àòóðÿí и и Ю. Г. Мясников (71) Харьковский институт радиоэлектроники и Украинский филиал Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела (53) 550.83 (088.8) (56) 1. Мясников Ю. Г.,Исаев Ю. С. Телефонная связь при сейсмическом просвечивании выемочных столбов. — «Технология добычи угля подземным способом», 1970, №7, с. 14.

2. Рубцов Н. В., Исаев Ю. С. Аппаратура для передачи отметки момента возбуждения упругих волн по радиоканалу связи при сейсмоакустическом просвечивании.

Труды ВНИМИ, 1974, сб. 94, с. 44 (прототип) . (54) (57) 1. СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ

ПОДЗЕМНЫХ СЕ1"1СМОРАЗВЕДОЧНЫХ

РАБОТ при просвечивании угольного пласта между двумя выработками, по которому по мере последовательного возбуждения сейсмических сигналов формируют первичную отметку времени в виде прямоугольного импульса, синхронизированного по переднему фронту с моментом возбуждения сейсмических сигналов, осуществляют излучение рабочего радиоимпульса в толщу горных пород и в точке регистрации сейсмических сигналов формируют из него сигнал вторичной отметки времени, по переднему фронту которого синхронизируют процесс регистрации сейсмических сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности синхронизации, прямоугольный импульс передают из точки возбуждения сейсмических сигналов в точку формирования рабочих радиоимпульсов, находящуюся на кратчайшем расстоянии от места регистрации сейсмических сигналов, преобразуют прямоугольный импульс во вспомогательную последовательность импульсов, делят ее по частоте в целое число раз и излучают в виде поверхностной электромагнитной волны, распространяющейся вдоль исследуемого пласта, принимают ее в месте регистрации сейсмических сигналов, преобразуют в импульсную последовательность, из которой формируют сигнал вторичной отметки времени.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что . кратность деления частоты вспомогательной последовательности импульсов выбирается из условия

2 4N (д 1 + 1 где T — период повторения несущего колебания рабочего радиоимпульса; †допустим нестабильность временной задержки принятых отметок времени возбуждения;

1. ь) -целая часть отношения T/ьТ.

1133571

Изобретение относится к сейсмической разведке, в частности к способам синхронизации подземных сейсморазведочных работ, и может быть использовано, преимущественно, в горнодобывающей промышленности для определения размеров, формы и структуры пластов залегания полезных ископаемых, например каменноугольных пластов.

Известен способ синхронизации подземных сейсморазведочных работ, который обеспечивает требуемую точность синхронизации при сейсморазведке как с источником взрывного типа, так и с источником ударного типа. Согласно этому способу в момент возбуждения сейсмических сигналов формируют отметку времени возбуждения в виде импульса тока. Передний фронт импульса синхронизируют с заданной точностью с фронтом возбуждаемого сейсмического сигнала. Затем сформированную отметку времени передают на приемник сейсмических сигналов. Передачу осуществляют по обходному контуру горных выработок. 3апись сейсмических сигналов начинают с момента поступления отметки времени (1) .

Недостатком указанного способа является то, что его осуществление достаточно трудоемко и требует значительных затрат времени на проведение сейсморазведки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ синхронизации подземных сейсморазведочных работ при просвечивании угольного пласта между двумя выработками, по которому по мере последовательного возбуждения сейсмических сигналов формируют первичную отметку времени в виде прямоугольного импульса, синхронизованного по переднему фронту с моментом возбуждения сейсмических сигналов, осуществляют излучение рабочего радиоимпульса в толщу горных пород и в точке регистрации сейсмических сигналов формируют из него сигнал вторичной отметки времени, по переднему фронту которого синхронизируют процесс регистрации сейсмических сигналов (2) .

Однако ввиду постоянного изменения дальности и условий радиосвязи в процессе снятия сейсмических профилей имеет. место существенное разли:ие в уровнях рабочего затухания, а также большие временные задержки радиоимпульсов отметок времени возбуждения в канале радиосвязи, обусловленные относительно низкими скоростями распространения в толще горных пород низкочастотных радиоимпульсов ниже 50 — 100 кГц, как правило, используемых для радиосвязи, например, в горных выработках угольных шахт. Величина временной задержки примерно пропорциональна расстоянию между источником и прием5

55 ником сейсмических сигналов и может быть сравнима с допустимой погрешностью синхронизации.

При этом имеет место нестабильность временных задержек сигналов отметок времени возбуждения в канале связи даже при условии неизменности расстоянии между источником и приемником сейсмических сигналов. Причиной такой нестабильности является разброс значений начальной фазы рабочего радиоимпульса, формируемого асинхронным методом, и в том числе флуктуации начальной фазы, возникающие под действием помех.

Все это определяет значительную величину погрешности синхронизации в канале радиосвязи и ее нестабильность, что резко снижает эффективность применения метода многократного накопления, который является практически единственной возможностью получения качественных сейсмограмм при использовании маломощных источников сейсмических сигналов ударного типа. Таким образом, известный способ синхронизации подземных сейсморазведочных работ не обладает достаточной точностью и надежностью синхронизации, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на основных показателях сейсморазведки: достоверности интерпретации сейсмических профилей, разрешающей способности сейсморазведки по амплитуде выявляемых структурных нарушений, а также реализуемые дальности сейсмического просвечивания.

Цель изобретения — повышение точности и надежности синхронизации.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу синхронизации подземных сейсморазведочных работ при просвечивании угольного пласта между двумя выработками, по которому по мере последовательного возбуждения сейсмических сигналов формируют первичную отметку времени возбуждения в виде прямоугольного импульса, синхронизированного по переднему фронту с моментом возбуждения сейсмических сигналов, осуществляют излучение рабочего радиоимпульса в толщу горных пород и в точке регистрации сейсмических сигналов формируют из него сигнал вторичной отметки времени, по переднему фронту которого синхронизируют процесс регистрации сейсмических сигналов, прямоугольный импульс передают из точки возбуж дения сейсмических сигналов в точку формирования рабочих радиоимпульсов, находящуюся на кратчайшем расстоянии от места регистрации сейсмических сигналов, преобразуют прямоугольный импульс во вспомогательную последовательность импульсов, делят ее по частоте в целое число раз и излучают в виде поверхностной электромагнитной волны, распространяющейся

1133571

На фиг. 1 представлена схема осуществле- З0

55 вдоль исследуемого пласта, принимают ее в месте регистрации сейсмических сигналов, преобразуют в импульсную последовательность, из которой формируют сигнал вторичной отметки времени.

Кратность деления частоты вспомогательной последовательности импульсов выбирается из условия

2(N (— Т ) +1 где Т -период повторения несущего колебания рабочего радиоимпульса;

Ь Г вЂ” допустимая нестабильность временной задержки принятых отметок времени возбуждения (погрешность синхронизации)

1 «дс1 — целая часть величины т

В данном выражении даже при Т/ Ñ (1 кратность деления не может быть меньшей двух. Последнее гарантирует формирование рабочего радиоимпульса, имеющего практически нулевую начальную фазу. Если Т/Дтf ) 2, то N принимается равным ближайшему округленному целому числу.

Целочисленность параметра N непринципиальна, но гарантирует простоту выполнения операции деления частоты. Единица в правой части выражения означает округление величины Т/АС к ближайшему большему целому числу. ния способа; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип способа.

Система для осуществления способа содержит исследуемый пласт 1, который просвечивается сейсмическими сигналами 2, между двумя выработками 3 и 4, с помощью перемещаемого источника 5 сейсмических сигналов ударного типа, соедиенненного с формирователем 6 первичной отметки возбуждения сейсмосигналов, который через кабель 7 постоянной длины соединен с передающей аппаратурой 8. В выработке 4 установлена сейсмическая станция 9, соединенная с радиоприемником. 10.

Радиопередатчик 8 соединен с передающей антенной 11, а радиоприемник — с приемной антенной 12. Антенны выполнены в виде вертикального электрического диполя с концевыми нагрузками в виде заземлителей. Заземлители устраиваются в почве и кровле угольного пласта так, чтобы они охватывали профиль последнего. При таком способе передачи радиаимпульсов исследуемый пласт 1 выполняет роль направляющей линии связи, вдоль которой распространяется поверхностная электромагнитная волна.

Диаграмма 13 — сейсмическое колебание 2, возбуждаемое источником ударного типа и используемое в дальнейшем для определения структуры угольного пласта. По переднему фронту этого колебания (момент

15 времени t = О) производят формирование отметок времени возбуждения.

Диаграмма 14 — прямоугольный импульс, синхронизированный по переднему фронту с возбуждаемым сейсмическим колебанием и передаваемый с точкй возбуждения сейсмического колебания в точку формирования рабочего радиоимпульса отметки времени возбуждения.

Диаграмма 15 — вспомогательная непрерывная последовательность прямоугольных импульсов с частотой повторения, в

N раз превышающей частоту несущего колебания рабочего радиоимпульса. В рассматриваемом конкретном примере кратность частот принята минимальной: N = 2.

Диаграмма 16 — вспомогательный радиоимпульс в виде ограниченной последовательности прямоугольных импульсов с частотой повторения, в N раз превышающей частоту рабочего радиоимпульса. Первый импульс этой последовательности имеет укороченную длительность ввиду несинхронности момента возбуждения сейсмических сигналов и вспомогательной последовательности импульсов, представленных на диаграмме 15. Случайные изменения длительности указанного импульса опредаляют нестабильность задержки отметки времени возбуждения в предлагаемом способе синхронизации.

Диаграмма 17 — рабочий радиоимпульс в виде ограниченной последовательности прямоугольных видеоимпульсов с частотой повторения, согласованной с параметрами канала радиосвязи, используемого для передачи отметок времени возбуждения. Этот радиоимпульс получают путем деления частоты вспомогательного радиоимпульса в

N раз. Длительность первого периода повторения оказывается несколько укороченной по сравнению с нормальной величиной

Т = 1/ <, где fp — рабочая частота. Нер стабильность длительности первого периода повторения рабочего радиоимпульса равна нестабильности длительности первого видеоимпульса вспомогательного радиоимпульса с повышенной частотой и, как отмечалось выше, определяет величину нестабильности времени задержки отметки времени возбуждения. При прочих равных условиях получаемая здесь нестабильность оказывается в и раз меньшей по сравнению с величиной нестабильности, которая наблюдалась бы при формировании рабочего радиоимпульса без использования вспомогательного радиоимпульса с повышенной частотой.

Диаграмма 18 — форма рабочего радиоимпульса с гармоническим заполнением, излучаемого в канал радиосвязи. Этот радиоимпульс получают из радиоимпульса на диаграмме 17 путем простой фильтрации колебаний по частоте. Эта операция в способе не оговаривается, поскольку может отсутствовать, если операции по формированию рабочего радиоимпульса производить число радиотехническими средствами, т. е. использовать исходное колебание не прямоугольной, а гармонической формы. В данном частотном примере принято, что формирование рабочего радиоимпульса осуществляется с применением устройств логического типа. Этим упрощается проблема схематической реализации способа синхронизации.

Диаграмма 19 — рабочий радиоимпульс, принятый на приемном конце канала синхронизации с некоторой задержкой во времени и с отрицательной начальной фазой.

Диаграмма 20 иллюстрирует (совместно с диаграммой 19) операцию умножения принятого рабочего радиоимпульса в два раза. Последнее обеспечивается, например, путем компарации принятого радиоимпульса на положительном U< и отрицательном уровнях. Операция умножения принятого радиоимпульса по частоте в 2 раза устраняет погрешность синхронизации, связанную с неопределенностью начальной фазы принятого радиоимпульса отметки времени возбуждения. Такая неопределенность может быть связана с изменением ориентации передающей или приемной антенны на противоположное.

Диаграмма 21 — вторичная отметка времени возбуждения, передний фронт которой синхронизирован с передним фронтом радиоимпульса на диаграмме 20. Вторичная отметка времени возбуждения используется для запуска устройства регистрации сейсмических колебаний.

Предлагаемый способ позволяет свести к минимуму абсолютную величину погрешности синхронизации t (диаграмма 21) и величину нестабильности этого параметра при многократном возбуждении сейсмических колебаний в одной и той же точке. Последнее особенно важно в тех случаях, когда сейсмические колебания возбуждаются маломощными источниками ударного типа (ручные молоты) и для их приема используется способ многократного накопления.

Способ осуществляют следующим образом.

При последовательном просвечивании исследуемого пласта 1 сейсмическими сигналами 2 между двумя выработками 3 и 4 от перемещаемого источника 5 ударного типа в момент возбуждения сигналов 2 в каждой заданной точке снимаемого сейсмического профиля с помошью формирователя б формируют первичную отметку времени возбуждения в виде прямоугольного импульса, синхронизированного по переднему фронту с моментом возбуждения упомянутых сигналов. Сформированный импульс отметки времени передают по линии 7 связи, напри33571

5

6 ! мер по кабелю, в точку формирования рабочих радиоимпульсов, т. е. на радиопередатчик 8. Принятый в этой точке прямоугольный импульс преобразуют во вспомогательную последовательность импульсов, например, путем амплитудной манипуляции несушим колебанием с частотой, которая в заданное число (N) раз превышает рабочую частоту f канала радиосвязи, проходящего через толшу исследуемого пласта 1 и используемого для передачи сигналов отметок времени возбуждения в точку расположения сейсмической станции 9 и радиоприемника 10. Затем вспомогательную последовательность импульсов делят по частоте в

N раз, формируют таким образом рабочий радиоимпульс отметки времени и осуществляют его излучение с помощью радиопередатчика 8 на радиоприемник 10 через толщу исследуемого пласта 1 путем возбуждения в последнем поверхностной электромагнитной волны с цилиндрической структурой. Переданный таким образом радиоимпульс умножают по частоте в два раза и тем самым формируют второй вспомогательный радиоимпульс, передний фронт которого представляет собой вторичную отметку времени возбуждения. Эту отметку времени используют для синхронизации регистрируемых сейсмических сигналов.

Для обеспечения эффективной работы сейсмического приемника в режиме накопления требуемые кратности деления (N) частот на передающем конце канала связи выбирают из условия

2 N=()+ 1, где Т вЂ” период повторения несущего колебания рабочего импульса; — допустимая нестабильность временной задержки принятых отметок времени возбуждения.

По сравнению с известными предлагаемый способ синхронизации подземных сейсморазведочных работ обладает повышенной точностью и надежностью, благодаря чему обеспечивается возможность применения для регистрации сейсмических сигналов метода многократного накопления с использованием маломошных невзрывоопасных средств сейсморазведки. При этом увеличивается дальность просвечивания толщи исследуемых пород, повышается помехозащищенность за счет формирования рабочего радиоимпульса в виде поверхностной электромагнитной волны и использования исследуемого пласта в качестве направляющей линии связи. Способ позволяет также регистрировать сейсмические сигналы повышенной частоты (до 2 — 2,5 кГц), что способствует увеличению разрешающей способности сейсморазведки. Вследствие этого появляется возможность обнаружения тек-113357!

Фиг. 1

18

Фиг,2

Составитель Г. Бокарев

Редактор В. Петраш Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ3833/ЗЯ Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и от крытий

1 l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4 тонических разрывов исследуемого пласта порядка 3 — 5 м, а также производится значительно более точное определение объема залегания полезных ископаемых и одновременно выявляются зоны нарушения их структуры.