МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Московский государственный горный университет»

Кафедра физико-технического контроля процессов

горного производства

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по методической работе и качеству образования В. Л. Петров «» _2011 г.

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ДС.Ф.01. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

Направление подготовки 130400 «Горное дело»

Специальность «Физические процессы горного или нефтегазового производства»

Форма обучения:

очная Москва

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины является получение студентами знаний в области теории и практики геофизических методов исследования структуры, свойств и состояния массива горных пород при решении задач информационного обеспечения горных работ.

Основные задачи дисциплины:

– получение студентами сведений о многообразии степеней неоднородности и сложности строения массива горных пород как объекта исследований геофизическими методами контроля;

– изучение теоретических основ физических полей различной природы и их взаимодействия с массивом горных пород;

– знакомство с принципами построения физико-теоретических моделей массива при решении геофизических задач различной сложности;

– овладение методическими основами изучения массива горных пород в наземных и подземных условиях и с применением скважин методами геофизики при условии их комплексного использования;

– знакомство с принципами оптимального аппаратурного и методического обеспечения геофизических исследований массива в зависимости от степени сложности объекта и типа конкретной решаемой задачи;

– овладение основами применения современных компьютерных технологий обработки и интерпретации результатов геофизического изучения массива при наземных, подземных и скважинных исследованиях;

– знакомство с конкретными геофизическими методами комплексного решения различных актуальных технических задач горного производства.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

В процессе изучения содержания дисциплины студенты приобретают знания, позволяющие правильно оценивать состояние изучаемого объекта и выбирать оптимальные методы, методики и средства их исследования. Студенты овладевают теоретическими основами геофизических методов исследования подземных, наземных объектов и скважин. Студенты получают навыки проведения теоретических расчетов для выбора параметров схем и методики геофизических исследований и измерительной аппаратуры, навыки проведения научных и производственных исследований при использовании современной аппаратуры контроля, навыки обработки геофизической информации. Студенты получают умение оценить возможности скважинной аппаратуры, компьютерных методов обработки данных скважинных исследований. Студенты приобретают навыки анализировать получаемые результаты геофизических исследований и выбирать оптимальные технические решения.

Изучение дисциплины базируется на знаниях математических, естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин,таких как "Математика", "Физика", "Геология", "Информатика", "Горное дело", "Измерения в физическом эксперименте", "Физические процессы горного или нефтегазового производства", "Горная геофизика", "Методы и средства геоконтроля", "Контроль процессов горного производства", "Обработка и интерпретация результатов геофизических исследований".

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Всего часов Семестры Вид учебной работы 9 Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия Лекции 51 34 Практические занятия (ПЗ) 17 17 Семинары (С) – - Лабораторные работы (ЛР) 17 - И (или) другие виды аудиторных занятий – - Самостоятельная работа 62 - Курсовой проект (работа) – - Расчетно-графические работы – - Реферат – - И (или) другие виды самостоятельной ра- – - боты Вид итогового контроля (зачет, экзамен) зачет экзамен

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ

№ Раздел дисциплины Лекции ПЗ ЛР п/ п Введение 1. Физическое поле – источник информации о масси- х ве горных пород 2. Физические поля в неидеальных средах х х х 3. Физические поля в структурно-неоднородном мас- х х х сиве 4. Распространение физических полей в простран- х х х ственно-неоднородном массиве нием скважин 6. Принципы и методические основы геофизических х х х исследований массива в производственных условиях интерпретации физических полей в горнотехнических объектах со свободной поверхности 8. Физические основы методов исследования скважин х х х 9. Методики скважинных исследований и интерпре- х х х тация их результатов 10. Решение задач горного производства при исследо- х х х вании массива надземными и подземными методами геофизики 11. Решение горнотехнических задач при исследова- х х х ниях массива скважинными методами

4.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ. Цель, задачи и содержание дисциплины. Практическая значимость содержания дисциплины в подготовке специалиста специальности "Физические процессы горного или нефтегазового производства". Роль геофизических исследований в общем комплексе горного производства. Характеристика современного теоретического и технического уровня геофизических методов исследования массива. Методы геофизических исследований массива как органический элемент современной геофизики. Исторические аспекты развития методов исследования массива. Структура дисциплины.

Раздел 1. Физическое поле – источник информации о массиве горных пород. Классификация объектов и типов процессов горного производства, требующих применения геофизических методов исследования массива горных пород. Сведения о степени неоднородности массива как объекта исследований геофизическими методами. Особенности геофизических исследований при различной сложности массива в условиях различных видов горно-технических объектов.

Основные разновидности физических полей, лежащих в основе геофизических методов, применяемых при исследовании массива. Информативность различных физических полей. Основные методы, используемые в процессе геофизического изучения массива горных пород при различных условиях исследований. Особенности информационных возможностей геофизических методов при наземных, подземных и скважинных исследованиях. Информативность изучения массива при комплексном использовании различных физических полей.

Раздел 2. Физические поля в неидеальных средах. Основные разновидности физических полей, лежащих в основе геофизических методов, применяемых при исследовании массива горных пород. Информативность различных физических полей. Влияние на физические поля упругих, плотностных, прочностных параметров массива горных пород. Зависимость характеристик поля упругих волн, электромагнитных волн и ядернофизического излучения от упругих параметров горных пород. Учет неидеальности физических свойств горных пород на физические поля. Диссипативное поглощение волн. Рассеяние на внутриструктурных неоднородностях. Расхождение волновых фронтов. Релаксационные процессы в массиве горных пород и их влияние на распространение физических полей. Особенности излучения и характеристики полей при процессах разрушения и динамических явлениях в массиве.

Раздел 3. Физические поля в структурно-неоднородном массиве горных пород. Классификация структурных неоднородностей массива. Влияние на упругие, электрические поля и ядерно-физическое излучение границ раздела. Особенности взаимодействия физических полей со свободной границей раздела. Разновидности упругих волн на свободной границе. Приближенные методы исследования физических полей в многослойных средах. Масштабный эффект. Вопросы дифракции и рассеяния. Основные физические модели, описывающие процессы дифракции и рассеяния на реальных горно-технических объектах. Информационные характеристики полей при их дифракции и рассеянии на различных типах неоднородности массива. Семейства волн при дифракции. Физические модели трещиноватых и пористых сред. Влияние трещиноватости и пористости горных пород на поле упругих и электромагнитных волн, на электрическое поле и ядернофизическое излучение. Основные информативные параметры при выявлении зон повышенной трещиноватости и пористости.

Раздел 4. Распространение физических полей в пространственнонеоднородном массиве. Анизотропия горных пород. Типы анизотропии.

Влияние анизотропии на распространение упругих и электромагнитных волн и электрическое поле низкой частоты. Квазианизотропия мелкослоистых сред и ее влияние на характеристики физических полей. Физические поля в непрерывно-неоднородных средах. Явление рефракции. Лучевой метод. Особенности распространения физических полей в градиентнонеоднородной среде различных типов. Волны в волноводных зонах с непрерывным изменением параметров массива. Нормальные волны. Влияние на характеристики нормальных волн граничных условий. Интерференционные поля в пространстве, содержащем волноводную зону. Распространение физических полей в криволинейных волноводах. Информационные параметры полей в волноводных зонах.

Раздел 5. Особенности исследования массива с использованием скважин. Задачи геофизических исследований скважин (ГИС). Классификация методов ГИС. Скважина как объект геофизических исследований. Скважинные измерительные системы. Общие принципы геофизических исследований скважин. Назначение геофизических исследований скважин, пробуренных с дневной поверхности и подземных скважин. Межскважинное просвечивание (прозвучивание) и каротаж. Эффективность каротажных методов по величине "зоны захвата", чувствительности и информативности.

Особенности скважинных измерений, метрология и погрешности. Системность исследований. Системный подход в геофизических исследованиях.

Классификация методов каротажа и скважинной геофизики. Система каротажа. Система скважинной геофизики. Изучение технического состояния скважин. Кавернометрия и профилеметрия. Измерение искривления скважин. Цементометрия.

Раздел 6. Принципы и методические основы геофизических исследований массива в производственных условиях. Выбор типа и расчет требуемых характеристик источников. Взрыв. Вибросейсм. Динасейсм. Антенны.

Индукционные сейсмоприемники и геофоны. Интерференционные системы излучения и приема. Работа в ближней и дальней зонах. Дальность. Область воздействия эксперимента. Анализ и выбор методов и схем измерений.

Комплексирование методов каротажа, наземной и скважинной геофизики.

Принципы комплексирования методов. Основы комплексной интерпретации. Основы выбора измерительной геофизической аппаратуры и методик исследований. Принципы дистанционного контроля и беспроводной связи.

Раздел 7. Методические основы наблюдения, обработки и интерпретации физических полей в горнотехнических объектах со свободной поверхности. Методы, применяемые при исследовании массива со сложным строением.

Сейсмические методы: метод отраженных волн (МОВ); метод общих глубинных точек отражения (ОГТ); метод МОВ с регулируемым направленным приемом (РНП); метод преломленных волн (МПВ); корреляционный метод преломленных волн (КМПВ); скважинная сейсморазведка; вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП); метод обращенного годографа (МОГ).

Ультразвуковые методы: методы прозвучивания; методы поверхностного прозвучивания; методы профилирования; методы геолокации; методы каротажа.

Электромагнитные методы: частотное зондирование (ЧЗ); зондирование становлением поля (ЗС); метод переходных процессов (МПП); радиоволновое просвечивание (РП); радиоволновое зондирование (РВЗ); радиоволновое профилирование (РВП, радиокип); радиолокационное зондирование (РЛЗ).

Сверхвысокочастотные методы (методы терморазведки): радиотепловые съемки (РТС); инфракрасные съемки (ИКС); спектрометрические съемки (СПС).

Раздел 8. Физические основы методов исследования скважин. Электрические методы исследования скважин. Методы кажущегося удельного сопротивления. Зонды метода кажущегося сопротивления. Индукционный каротаж. Диэлектрический каротаж. Метод радиоволнового просвечивания.

Магнитные и ядерно-магнитные методы. Радиоактивные методы ГИС. Гамма-каротаж. Гамма-гамма каротаж. Рентгено-радиоактивный каротаж.

Нейтронный каротаж. Скважинные сейсмоакустические методы. Акустические методы исследования скважин. Акустические зонды. Физические основы акустических методов. Акустический каротаж на головных волнах.

Акустический каротаж на отраженных волнах.

Методы ГИС, основанные на использовании буровой техники. Акустический каротаж в процессе бурения. Газовый каротаж.

Использование лазерной техники, оптико-волоконных устройств для геофизических исследований скважин.

Раздел 9. Методики скважинных исследований и интерпретация их результатов. Методики проведения каротажа. Выбор параметров схемы каротажных измерений. Каротаж внутрипластовых скважин. Интерпретация результатов комплексного каротажа скважин. Методика скважинного профилирования. Обработка результатов межскважинного профилирования.

Межскважинное просвечивание. Расчет параметров схем измерений при межскважинном просвечивании. Методика обработки и интерпретации результатов измерений. Особенности измерений в сухих и горизонтальных глубинных скважинах. Аппаратурное обеспечение скважинных исследований. Зонды и вспомогательное оборудование.

Раздел 10. Решение задач горного производства при исследовании массива наземными и подземными методами геофизики. Определение физико-механических свойств горных пород и геофизический прогноз горногеологических условий эксплуатации месторождений. Оценка геологической нарушенности, карстов и пустот. Прогноз нарушенности угольных пластов. Применение принципов томографии для выделения неоднородностей. Исследование сейсмической активности массива горных пород и геодинамический прогноз. Изучение околовыработочного пространства с использованием рефрагированных волн и волноводных зон вокруг горных выработок. Организация процесса мониторинга состояния околовыработочного пространства с использованием каналовых волн и радиоволновых методов. Применение рефрагированных волн и изучение диаграммы направленности излучателя при контроле качества ледогрунтовых ограждений.

Определение внутренних дефектов основания за защитными покрытиями. Контроль качества закрепного пространства при различных видах обделок тоннелей и выработок. Диагностика состояния кровли и прогнозирование вывалов горной массы. Эксплуатационный контроль качества основания на транспорте и гидротехнических сооружений.

Системы непрерывного геофизического контроля проявления горного давления и обрушений в автоматическом режиме. Радиоволновые реперы.

Факторы, обусловливающие беспроводную связь в массиве горных пород.

Принципы аварийной связи на основе геофизических методов. Исследование гидрогеологии массива в условиях глубоких карьеров. Выявление структурных неоднородностей конструкций. Комплексная оценка качества и устойчивости подземных сооружений. Особенности проведения контроля в условиях городского подземного строительства.

Раздел 11. Решение горнотехнических задач при исследованиях массива скважинными методами. Изучение геологических разрезов скважин.

Выявление и промышленная оценка полезных ископаемых. Изучение свойств и состояния горных пород, пересекаемых скважиной. Оценка качества упрочнения пород при специальных способах сооружения горных выработок. Оценка мощности полезных ископаемых, физико-механических свойств вмещающих пород, экспресс-опробование, определение мелкоамплитудных тектонических нарушений на угольных месторождениях. Выделение пластов угля и определение их мощности и строения. Оценка зольности углей. Эксплуатационная разведка (определение физических свойств полезного ископаемого, выявление изменений технологических параметров пласта и вмещающих пород, уточнения параметров нарушений, определение положения почвы и кровли пласта).

Особенности исследования скважин на рудных месторождениях и месторождениях нерудного сырья. Выделение отдельных видов полезного ископаемого. Оценка процентного содержания полезного компонента.

Гидрогеологические и инженерно-геологические задачи.

Региональные исследования и геокартирование.

Изучение разреза сверхглубоких и глубоких скважин. Каротаж при геологическом картировании.

Геофизические исследования и измерения в скважинной технологии.

Определение конфигурации подземных гидронаполненных и воздушных камер.

Использование данных ГИС для подсчета запасов полезных ископаемых.

5. ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

№ № раздела Наименование лабораторных работ п/ дисциплип ны 1. 2 Акустические методы измерения упругих показателей 2. 2 Исследование явлений поглощения и рассеяния упругих 3. 3 Исследование процессов дифракции упругих волн на неоднородностях 5. 4 Изучение волновых процессов при распространении 6. 5 Изучение физических основ каротажного метода на головных волнах 7. 6 Исследование процессов излучения упругих волн в твердых средах 8. 7 Изучение методов отраженных (МОВ) и преломленных 9. 8 Электрический метод исследования скважин 10. 9 Выбор параметров схем измерений при межскважинном 11. 10 Контроль качества закрепного пространства в выработках и тоннелях 12. 11 Оценка качества упрочнения пород при специальных способах сооружения горных выработок методами каротажа и межскважинного прозвучивания № № раздела Наименование практических занятий п/ дисциплип ны 1. 2 Расчет характеристик импульсных акустических и электромагнитных волновых полей при распространении в 2. 3 Расчет дифракционного поля на концевых участках пластов 3. 4 Изучение волновых процессов при прохождении волн 4. 5 Расчет основных параметров акустического каротажа 5. 6 Расчет полей взрывных и вибрационных источников 6. 7 Расчет параметров схем измерений методами МОВ, МПВ, радиоволнового зондирования и просвечивания 7. 8 Зонды для электрического каротажа и радиометрии 8. 9 Интерпретация данных ГИС при исследовании рудных 9. 10 Определение структурных нарушений угольного пласта 10. 11 Примеры применения ГИС на угольных месторождениях

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

а) Основная литература:

1. Бауков Ю.Н., Рубан А.Д. Геофизические методы исследования массива горных пород. Ч.1. Акустические методы. Учебное пособие. М.:

МГГУ, 2007. – 200 с.

2. Бауков Ю.Н., Рубан А.Д. Геофизические методы исследования массива горных пород. Ч.2. Электрометрические методы, методы поляризации и естественных электрически полей. Учебное пособие. М.: МГГУ, 2008. – 116 с.

3. Бауков Ю.Н., Бауков А.Ю. Виброакустический контрль в горном деле и строительстве. Учебное пособие. М.: МГГУ, 2006. –120 с.

4. Бауков Ю.Н., Бауков А.Ю. Геофизические методы исследования массива горных пород. Ч.1. Сейсмоакустические методы. Руководство по лабораторно-практическим занятиям. М.: МГГУ, 2006. – 44 с.

5. Бауков Ю.Н., Бауков А.Ю. Геофизические методы исследования массива горных пород. Ч.2. Геоэлектрические методы. Руководство по лабораторно-практическим занятиям. М.: МГГУ, 2007. – 44 с.

6. Бауков Ю.Н., Бауков А.Ю. Геофизические методы исследования массива горных пород. Ч.3. Ультразвуковые методы. Руководство по лабораторно-практическим занятиям. М.: МГГУ, 2008. – 61 с.

7. Чумичев А.М. Геофизические исследования скважин. Учебное пособие. – М.: Изд-во МГГУ, 1993.

8. Ямщиков В.С., Бауков Ю.Н., Сидоров Е.Е. Горная геофизика.

Виброакустический метод. Учебное пособие. – М.: Изд-во МГИ, 1991, 126 с.

9. Ямщиков В.С., Бауков Ю.Н. Сто задач по геоакустике. Учебное пособие для самостоятельных занятий. – М.: Изд-во МГИ, 1989, 110 с.

10. Ямщиков В.С., Бауков Ю.Н., Данилов В.н. Горная геофизика. Дефектоскопия структурных неоднородностей массива горных пород. – М.:

Изд-во МГИ, 1988, 63 с.

11. Ямщиков В.С. Волновые процессы в массиве горных пород. Учебник для вузов. – М.: Недра, 1984, 279 с.

12. Бауков Ю.Н. Методические указания по выполнению лабораторно-практических работ, самостоятельных занятий и заданий на базе учебного лабораторно-практического комплекса. – М.: Изд-во МГИ, 1994, 128 с.

13. Бауков Ю.Н. Горная геофизика. Геоконтроль неидеальных и неоднородных сред акустическими методами. Учебное пособие. – М.: Изд-во МГГУ, 1996, 151 с.

14. Бауков Ю.Н. Горная геофизика. Упругие волны в слоистонеоднородном массиве. Учебное пособие. – М.: Изд-во МГГУ, 2000, 135 с.

б) Дополнительная литература:

1. Ломтадзе В.В. Программное и информационное обеспечение геофизических исследований. – М.: Недра, 1993.

2. Чумичев А.М. Первичные измерительные преобразователи. – М.:

МГИ, 1991.

3. Тютюнник П.М. Геофизический контроль процессов упрочнения массива горных пород. – М.: Недра, 1994, 251 с.

4. Ватолин Е.С., Черняков А.Б., Рубан А.Д. и др. Методы и средства контроля состояния и свойств горных пород в массиве. – М.: Недра, 1989, 173 с.

5. Ляховицкий Ф.М., Хмелевский В.К., Ященко З.Г. Инженерная геофизика. – М.: Недра, 1989, 252 с.

6. Азаров И.Я., Яковлев Д.В. Сейсмоакустический метод прогноза горно-геологических условий эксплуатации угольных месторождений. – М.:

Недра, 1988.

7. Скважинная и шахтная рудная геофизика. 1 и 2 книги (Справочник геофизика). – М.: Недра, 1989.

8. Дьяконов Д.Н. и др. Общий курс геофизических исследований скважин. – М.: Недра, 1984.

9. Захаров В.Н. Сейсмоакустическое прогнозирование и контроль состояния и свойств массива горных пород при разработке угольных месторождений. – М.: ФГУП НЦЦ ГП – ИГД им. А.А. Скочинского, 2002.

10. Молев М.Д. Геофизическое прогнозирование горно-геологических условий подземной разработки угольных пластов. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. 138 с.

11.Геофизика: учебник для вузов/ Под ред. В.К.Хмелевского.- 2-е изд.- М.: КДУ,2009.- 320 с.

6.2. Интернет-средства обеспечения освоения дисциплины 1. http://prodav.narod.ru/ (Персональный сайт проф. Давыдова А.В. – Уральский государственный горный университет).

2. http://www.msu.ru/jubilee/geopres/gph.htm (сайт кафедры «Геофизических методов исследований земной коры» МГУ).

3. http://geophys.geol.msu.ru/STUDY/facultet/grav.htm (пособия по гравиразведке кафедры «Кафедра геофизических методов исследований земной коры» МГУ) 4. http://lserv.deg.gubkin.ru/mod/resource/view.php?id=1363 (пособия по сейсморазведке кафедры «Разведочной геофизики» РГУ нефти и газа) 1. Геология и геофизика. Ежемесячный научный журнал, издается СО РАН.

2. Электронный научно-информационный журнал Отделения наук о земле РАН «ВЕСТНИК ОТДЕЛЕНИЯ НАУК О ЗЕМЛЕ РАН»

3. Каротажник. Ежемесячное издание Ассоциации исследователей скважин.

6.4. Средства обеспечения освоения дисциплины Обеспечение освоения дисциплины реализуется на базе компьютерного программного комплекса обучения, использования видеофильмов и контроля знаний студентов.

7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

Специализированная лаборатория, учебный компьютерный зал, комплекс электронно-измерительных и геофизических приборов и лабораторных стендов.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования подготовки дипломированных специалистов по направлению 130400 по специальности 130401 "Физические процессы горного или нефтегазового производства".

Программу составили