CC BY
26
УДК 622.81 А.С. Ведерников
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ СЕЙСМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ВЗРЫВНОЙ РУДОПОДГОТОВКИ
Многие месторождения полезных ископаемых по всей стране, в том числе и на Урале, являются градообразующими. Со временем территория города увеличивается, площадь инфраструктуры горнодобывающего предприятия также увеличивается, и на территории России все чаще встает острая проблема оценки оказываемого технологическими и массовыми взрывами сейсмического эффекта на городские здания и сооружения. Это в полной мере относится и к жилым микрорайонам г. Нижний Тагил, расположенным вблизи от шахты «Магнетитовая» ОАО «ВГОК». Жители близлежащих домов неоднократно высказывали опасения о безопасности производимых в шахте рудоподготовительных работ. По просьбе администрации г. Нижний Тагил и ОАО «ВГОК» сотрудники лаборатории горной геофизики ИГД УрО РАН с 1996 года ведут регулярные замеры во время проведения технологических и массовых взрывов на шахтах Высокогорского рудоуправления «Магнетитовая» и «Экс-плутационная», а также на Главном карьере.
Применявшаяся вплоть до 90-х годов прошлого столетия методика регистрации сейсмического эффекта промышленных взрывов основывалась на использовании высокочувствительных сейсмографов типа ВЭГИК,
СПЭД, СПЭН, СМ-3, СМ-3М и т.п., а также регистраторов колебаний на базе высокоскоростных осциллографов с записью на фотобумаге. По той причине, что применение такой техники требовало весьма точной синхронизации запуска осциллографов с моментом взрыва, особенно при большой базе исследований (до нескольких километров) надежность осуществления качественной регистрации сейсмических волн от взрывов не была высокой. С развитием вычислительной техники стало возможным создание портативного аппаратнопрограммного комплекса - геоин-формационной измерительной системы (ГИИС) - позволяющего вести многоканальные измерения с последующей, практически непосредственно после записи, обработкой и интерпретацией данных. В качестве технических средств измерения сейсмического эффекта использовалось специализированное сейсмометрическое оборудование (рис. 3): сейсмоприемники типа СМ-3М и измерители вибрации И001, в качестве сейсмометрической станции служил ноутбук на базе процессора 1п1е1 РепШш III. Ноутбук оборудован на входе внешним модулем «Ь-Са^ Е-330», выполняющим функции АЦП/ЦАП и цифрового ввода/вывода данных. В соответствии с возможностями компьютера было получено техническое сред-
Рис. 1. Фрагмент сейсмограммы от взрыва 30.08.2003 в главном карьере ВГОКа
ство цифровой регистрации быстро-протекающих процессов, во-первых, независимо от времени их появления; во-вторых, независимо от их масштаба, как по амплитуде, так и по длительности. Таким образом, из минимального числа стандартных изделий создана автономная портативная компьютеризованная измерительная система, содержащая до 16 каналов (дифференцированных и электрически независимых) или до 32 каналов (с общей «землей»).
Для управления всей системой при проведении исследований используется программная оболочка Oscilloscope (версии 2003 и 2005), разработанная силами сотрудников лабора-
тории горной геофизики ИГД УрО РАН (рис. 2). Программа позволяет полностью использовать все возможности созданной измерительной системы - задавать частоту регистрации, отключать неиспользуемые каналы и т.д.
Кроме непосредственно регистрации, при помощи «Oscilloscope» осуществляется обработка полученных данных - как оперативная, непосредственно после регистрации сейсмического эффекта, так и более детально в лабораторных условиях. Для этого в программе имеется графический модуль, позволяющий визуализировать данные на любых задействованных каналах (рис. 1). Для более наглядно-
|^| Осциллоскоп 2005 явт
Файл Редактор Спец.ф-ии Ввод Справка
&| | Е-330 1 П54 1 1
Дата создания
Дата окончания
Число каналов
Число кадров
Число отсчётов
Частота опроса
Время ввода _!
Введены каналы
КоэФФ. усиления
Размер файла данных
Завершить работу _1
1 . 1
го отображения сейсмограммы возможны поканальные усиления сигнала, смешения каналов относительно друг друга, изменение цветов сейсмотрасс, определение минимального и максимального значений шкал, быстрое приближение заинтересовавшего участка графика и многие другие операции. Также возможно отображение данных не только в виде амплитуд колебаний, но и смешений и скоростей смешения.
Для фильтрации полученных сигналов есть встроенный модуль БПФ (быстрое преобразование Фурье). С его помошью можно отфильтровать промышленные помехи (например, с частотой 50 Гц), выделить полезный низкочастотный сигнал (обрезав высокочастотную составляющую сигнала) и затем сохранить отфильтрованные данные для дальнейшего использования.
Использование цифровых видов обработки значительно повышает эффективность системы, т.к. при этом выполняются в оперативном режиме современные способы представления и визуализации полученной информации. Например, стало возможным
Рис. 2. Главное меню программы «Осциллоскоп 2005»
получить представления о перемещениях точки регистрации в трехмерном пространстве с выделенным диапазоном частот. Это в значительной мере расширило возможности оценки безопасности с учетом динамики контролируемого процесса.
Для получения полной и достоверной информации о производимом промышленными взрывами сейсмическом эффекте в первую очередь необходимо выполнить правильный выбор на объекте точек регистрации. Так, например, при регистрации на жилом доме, на котором наблюдалась вертикальная трещина, сейсмоприемники устанавливались в четырех точках - две до предполагаемой зоны разлома и две после, в каждом случае одна из точек приходилась на грунт вблизи здания, вторая - непосредственно внутри дома. На каждом из пунктов приема желательно регистрировать все 3 компоненты колебаний, либо при помощи трех отдельных приборов, либо при помощи одного трехкомпонентного.
При регистрации на многоэтажном здании логичным является выбор точек регистрации на каждом из этажей одна над другой. Также, для сравнительного анализа, необходима установка приборов на грунте вблизи обследуемого здания.
Современные сейсморегистрирующие приборы позволяют значительно сократить время на расстановку. Так, если раньше был необходим ряд специальных мер по установке и настройке приборов, то теперь достаточно выставить их горизонтально с помощью встроенного пузырькового уровня.
В случае установки внутри зданий, приборы должны быть установлены
Рис. 3. Схема геоинформациоииой измерительной системы и ее связей с объектом и результатом исследования
на ровную твердую горизонтальную поверхность в соответствии с заданными направлениями осей регистрации. При установке на грунте сейсмоприемники устанавливаются на ровную плотную и однородную по-
верхность. Все приборы и соединительные провода должны размещаться в условиях, исключающих внешнее влияние на процесс регистрации, таких как ветер, дождь, случайные прохожие и т.д. Измерительная аппара-
тура должна быть заземлена, чтобы избежать промышленных помех (например, с частотой 50 Гц).
Разработанная портативная гео-информационная измерительная система может использоваться не только для регистрации сейсмических сигналов. С ее помощью можно выполнять мониторинговые измерения с любыми другими первичными преобразователями, на выходе которых образуется аналоговый или цифровой электрический сигнал.
Разработанный и изготовленный в лаборатории макет описываемой ГИ-ИС, с помощью которого выполнена регистрация практически всех взрывов с 2004 года, оправдывает возложенные надежды и вполне соответст-
вует своему назначению. По результатам многолетних исследований было составлено методическое руководство для оценки сейсмического воздействия взрывов на шахте «Магнетитовая» на объекты социальной и промышленной инфраструктуры г. Нижний Тагил. Допустимые параметры сейсмического эффекта на охраняемых объектах по данным регистрации не превышались ни разу. Причем это условие соблюдалось даже при выполнении экспериментальных взрывов, когда масса мгновенно взрываемого заряда значительно превышала допустимую согласно известной номограммы (Картузов М. И., Паздников Н. В., Фадеев А. Б. и др., 1984).
— Коротко об авторах------------------------------------------------------
Ведерников А.С. - ИГД УрО РАН, лаборатория горной геофизики, г. Екатеринбург.
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КОЛЬЦОВ Павел Викторович Совершенствование методов компьютерного моделирования горнотехнических объектов для маркшейдерского обеспечения открытых горных работ 25.00.16 к.т.н.
