Создание автоматизированной системы непрерывного контроля напряженного состояния массива горных пород и прогноза динамических явлений на Таштагольском и Шерегешевском месторождениях

1. Регистрация и обработка сигналов электромагнитного излучения горных пород/ Курленя М.В., Вострецов А.Г., Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е.. - Новосибирск: Издательство СО РАН, 2000. - 232 с.

2. Борисов В.Д. Обеспечение надежности разработки удароопасных месторождений на основе спектрально - временного анализа естественного электромагнитного излучения// Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых. Материалы 3-й международной научно - практической конференции. -Новосибирск. - 2003, с. 104-108.

3. Борисов В.Д., Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. Спектрально - временные матрицы сигналов электромагнитного излучения при разрушении образцов мрамора//Физические проблемы разрушения горных пород. Сборник трудов Третьей международной научной конференции 9 - 14 сентября 2002 г. - Абаза (Хакасия), с. 95 -98.

4. Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. - М.: Наука. - 313 с.

5. Куксенко В.С., Ляшков А.И., Мирзоев К.Н. и др. Связь между размерами образующихся под нагрузкой трещин и длительностью выделения упругой энергии// ДАН СССР. - 1982.—Т.264, № 4.—с. 846 - 848.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------

Борисов В.Д. - Институт горного дела СО РАН, Красный г. Новосибирск.

- © А.А. Еременко, В.А. Еременко,

В.К. Климко, В.А. Штирц,

В.Н. Филиппов, И. Л. Громова,

В. В. Пивень, 2005

УДК 622.831

A.А. Еременко, В.А. Еременко, В.К. Климко,

B.А. Штирц, В.Н. Филиппов, И.Л. Громова, В.В. Пивень

СОЗДАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД И ПРОГНОЗА ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ НА ТАШТАГОЛЬСКОМИ ШЕРЕГЕШЕВСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

Семинар № 2

✓"Основным назначением системы контроля является обеспечение безопасного ведения горных работ на глубоких горизонтах за счет более достоверного регионального и локального прогноза динамических явлений в шахтных полях [1].

В рамках системы выполняются:

- работы по долгосрочному прогнозу напряженно деформированного состояния и устойчивости массива горных пород с

целью прогнозирования вероятности динамических явлений на различных участках рудной залежи и массива вмещающих пород;

- оперативный контроль на эксплуатируемых участках массива с целью своевременного выявления зон подготовки горных ударов микросейсмическим и сейсмоакустическим методами.

Для обеспечения оперативного контроля состояния массива на руднике соз-

дается двухуровневый микросейсмиче-ский и сейсмоакустический мониторинг удароопасности шахтных полей. На Ше-регешевском месторождении с центром управления обработки и интерпретации сейсмической информации на сейсмостанции "Таштагол", что позволит объединить сейсмические комплексы Ташта-гольского и Шерегешевского месторождений в единую систему сейсмических наблюдений и получить качественно новые возможности по сейсмическому контролю потенциально опасной сейсмической зоны в подземных выработках.

Динамические проявления горного давления, такие как толчки, микроудары и горные удары, являются заключительными этапами процесса подготовки и развития разрушений значительного масштаба в массиве горных пород. В силу неоднородности прочностных и деформационных свойств массива, на стадии подготовки динамических явлений происходит накопление сравнительно не больших дефектов (трещин), образование которых в хрупких

горных породах сопровождается резким изменением напряженно-деформированного состояния пород вокруг трещин. В результате возникают волны напряжений и деформаций, которые, распространяясь в массиве в виде "пакетов" упругих волн, образуют импульсы акустической эмиссии. В звуковом диапазоне частот эти эмиссии представляют собой характерные щелчки и потрескивания, которые могут быть зарегистрированы и идентифицированы с помощью специальной высокочувствительной автоматизированной аппаратуры. Локация источников этих импульсов обеспечивает выявление зон интенсивного трещинообразования и возможного проявления динамических явлений. Это позволит заблаговременно проводить профилактические мероприятия по предупреждению их и в случае необходимости осуществлять эвакуацию персонала и оборудования с опасных участков.

Структурная схема многоканальной аппаратуры АСНК приведена на рисунке.

Подземная телеметрическая сеть наблюдения (от 8 до 11 сейсмических павильонов) должна осуществлять регистрацию микросейсмических и сейсмоакусти-ческих явлений, возникающих в контролируемых участках массивов горных пород шахтных полей Шерегешевского месторождения и обеспечивать непрерывную передачу сейсмической информации по кабельным линиям связи на поверхностный пункт сбора. Поверхностный (низкочастотный) пункт наблюдения обеспечивает регистрацию внешних сейсмических воздействий и телеметрическую передачу сейсмических сигналов на пункт сбора.

Пункт сбора собирает поступающую телесейсмическую информацию, аналогоцифровое преобразования сигналов, распознавание сейсмических явлений на фоне технологических шумов и накопление файлов сейсмических сигналов динамических и сейсмических явлений.

Структурная схема системы микросейсмиче-ского и сейсмоакустического мониторинга массива горных пород Шерегешевского месторождения

Цифровые приемопередатчики, установленные на здании Горно-Шорс-кого филиала и сейсмостанции "Таштагол" и их антенно-фидерные устройства обеспечивают организацию двухстороннего интерфейса связи между аппаратурой, установленной на пункте сбора, и ПЭВМ на сейсмостанции "Таштагол".

На сейсмостанции "Таштагол" с помощью ПЭВМ, сервера сейсмостанции и соответствующего программного обеспечения организовано автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора - интерпретатора, где должна производится автоматизированная обработка зарегистрированных на Шерегешевском месторождении файлов сейсмических событий, с определением координат и энергий произошедших сейсмических явлений, построение карт сейсмических явлений и карт микро-сейсмической и сейсмоакустической активности шахтных полей, другие виды об-

работки и интерпретации сейсмических сигналов (спектральный анализ, построение гистограмм и др.) а также производится управление режимами работы аппаратуры, установленной на пункте сбора Горно-Шорского филиала.

АСНК Г орно-Шорского филиала обеспечивает в рамках единого комплекса аппаратно-программных средств регистрацию широкополосных микросейсмических и сейсмоакустических сигналов, возникающих при динамических явлениях горного давления в массивах горных пород, регистрацию внешних сейсмических воздействий, их селекцию на фоне технологических и электрических помех, а также обеспечивать передачу данных наблюдения по радиоканалу в центр обработки сейсмической информации на сейсмостанцию «Таштагол», где производится автоматизированный расчет характеристик сигналов и параметров сейсмических явлений и автоматизированная обработка информации для оценки и прогнозирования степени удароопасности участков шахтных полей. Управление режимами работы аппаратуры селекции и накопления сейсмических сигналов, установленной на Шерегешевском месторождении, также осуществляется по радиоинтерфейсу из центра обработки сейсмостанции «Таштагол».

В качестве базовых аппаратно-программных средств использованы шестнадцати канальный автоматизированный сейсмокомплекс двухуровневого микро-сейсмического и сейсмоакустического мониторинга удароопасности массивов горных пород шахтных полей «Релос-Р/Ш-16» (двухканальная модификация «Релос-Р/Ш» установлена на сейсмостанции «Таштагол»), дополненный цифровым радиоинтерфейсом и стандартными средствами вычислительной техники.

В сейсмическом комплексе ГорноШорского филиала установлены:

• подземная телеметрическая сеть наблюдения;

Основные технические характеристики Кол-во

1. Количество информационных каналов, шт. 16

2. Диапазон энергий регистрируемых микросейсмических явлений, Дж 102-108

3. Полоса частот сейсмических сигналов, регистрируемых низкочастотной сетью 0,25...100

наблюдения, Гц

4. Диапазон энергий регистрируемых сейсмоакустических сигналов, Дж 100-106

5. Полоса частот сейсмических сигналов, регистрируемых высокочастотной се- 2...500

тью наблюдения, Гц

6. Динамический диапазон регистрируемых сигналов Дб не менее, (с возможно-

стью расширения до 96 дБ) 50

7. Регулировка чувствительности сейсмических телеметрических каналов в пре- 40....82

делах, Дб

8. Период дискретизации сейсмических сигналов, мс 0,5

9. Время записи предыстории сейсмических сигналов, с 0,7

10. Дальность связи по радиоинтерфейсу, км, не менее 20

11. Погрешность определения координат гипоцентров микросейсмических и 10

сейсмоакустических явлений, м

12. Погрешность определения энергий микросейсмических и сейсмоакустиче- 40*

ских явлений, %

• поверхностный сеисмическии павильон наблюдения за внешними сейсмическими воздействиями;

• аппаратура сбора телеметрической информации;

• аппаратура селекции и накопления сейсмических и сейсмоакустических данных наблюдения;

• приемно-передающая цифровая радиостанция.

На сейсмостанции «Таштагол» установлены:

• приемно-передающая цифровая радиостанция;

• ПЭВМ, обепечивающая взаимодействие с радиоинтерфейсом и связь с сервером сейсмостанции.

Учитывая сложный рельеф местности и необходимость обеспечения значительной дальности радиосвязи (20 км), приемопередаточная антенна радиоинтерфейса сейсмического комплекса установлена на специальной мачте. Приемопередающая антенна на сейсмостанции «Таштагол» установлена на имеющейся рядом с сейсмостанцией радиовышке.

Основные технические характеристики представлены в таблице:

• каталог зарегистрированных мик-росейсмических и сейсмоакустических явлений;

• ЭВМ- сейсмограммы по скоростям и смещениям;

• таблицы параметров (время вступления, максимальная амплитуда первой полуволны, длительность сигнала, максимальная амплитуда сигнала и т.д.) зарегистрированных сигналов и явлений;

• спектрограммы и таблицы значений спектральных составляющих;

• карты распределения очагов

сейсмоакустической активности;

• карты степени удароопасности участков шахтных полей.

Для организации подземной сети наблюдения за динамической активностью массива горных пород опасного по горным ударам участка Главного Шереге-шевского месторождения необходимо смонтировать в горных выработках 6 сейсмопавильонов на следующих горизонтах:

• гор. + 395 м в КРТЗ - один однокомпонентный вертикальный;

• гор. +325 м в аварийной кладовой

- два однокомпонентных горизонтальных;

• гор. +255 м в квершлаге 2 и ЗПШ

- по одному однокомпонентному горизонтальному;

• гор. +185 м в обгонном штреке и РШ-10 - два горизонтальных и один вертикальный.

Помещение для установки АСН и обрабатывающего ПК оборудуется в здании старого АБК шахты.

Для монтажа подземной телеметрической сети наблюдения кабельные линии монтируются от АБК через ствол Главный до горизонтов +395 м, +325 м, +255 м и +185 м. Далее до местоположения сейсмических павильонов, все эти работы выполняются силами Горно-Шорского филиала. Линии монтируются из кабелей ТРШПВЭ 20x2^0,8 в количестве 2300 м, 10x2x0,8 в количестве 2000 м и 5х2х0,8 в количестве 1800 м. Обслуживание подземных кабельных сетей и сейсмических павильонов должно производится бригадой электрослесарей 5 или 4 разряда в количестве 2 человек.

Обработка всей получаемой сейсмической информации, поступающей с Шере-гешевского месторождения производится круглосуточно операторами сейсмического прогноза в количестве 4 человек, работающими по 12-ти часовому графику, и инженером - интерпретатором на отдельном ПК со специализированным программным обеспечением (ПО).

Специальное ПО сейсмического комплекса должно обеспечивать автоматическое функционирование технических средств, установленных на пункте сбора данных сейсмических наблюдений ГорноШорского филиала, в соответствии с заданными режимами распознавания и накопления сейсмической информации.

Специальное ПО радиоинтерфейса должно обеспечивать автоматическую двухстороннюю связь аппаратуры селекции и накопления сейсмической информации, установленной на пункте сбора Горно-Шорского филиала и ПЭВМ на сейс-

мостанции «Таштагол» по запросу оператора.

В комплект системы входит:

• техническое обеспечение в виде комплекса технических средств, смонтированных и соединенных в соответствии с рабочими чертежами;

• эксплуатационная документация на технические средства;

• программное обеспечение в виде программ на машинных носителях информации и эксплуатационная программная документация;

• эксплуатационная документация, содержащая все сведения, необходимые для освоения и эксплуатации.

Режим работы системы - непрерывный круглосуточный с остановкой для ремонтных и профилактических работ.

Система должна быть открытой, т.е. содержать в себе эффективные средства расширения возможностей, как на аппаратурном, так и на программном уровнях.

Комплекс технических средств системы должен быть достаточным для реализации всех перечисленных выше функций.

Структура и характеристика технических средств должны обеспечивать возможность модернизации и развития системы.

Математическое обеспечение включает совокупность программ, описаний и инструкций, обеспечивающих функционирование системы в соответствия с целевым назначением. Должна быть обеспечена алгоритмическая и программная совместимость всех элементов, входящих в состав математического обеспечения.

Программное обеспечение реализует мультипрограммный режим работ с приоритетной системой прерываний по внешним запросам от входных сигналов, обработку информации в реальном времени, возможность решения в фоновом режиме специальных задач по анализу информации накопленной в запоминающих устройствах.

В состав программного обеспечения входит: общее программное обеспечение; специальное программное обеспечение.

Общее программное обеспечение включает: обслуживающие (служебные) и стандартные программы; операционные системы.

Специальное программное обеспечение, включающее программы, необходимые для реализации всех функций системы, должно обеспечивать:

а) определение параметров сигналов по каждому из каналов (временной сдвиг начала сигнала относительно других каналов, амплитуды длительности колебаний и т.д.);

б) расчет координат источников и оценку энергии сейсмических волн в источнике;

в) создание базы данных: о зарегистрированных микросейсмических событиях, статистические расчеты:

г) вывод на внешние устройства как исходной информации, так и результатов расчетов.

Информационное обеспечение должно быть достаточным для выполнения всех функций системы. Выходные документы и формы предоставления информации не

должны вызывать трудности при их декодировании. Информационное обеспечение должно предусматривать возможность расширения информационных массивов с учетом перспектив развития систем. Помехозащищенность и другие характеристики информационного обеспечения

должны обеспечивать требуемую надежность выполнения функций системы. Предусмотрена возможность внесения изменений и исправлений в ранее переданную информацию.

Экономическая эффективность системы обеспечивается за счет: увеличения достоверности и оперативности прогноза удароопасности, снижение затрат на ликвидацию последствий горных ударов и уменьшение длительности неоправданных простоев, связанных с неверной оценкой состояния массива; повышения эффективности и уменьшения трудоемкости работ по локальному прогнозу и установлению категории удароопасности; снижение подготовительно-восстановительных работ; социальный эффект достигается за счет снижения производственного травматизма, связанного со спрогнозированными динамическими явлениями.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курленя М.В., Еременко А. А., Никитин В.Н. Технологические основы безопасной отработки месторождений в сейсмоактивном районе Горной Шории // Горн. вестник. — 1995. — № 4.

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------

Еременко А.А. - доктор технических наук, заведующий лабораторией ИГД СО РАН,

Еременко В.А. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИГД СО РАН,

Климко В.К. - заместитель главного инженера Таштагольского филиала ОАО «Евразруда», Штирц В.А. - заместитель начальника участка ППГУ Таштагольского филиала ОАО «Евразруда»,

Филиппов В.Н. - главный инженер Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда»,

ГромоваИ.Л. - начальник участка ППГУ Таштагольского филиала ОАО «Евразруда»,

ПивеньВ.В. - директор ЗАО НТЦ «Автоматика».

------------------------------------ ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им. Г. В. ПЛЕХАНОВА

ГРИДИНА Елена Борисовна Обоснование параметров складов отходов железорудных карьеров при формировании техногенных месторождений 25.00.21 к.т.н.