Сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива
Приведено опис встановленої на шахті ім. О.Ф. Засядька багатоканальної сейсмоакустичної системи для контролю напружено-деформованого стану вуглепородного масиву. Description of the multichannel seismic-acoustic system set on a mine A.F. Zasjadko for the control of the coal-rock array tense and defor...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32986 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев, А.Н. Каргаполов, Е.Л. Звягильский, Б.В. Бокий, Е.В. Шкурат // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 82. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860132419298918400 |
|---|---|
| author | Булат, А.Ф. Макеев, С.Ю. Каргаполов, А.Н. Звягильский, Е.Л. Бокий, Б.В. Шкурат, Е.В. |
| author_facet | Булат, А.Ф. Макеев, С.Ю. Каргаполов, А.Н. Звягильский, Е.Л. Бокий, Б.В. Шкурат, Е.В. |
| citation_txt | Сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев, А.Н. Каргаполов, Е.Л. Звягильский, Б.В. Бокий, Е.В. Шкурат // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 82. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Приведено опис встановленої на шахті ім. О.Ф. Засядька багатоканальної сейсмоакустичної системи для контролю напружено-деформованого стану вуглепородного масиву.
Description of the multichannel seismic-acoustic system set on a mine A.F. Zasjadko for the control of the coal-rock array tense and deformed state is resulted.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:45:02Z |
| format | Article |
| fulltext |
"Геотехническая механика"
УДК 622.831:539.3:53.082.4
А.Ф. Булат, академик НАН Украины,
С.Ю. Макеев, к.т.н., А.Н. Каргаполов, вед. инж.
(ИГТМ НАН Украины)
Е.Л. Звягильский, д.т.н., проф.,
Б.В. Бокий, д.т.н.,
Е.В. Шкурат (АП «Шахта им. А.Ф. Засядько»)
СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕННО-
ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА
Приведено опис встановленої на шахті ім. О.Ф. Засядька багатоканальної сейсмоакус-
тичної системи для контролю напружено-деформованого стану вуглепородного масиву.
THE SEISMIC ACOUSTIC SYSTEM FOR CONTROL
OF ROCK ARRAY TENSE DEFORMED STATE
Description of the multichannel seismic-acoustic system set on a mine A.F. Zasjadko for the
control of the coal-rock array tense and deformed state is resulted.
Интенсивный рост объемов добычи полезных ископаемых ведет к увели-
чению глубины их разработки и усложнению геомеханических условий гор-
ных работ. Следствием этого является возникновение таких опасных ситуа-
ций, при которых существующие методы контроля динамики изменений
прочностных характеристик в горном массиве не отражают в полной мере ис-
тинной картины происходящих в нем процессов, как в среде, расчлененной на
отдельные структурные элементы, различающиеся по трещиноватости, сте-
пени и характеру анизотропности и неоднородности. Последнее особенно
важно учитывать для обеспечения достаточного уровня безопасности прове-
дения работ в таких условиях.
Поэтому особую актуальность приобретает разработка и развитие совре-
менных способов непрерывного контроля и оценки напряженно-
деформирован-ного состояния массива для обеспечения эффективности про-
ведения очистных и подготовительных выработок.
Среди многообразия различных геофизических методов контроля, как наибо-
лее технологичных, широко применяемых для оценки состояния углепородного
массива, особое место занимает сейсмоакустический. Его достоинства – простота
измерений и установки геофонов, возможность надежно и в кратчайшие сроки
получать непрерывную интегральную информацию о процессах, происходящих
непосредственно в самом массиве при ведении добычных и подготовительных
работ, возможность локации источников явлений. Метод используют как в
угольных, так и рудных шахтах для контроля динамики трещинообразования, на-
пряженного состояния, смещения почвы и кровли выработок, прогноза динами-
ческих проявлений горного давления и т.п.
За последние годы появились новые приборы регистрации сигналов аку-
стической эмиссии (АЭ), такие как сейсмоакустический комплекс «Гроза-16»,
выпускаемый в Красноярске НПО «Сибцветметавтоматика», «Прогноз», вы-
Выпуск № 82
пускаемый силами ВНИМИ и ИФ, и МГП АН Киргизии, система АСКГД
«Прогноз-ADS», разработанная в Институте горного дела Дальневосточного
отделения РАН [1, 2]. Их основные характеристики этих и других приборов
приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Характеристики основных российских систем сейсмоакустического контроля
горного давления
Наименование сейс-
моакустической сис-
темы
Частотный
диапазон,
кГц
Число
каналов,
единиц
Дистанция аку-
стического кон-
троля, м
Диапазон изме-
рения энергии
источника, Дж
«Гроза 16» 0,2-20 16 нет данных не определяется
«Очаг» 0,3-5 8 300 1-10
3
ИВК «Регион» 0,25-8,5 32 1000 10
2
-10
7
«Релос - Л» 0,005-1 16 нет данных 0,1-10
4
«Прогноз-6» 0,2-12 6 100 0,1-10
3
«Прогноз-5»,
«Прогноз-5АМ»
0,8-12 5 100 0,1-10
2
АПК GITS–S 0,001-1 До 48 нет данных 10
2
-10
7
АСКГД «Прогноз-
ADS»
0,3-16 8-32 200 0,1-10
4
Научные исследования по применению этого метода в горном деле разви-
ваются во многих странах, в частности на территории нынешнего СНГ, США,
Китая, Англии, Польши, Чехии [3-10]. Современная геофизическая аппарату-
ра характеризуется широким использованием компьютеризированных уст-
ройств и новейших мощных ЭВМ для цифровой регистрации и обработки
больших массивов информации, применением термобаростойких материалов
и изделий, позволяющих проводить измерения на больших глубинах, а также
в экстремальных климатических условиях. Все это позволят по новому по-
дойти к самому процессу получения и обработки геофизической информации.
Локация импульса АЭ в массиве горных пород после акустического каро-
тажа конкретной зоны контроля позволяет фиксировать в системе момент на-
чала акустического события, что может существенно облегчить установление
связи микроразрушений с естественной и техногенной сейсмичностью при
региональном анализе происходящих процессов.
Основными направлениями дальнейшего развития инженерной сейсмоа-
кустики является разработка методов определения сдвиговых характеристик
массива, усовершенствование методики определения коэффициента отпора,
получение количественных данных о трещиноватости, неоднородности и ани-
зотропности пород в массиве, выявление местоположения возможных крити-
ческих состояний массива. На базе этих исследований продолжают разраба-
тываться способы, позволяющие прогнозировать изменение свойств и физи-
ко-механических характеристик массива, а также вопросы использования ди-
намических характеристик волн. Особенно остро сейчас стоит задача введе-
ния элементов обратной связи в систему сейсмоакустического контроля напря-
женно-деформированного состояния углепородной среды, позволяющих опера-
"Геотехническая механика"
тивно останавливать работы при возникновении угрожающей ситуации [11].
В свете решения перечисленных задач шахтой им. А.Ф. Засядько впервые
на Украине приобретена и запущена в работу система визуализации и обра-
ботки информации о сейсмических явлениях в угольных шахтах с цифровой
передачей сейсмометрических сигналов ARAMIS M/E и сейсмоакустической
оценки опасности по горным ударам ARES-5/E.
Технические данные систем ARAMIS M/E и ARES-5/E приведены в табл. 2.
Таблица 2 – Характеристики систем контроля состояния горного массива ARAMIS M/E
и ARES-5/E
Наименование
системы
Полоса реги-
стрируемых
частот, Гц
Число
каналов,
единиц
Частота дискре-
дитации сигнала,
Гц
Минимальная
энергия локали-
зуемого явления,
Дж
ARAMIS M/E 0-150 16 500 100
ARES-5/E 28-1500 64 10 000 –
Сейсмическая система ARAMIS M/E включает в себя:
- поверхностную станцию SP/DTSS,
- передатчик NSGA,
- передающую станцию SN/DTSS,
- сейсмометр SPI-70,
- геофонные датчики GVd, GVu и GHa.
Поверхностная станция SP/DTSS входит в состав системы DTSS цифровой
передачи сейсмических сигналов и используется как в системах оценки опас-
ности по горным ударам, так и в системах контролирования изменений на-
пряжений методами геотомографии. Она обеспечивает возможность цифро-
вой передачи аналоговых сигналов, поступающих от датчиков-геофонов либо
сейсмометров, установленных в подземных выработках шахты, к станции мо-
ниторинга горных ударов. Система передачи DTSS характеризуется большой
помехоустойчивостью и высокой динамикой передачи сигнала.
Передатчик NSGA служит для сбора информации с датчиков-геофонов
или сейсмометров, преобразования ее в цифровую форму и передачи на по-
верхностную станцию SP/DTSS.
Передающая станция SN/DTSS собирает информацию из сейсмометра
SPI-70, преобразует ее в цифровую форму и передает на поверхностную
станцию SP/DTSS.
Сейсмометр SPI-70 является прибором, измеряющим скорость колебаний.
Датчики-геофоны GVu, GVd и GHa работают непосредственно с передат-
чиком NSGA. Их задачей является преобразование скорости колебаний среды
(пласт, кровля) на пропорциональное им напряжение.
Программа визуализации и обработки информации о сейсмических явле-
ниях установлена в компьютере, который посредством местной сети взаимо-
действует со специальным промышленным регистрирующим компьютером.
Пакет программ ARAMIS-WIN М/Е реализует следующие функции:
Выпуск № 82
• получение записей в реальном времени, без обработки либо с немедлен-
ной их предварительной обработкой (определением характерных фаз сигна-
лов, локацией очага и расчетом энергии) и отображение сейсмограмм;
• архивация полученных записей в упорядоченных папках;
• предоставление доступа к архивированным записям;
• удобное представление сейсмограмм архивированных записей:
- плавное амплитудное увеличение;
- различные способы масштабирования и описания оси амплитуд;
- быстрый выбор окна времени (растяжение и сжатие оси времени, плав-
ное и ступенчатое перемещение вдоль ее, отображение окружения первого
входа, отмеченного участка оси времени);
• повторная, удостоверяющая обработка в операторском режиме (коррек-
тировка расстановки маркеров для характерных фаз записи, локализация и
расчет энергии, частотный анализ и фильтрация сигнала, отображение ре-
зультата локации на схематической карте шахты);
• удостоверение координаты Z локализованного очага явления путем при-
соединения коррелированных по времени, выбранных с аппаратуры записей;
• составление документации явления (описание и сейсмограмма явления,
схематическая карта с нанесенным результатом локации);
• ввод и модификация параметров подземных сейсмометров;
• установка параметров для детекции явлений;
• установка всех программных опций, в том числе для обработки;
• передача данных о сейсмическом явлении в глобальную базу и получе-
ние глобальных данных (названий участков, выработок и т.п.);
• архивация записей с исключением их с местной базы, предоставление
так архивированных записей.
Система ARES-5/E представляет собой комплект устройств, предназна-
ченный для оценки опасности по горным ударам на шахтах. Задачей системы
является преобразование с помощью измерительных зондов скорости меха-
нических колебаний горного массива в электрический сигнал, затем, после
усиления и фильтрации, передача этих сигналов на поверхность в шахтную
геофизическую станцию посредством кабельной сети связи и приемных схем
поверхностной станции. В поверхностной части системы происходит цифро-
вая обработка сигналов и их компьютерная интерпретация.
Система ARES-5/E состоит из станционной части, расположенной в шахт-
ной геофизической станции и объектовой части, расположенной в подземных
выработках шахты, на расстоянии до пятнадцати километров.
Поверхностная часть системы включает в себя:
– поверхностную станцию в кассете, содержащей приемные схемы связи и
схемы цифровой регистрации для восьми каналов;
– световодную сепарирующую линию;
– станционный компьютер, являющийся устройством для обработки дан-
ных и терминалом для поверхностной станции.
Задачей поверхностной станции является прием, отсылаемых передатчи-
"Геотехническая механика"
ками сейсмоакустических сигналов, индуцированных в электродинамических
датчиках. Эти сигналы в обрабатывающей части станции подвергаются поро-
говому детектированию, конвертированию в цифровую форму, записываются
в буферную память, а затем передаются в компьютер.
Объектовой частью системы ARES-5/E являются устройства, устанавли-
ваемые в подземных выработках шахты. Для одной поверхностной станции
это 8 измерительных зондов SP-5.28/E с электродинамическим датчиком GS-
14-L9 и 8 передатчиков N/TSA-5.28/E.
Применение программного обеспечения OCENA-WIN для аппаратуры
ARES позволяет выполнять обработку, визуализацию и документирование
сейсмоакустических наблюдений.
Возможности программы OCENA-WIN:
• отбор минутных данных, суммирование за час и за смену;
• расчет среднего значения за смену, час, минуту и графическое представ-
ление результатов;
• расчет процентного отклонения от среднего;
• представление на графиках данных за минуту, час и смену (возможно
одновременный просмотр сигнала с геофонов разных блоков);
• печатание графиков наблюдений за указанный период с отмеченными
всплесками;
• любое конфигурирование вида экрана с возможностью записи информа-
ции;
• широкие возможности конфигурирования геофонов, в частности, при-
писка геофона к данной выработке, составление линии передачи данных из
доступных элементов;
• составление оценки степени опасности за смену и за час;
• печатание рапортов за смену и каждый час;
• составление рапорта о расстоянии геофона от забоя и параметрах усиле-
ния;
• возможность модификации часовой записи;
• представление весомых отклонений от среднего за час, за смену и на-
блюдение в режиме реального времени;
• функция контроля и предупреждения о превышенных отклонениях за час
и за смену, в режиме реального времени;
• архивация данных, возможность печати рапорта за несколько месяцев.
Установленная аппаратура проходит апробацию и адаптацию к подзем-
ным условиям шахты им. А.Ф. Засядько, выполняется тестирование и на-
стройка работы всех ее систем, обеспечивающих безопасность ведения гор-
ных работ, обучение специалистов. Производится уточнение исходных дан-
ных, заложенных в программы обработки сейсмоакустической информации.
Учеными Института геотехнической механики НАН Украины, ДонНИИ,
ООО «Звукоулавливающая аппаратура», специалистами шахты отрабатыва-
ются методики проведения работ.
Возможности и точность регистрации установленной на шахте системы
Выпуск № 82
могут быть расширены за счет разнесения датчиков в вертикальной плоско-
сти, увеличения числа каналов, уточнения констант, заложенных в программу
обработки полученных сейсмограмм. Это позволит расширить зоны геоаку-
стического контроля в условиях обширных шахтных полей, накапливать пол-
ные архивы по источникам АЭ, даст возможность проводить полный ретро-
спективный анализ проявления сейсмоакустической активности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Искра А.Ю. Совершенствование систем геоакустического контроля при ведении подземных горных
работ / А.Ю. Искра, Г.А. Калинов, И.Ю. Рассказов, Ю.И. Болтин. // Горный журнал. – 2006. – № 6. – С. 72-77.
2. Рассказов И.Ю. Особенности сейсмоакустического контроля геомеханического состояния массива
горных пород в геодинамически активных районах / И.Ю. Рассказов, Г.А. Курсакин // Известия вузов. Гор-
ный журнал. – 2006. – № 6. – С. 22-28.
3. Деглин Б.М. Звукоулавливающая аппаратура нового поколения ЗУА-98-06 / Б.Б. Деглин, А.А. Мелко-
нян // Горн. инф.-анал. бюл. – 2008. – № 10. – С. 260-262.
4. Коптиков В.П. Новые направления прогнозирования и борьбы с газодинамическими явлениями / В.П.
Коптиков, А.А. Рубинский, Г.И. Колчин, Т.Я. Мхатвари // Уголь Украины. – 2007. – №11. – С.28-31.
5. Рассказов И.Ю. Результаты геоакустического контроля удароопасности на рудниках Дальнего Восто-
ка / И.Ю. Рассказов, П.А. Аникин, Д.С. Мигунов, А.Ю Искра // Горн. инф.-анал. бюл. – 2008. – № 11. – С.
104-111.
6. Zheqiang S. Properties of dynamic rupture and energy partition in a solid with a frictional interface / S. Zhe-
qiang, B.Z.Yehuda. A.Needleman // J.Mech.Phys.Solids. - 2008. - № 56. - P. 5-24.
7. Chen T. Prediction of coal seam methane enriched areas using seismic data / Chen Tong-jun, Cui Ruo-fei,
Liu En-ru, Lang Yu-quan // J. China Univ. Mining and Technol. Engl. Ed. – 2006. – 16. – № 4. – Р. 421-424.
8. Wang H. Acoustic emission/microseismic source location analysis for a limestone mine exhibiting high hori-
zontal stresses / H. Wang, M. Ge // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. – Vol. 45, Issue 5,
July 2008, – P. 720-728.
9. Mendecki A.J. Seismic monitoring in mines. – London: Chapman and Hall, 1997. – 193 p.
10. Wasko Andrzej. Zastosowanie aparatury sejsmoakustycznej CYRIS do prowadzenia stacjonarnych
obserwacji sejsmoakustycznych // Prz. gor. – 2006. – 62. – № 9. – С. 18-21.
11. Булат А.Ф. Связь сейсмоакустической эмиссии с особенностями трещинообразования в горном мас-
сиве / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев, С.Ю. Андреев и др. // Деформирование и разрушение материалов с дефекта-
ми и динамические явления в горных породах и выработках: Матер. ХVІІІ Межд. науч. школы. – Симферо-
поль: Таврич. нац. ун-т. – 2008. – С. 45-47.
Рекомендовано до публікації д.геол.н. В.А. Барановим 11.08.09
http://www.sciencedirect.com/science/journal/13651609
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=PublicationURL&_tockey=%23TOC%235769%232008%23999549994%23684594%23FLA%23&_cdi=5769&_pubType=J&_auth=y&_acct=C000070090&_version=1&_urlVersion=0&_userid=6523254&md5=1bb9aad35499814320fed186006cf17b
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-32986 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:45:02Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Булат, А.Ф. Макеев, С.Ю. Каргаполов, А.Н. Звягильский, Е.Л. Бокий, Б.В. Шкурат, Е.В. 2012-05-26T15:11:20Z 2012-05-26T15:11:20Z 2009 Сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев, А.Н. Каргаполов, Е.Л. Звягильский, Б.В. Бокий, Е.В. Шкурат // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 82. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32986 622.831:539.3:53.082.4 Приведено опис встановленої на шахті ім. О.Ф. Засядька багатоканальної сейсмоакустичної системи для контролю напружено-деформованого стану вуглепородного масиву. Description of the multichannel seismic-acoustic system set on a mine A.F. Zasjadko for the control of the coal-rock array tense and deformed state is resulted. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива The seismic acoustic system for control of rock array tense deformed state Article published earlier |
| spellingShingle | Сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива Булат, А.Ф. Макеев, С.Ю. Каргаполов, А.Н. Звягильский, Е.Л. Бокий, Б.В. Шкурат, Е.В. |
| title | Сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива |
| title_alt | The seismic acoustic system for control of rock array tense deformed state |
| title_full | Сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива |
| title_fullStr | Сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива |
| title_full_unstemmed | Сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива |
| title_short | Сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива |
| title_sort | сейсмоакустическая система контроля напряженно-деформированного состояния массива |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32986 |
| work_keys_str_mv | AT bulataf seismoakustičeskaâsistemakontrolânaprâžennodeformirovannogosostoâniâmassiva AT makeevsû seismoakustičeskaâsistemakontrolânaprâžennodeformirovannogosostoâniâmassiva AT kargapolovan seismoakustičeskaâsistemakontrolânaprâžennodeformirovannogosostoâniâmassiva AT zvâgilʹskiiel seismoakustičeskaâsistemakontrolânaprâžennodeformirovannogosostoâniâmassiva AT bokiibv seismoakustičeskaâsistemakontrolânaprâžennodeformirovannogosostoâniâmassiva AT škuratev seismoakustičeskaâsistemakontrolânaprâžennodeformirovannogosostoâniâmassiva AT bulataf theseismicacousticsystemforcontrolofrockarraytensedeformedstate AT makeevsû theseismicacousticsystemforcontrolofrockarraytensedeformedstate AT kargapolovan theseismicacousticsystemforcontrolofrockarraytensedeformedstate AT zvâgilʹskiiel theseismicacousticsystemforcontrolofrockarraytensedeformedstate AT bokiibv theseismicacousticsystemforcontrolofrockarraytensedeformedstate AT škuratev theseismicacousticsystemforcontrolofrockarraytensedeformedstate |