Разработка многоуровневой системы сейсмологического мониторинга на территории Верхнекамского месторождения калийных солей

Бутырин, Павел Генрихович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка многоуровневой системы сейсмологического мониторинга на территории Верхнекамского месторождения калийных солей
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Разработка многоуровневой системы сейсмологического мониторинга на территории Верхнекамского месторождения калийных солей"

На правах рукописи

БУТЫРИН Павел Генрихович

РАЗРАБОТКА МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ СЕЙСМОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НА ТЕРРИТОРИИ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНЫХ

СОЛЕЙ

Специальность 25.00.16 Горнопромышленная и пефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

е ш Ш

Пермь-2012

005056345

Работа выполнена в лаборатории природной и техногенной сейсмичности Федерального бюджетного учреждения науки Горный институт Уральского отделения Российской академии наук (ГИ УрО РАН)

Научный руководитель: Маловнчко Алексей Александрович

член-корреспондент РАН, директор Геофизической службы РАН (г. Обнинск)

Официальные оппоненты: Собисевич Леонид Евгеньевич

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Института физики Земли РАН (г. Москва)

Бабкин Андрей Иванович

кандидат технических наук,

заведующий сектором экспериментальной сейс-

моакустики ГИ УрО РАН (г. Пермь)

Ведущая организация: ФГБУН Горный институт Кольского научного

центра РАН (г. Апатиты)

Защита диссертации состоится 14 декабря 2012 г. в 15-30 часов на заседании диссертационного совета Д 004.026.01 при ФГБУН Горный институт Уральского отделения РАН по адресу: 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а. Тел./факс +7 (342) 216-75-05. E-mail: bba@mi-perm.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГИ УрО РАН Автореферат разослан «j^J» ноября 2012 г.

Ученый секретарь )

диссертационного совета __ Бачурин Б.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена разработке и внедрению многоуровневой системы сейсмологического мониторинга на территории Верхнекамского месторождения калийных солей (ВКМКС).

Актуальность работы

За последние 20 лет на территории Верхнекамского месторождения калийных солей происходили многочисленные негативные геодинамические явления как результат увеличивающейся техногенной нагрузки на недра. Наиболее крупное событие - Соликамское землетрясение 1995 г. с магшггудой тЬ = 4.7 -сопровождалось массовым обрушением горных выработок в руднике СКРУ-2 на площади 500x600 м и оседаниям земной поверхности на 4.5 м. С другой стороны, образование трещин в несущих целиках или развитие карстовых полостей может вызывать генерацию крайне слабых сейсмических событий, минимальная магнитуда которых достигает -2. Все эти явления подтверждают необходимость создания такой системы геодинамического контроля, которая могла бы вести регистрацию сейсмических событий в максимально широком динамическом диапазоне.

Информативность сейсмологического мониторинга, в первую очередь, определяется техническими возможностями инструментальных средств. С одной стороны, развитие технологий сбора и передачи данных расширяет функциональность регистрирующего оборудования и позволяет интегрировать его элементы в сложные стационарные системы сбора сейсмологической информации. С другой стороны, расширение спектра задач и объектов мониторинга требует внедрения надежных мобильных средств измерений.

Организация сейсмолопгческих наблюдений в условиях калийных рудников связана с преодолением таких трудностей, как значительная удаленность сейсмопавильонов от центра сбора данных, высокий уровень техногенных помех, агрессивная окружающая среда.

Исходя из вышесказанного, разработка многоуровневой системы сейсмологического мониторинга является актуальной задачей, решение которой позволяет повысить безопасность разработки месторождения полезных ископаемых.

Цель работы

Инструментальное обеспечение разномасштабного мониторинга сейсмических явлений на всей территории ВКМКС.

Идея работы

Использование многоуровневого подхода при внедрении технических средств, обработке и интерпретации сейсмологических данных.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Систематизировались основные технические требования к системе мониторинга.

2. Структурировалось все используемое оборудование и программные решения с целью выполнения технических требований таким образом, чтобы получилась многоуровневая, иерархически связанная система сбора сейсмологических данных.

3. Разрабатывалась специальная аппаратура для передачи сейсмических сигналов в пределах шахтных полей рудников ВКМКС.

4. Выполнялось проектирование специализированного мобильного комплекса, предназначенного для оперативных детальных исследований.

5. Обеспечивалось управление всеми элементами многоуровневой системы мониторинга с целью контроля качества работы и ведения сейсмологических наблюдений в режиме, близком к реальному времени.

6. Проводился анализ связей между деформационными аномалиями, измеряемыми в руднике, и техногенной сейсмичностью.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Иерархически построенная система сбора данных образует многоуровневую систему мониторинга, которая позволяет уверенно регистрировать весь спектр разномасштабных сейсмических событий (-2 < М < +5) на территории Верхнекамского региона.

3. Мобильный исследовательский сейсмологический комплекс позволяет производить оперативные высокоразрешающие исследования опасных участков на различных масштабных уровнях в шахтных и наземных условиях, а также осуществлять экспресс-оценку микросейсмической обстановки при проектировании и оптимизации систем сейсмологического мониторинга.

Научная новизна

1. Использование автоматической балансировки обратной связи входных дифференциальных усилителей в системе телеметрической передачи сигналов и мобильном исследовательском комплексе позволяет постоянно поддерживать коэффициент ослабления входной синфазной помехи на уровне 120 дБ, обеспечивая необходимый динамический диапазон регистрируемых сейсмических сигналов.

2. Взаимодействие узлов телеметрической передачи сигналов основано на высокочувствительной схеме автоматического регулирования уровня, что гарантирует эксплуатацию оборудования без дополнительной настройки для передачи сигналов с сейсмодатчиков на расстояния до 15 км без потери качества.

3. Создана система связи элементов многоуровневого мониторинга, обеспечивающая защищенный удаленный доступ ко всем узлам разветвленной гетерогенной сети сбора данных из единого центра, позволяющая управлять основными параметрами регистрации и получать информацию в режиме, близком к реальному времени.

Практическая реализация

Программные средства позволяют оперативно реагировать на изменения в задачах мониторинга в пределах всего Верхнекамского региона.

Разработанная аппаратура активно используется при ведении сейсмологического мониторинга на всех рудниках ВКМКС. Мобильный комплекс неоднократно использовался как при проведении временных измерений в шахтах рудников ВКМКС, так и сопровождал проведение мониторинга аварийной ситуации на руднике БКПРУ-1. Системы детального сейсмологического мониторинга активно используются для контроля аварийной ситуации на руднике БКПРУ-1 и при комплексном мониторинге устойчивости бортов карьера рудника «Железный» Ковдорского горно-обогатительного комбината.

Обоснованность научных положении и выводов

Результаты интерпретации более чем 6000 сейсмических событий, произошедших на территории ВКМКС за 17 лет, а также сильных природных и техногенных землетрясении Западного Урала подтверждают соответствие развернутой на ВКМКС многоуровневой системы мониторинга предъявленным техническим условиям. Использование современного цифрового оборудования совместно с телеметрической системой показало достаточный динамический диапазон и более высокий уровень надежности работы телеметрической системы на длинных линиях в условиях рудника. Совремештя элементная база, оперативность и возможность визуально-инструментального контроля сейсмических записей обеспечивают мобильному комплексу ИСК высокие эксплуатационные характеристики (частотный и динамический диапазон, наработка на отказ).

Личный вклад автора

Автор непосредственно участвовал во всех этапах развертывания многоуровневой системы сейсмолотческого мониторинга ВКМКС: разработке телеметрической системы ТМЗ и комплекса ИСК; установке и настройке всех сейс-модатчиков, регистраторов и систем передачи данных, серверов и рабочих станций сбора и обработки данных; разработке единой системы сбора данных и управления; первичной обработке сейсмологических данных; проектировании, установке, настройке лазерного деформографа; обработке и интерпретации непрерывных записей лазерного деформографа с 2005 по 2011 гг.

Апробания работы

Основные результаты работы в разное время докладывались на научных сессиях Горного института УрО РАН (Пермь, 1999 - 2012 гг.) «Стратегия и задачи освоения георесурсов», на 5-й, 6-й и 7-й Международных сейсмологических школах, проводимых Геофизической службой РАН (Владикавказ, 2010 г., Апатиты, 2011 г., п.Нарочь, 2012 г.), на международной конференции «Мелыш-ковские чтения» (Москва, 1999 г.), на VI Уральской молодежной школе по геофизике (Пермь, 2006 г.), на Всероссийском совещании «Мониторинг геологической среды на объектах горнодобывающей промышленности» (Березники, 1999 г.), Всероссийской конференции «Современная сейсмология: достижения и проблемы» (Москва, 1998 г.), 2-й Всероссийской конференции «Геофизика и математика» (Пермь, 2001 г.), международной научно-практической конференции «Кунгурская Ледяная пещера. 300 лет научной и туристической деятельности» (Кунгур, 2003 г.), конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Александра Кирилловича Маловичко «Вопросы обработки и интерпретации геофизических наблюдений» (Пермь, 2011 г.), на XXIX (Потсдам, 2004 г.) и XXXII (Монпелье, 2010 г.) Генеральных ассамблеях Европейского сейсмологического сообщества.

Исследования по теме диссертации были поддержаны и частично финансировались за счет грантов РФФИ: №01-05-65509 «Математическое описание механизмов крупных техногенных сейсмических событий в рудниках и шахтах», №04-05-96048 «Использование механизмов сейсмических событий на калийных рудниках для изучения состояния подработанного массива», № 10-05-96046 «Изучение влияния разработки месторождений на сейсмическую опасность прилегающих районов».

Публикации

Основное содержание и результаты диссертационной работы отражены в 33-х публикациях, в том числе в 3-х статьях в журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, член-корр. РАН А.А.Маловичко за постоянную поддержку, внимание и помощь в выполнении работы. Автор признателен сотрудникам лаборатории природной и техногенной сейсмичности ГИ УрО РАН к.ф.-м.н. Р.А.Дягилеву, к.т.н. Д.Ю.Шулакову, к.ф.-м.н. Д.А.Маловичко, Ф.Г.Верхоланцеву, Ю.В.Варлашовой, А.В.Верхоланцеву, Ю.В.Баранову за большое внимание, поддержку и творческую критику работы. Особенная благодарность инженерам, совместно с которыми разрабатывались, изготавливались и устанавливались элементы системы мониторинга: А.Л.Сахарному, К.В.Алехновичу, А.Н.Звереву, А.Н.Туснину. За помощь во внедрении результатов работы автор благодарит директоров рудоуправлений СКРУ-1 и СКРУ-2 Б.В.Серебренникова и Б.Л.Березина, главного геолога ОАО «Уралкалий» С.В.Глебова.

Структура Ii объем работы

Работа состоит из пяти глав, введения и заключения, составляет 144 страницы, 58 рисунков, 28 таблиц и списка литературы, насчитывающего 128 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава ^Технические условия, необходимые для ведения планового сейсмологического мониторинга

Обзор литературных источников показал, что во всем мире усиление воздействия на недра приводит к увеличению геодинамической активности, что, в свою очередь, сказывается на безопасности производственных и гражданских объектов (Маловичко A.A. и др., 2011). Обеспечение безопасности производится комплексом методов, среди которых важное место занимает сейсмологический мониторинг (Малышев и др., 1996; Мансуров и др., 1998). В рамках работы не рассматриваются геодинамические явления, связанные с эксплуатацией водохранилищ и откачкой углеводородов. Наше внимание в основном направлено на проявления техногенной и природно-техногенной сейсмичности, связанные с разработкой Верхнекамского месторождения калийных солей. Города Березники и Соликамск расположены в пределах шахтных полей рудников, горно-обогатительные и химические предприятия этих городов также находятся в непосредственной близости от рудников, железнодорожные пути и газопроводы неоднократно проходят над шахтными полями рудников (Маловичко A.A. и др., 1998). Таким образом, как гражданские, так и производственные объекты, в том числе особо опасные, являются потенциально уязвимыми при возникновении катастрофических геодинамических явлений (Барях и др., 1997; Санфиров, 2007).

В мировой практике сейсмологический мониторинг является общепризнанным инструментом для контроля геодинамической ситуации. Он применяется на рудниках Южной Африки (Mendecki, 1997; Murphy, 2001), Австралии, США (Steablay, 1990), Канады (Gendzwill, 1996; Simser, 2001) Франции (Revalor, 1990), Польши (Lasocki, 1997), Великобритании (Kusznir, 1984), Германии (Will, 1984; Ahomer, 1988) и др. Опыт работы при совместной обработке и интерпретации данных на рудниках и карьерах Южной Африки и Австралии показал принципиальные особенности построения систем шахтного мониторинга: большое число пространственно распределенных сейсмодатчиков (до 20-ти штук на км ). При этом целью мониторинга является шахтная сейсмичность, ко-

торая не предполагает разномасшабное рассмотрение сейсмических явлений и их совокупности.

На территории России развитые системы сейсмологического мониторинга существуют на рудниках медно-никелевых месторождений Норильска (Мулев и др., 1995). Покрывая шахтный и региональный уровень мониторинга, данные системы не рассматриваются вместе в силу различной ведомственной принадлежности сетей.

Система сейсмологического мониторинга на рудниках Кировского апатитового месторождения вместе с федеральной сейсмической станцией обеспечивают полноценный трехуровневый мониторинг (Козырев и др., 1995; Сейсмичность при горных работах, 2002). Система характеризуется применением современных технологий при передаче данных и автоматизированной обработке, но не предназначена для работы на значительных (до 15 км) расстояниях в пределах рудника, что ограничивает ее применение для сейсмологического мониторинга Верхнекамского региона.

Для Ковдорского железорудного месторождения характерно применение 2-х систем детального мониторинга (Козырев, 2008), ориентированных на обеспечение безопасности отдельных участков борта карьера. Вместе эти системы могут образовывать карьерную систему мониторинга с площадью покрытия 2x3 км.

На Таштагольском железорудном месторождении в Горной Шории развернута как шахтная мониторинговая система, так и региональная сейсмостанция (Еременко, Курленя, 1990). Комплексирование данных региональной сейсмо-станции и шахтной сейсмической сети увеличивает надежность регистрации и достоверность локации. Система мониторинга также имеет незначительную зону покрытия.

Североуральское бокситовое месторождение характеризуется наличием значительных по магнитуде горных ударов. Сейсмологическая сеть здесь достаточно хорошо развита (Микулин и др., 1995). На руднике установлена федеральная сейсмостанция, которая вместе с шахтной системой мониторинга образует 2х-уровневую систему контроля. Горно-тектонический удар, произошедший 13 февраля 2010 г. в районе Североуральского бокситового рудника (СУБР) с магнитудой mb = 4.2, был зарегистрирован всей сейсмологической сетью Пермского края. Ограниченность динамического и частотного диапазонов локальной сети СУБРа не позволили корректно оценить энергетические параметры события. Вследствие этого специалисты рудника были вынуждены обратиться в Горный институт УрО РАН для решения данной проблемы.

Первая многоканальная система сейсмологического мониторинга на Западном Урале была развернута на угольных шахтах Кизеловского угольного бассейна в конце 1980-х годов в рамках работ по прогнозированию и предотвращению горных ударов (Петухов и др., 1969).

Крупнейшее в России техногенное землетрясение, произошедшее 5 января 1995 г. в пределах шахтного поля рудника СКРУ-2, имело магнитуду mb = 4.7 (ISC). Это явление дало толчок началу развития работ по сейсмологическому мониторингу на территории ВКМКС (Маловичко A.A., 1997, 1998; Барях, 1997; Красноштейн, 1997). К 2001 году локальные сейсмические сети были развернуты на всех рудниках ВКМКС. Развитие систем наблюдений, а также увеличение детальности исследований продолжается до настоящего времени (Маловичко A.A. и др., 2011).

Используя имеющийся мировой опыт (Lynch, Mendecki, 1997; Mendecki, 2007), а также примеры проявления сейсмичности на ВКМКС в течение 15-ти лет, можно определить диапазон магнитуд сейсмических событий, которые представляют интерес. Верхний предел магнитуды определяют сильные природные землетрясения Урала (Голубева, 2008; Верхоланцев, 2010). Нижний предел - это слабые сейсмические события, сопровождающие появление микротрещин в горных породах или обусловленные развитием карстовых полостей (Маловичко Д.А., 2010). Таким образом, мониторинг на ВКМКС будет представительным, если система обеспечит надежную регистрацию сейсмических событий в диапазоне магнитуд:

Опираясь на зависимости между магнитудой и сейсмической энергией событий (Раутиаи, 1969; Федотов, 1972), а также на данные об уровне микросейсмических шумов в рудниках ВКМКС (Дягилев, 2003; Спивак, 2004; Иванова, 2005), мы получаем необходимый динамический диапазон системы мониторинга 180 дБ.

Даже самое современное оборудование не может обеспечить покрытие такого широкого динамического диапазона при помощи одного преобразователя (Вознесенский, 1994; Сенин, 2004; Собисевич А.Л., 2005). Это является одной из предпосылок разделения всего динамического диапазона на 4 полосы, в пределах которых возможно применение различных имеющихся преобразователей.

Другим техническим условием является диапазон частот регистрируемых событий. На основании условий (1) и зависимости (Mendecki et al., 2007):

где /о - угловая частота, А<т- сброс напряжения, - скорость Б-волн, можно получить следующую оценку частотного диапазона - 0.2 н- 500 Гц. Обеспечить регистрацию в таком широком частотном диапазоне при помощи одного типа сейсмических преобразователей также невозможно (Башилов, 2009). Для обеспечения покрытия всего диапазона необходимо разделить его на 4 полосы и использовать для каждой полосы стандартные и специальные сейсмические датчики и регистраторы.

Следует отметить, что для увеличения чувствительности системы желательно иметь высокую плотность датчиков в расчете на единицу площади (Аки и др., 1983; Еманов А.Ф. и др., 2007). Однако это не всегда необходимо. На территории ВКМКС есть зоны, сейсмически неактивные, либо не представляющие опасности для ведения горных работ или наземных сооружений, но есть зоны, потенциально опасные или характеризующиеся проявлением повышенной сейсм1гчности (Дягилев, 2002), для которых необходимы детальные сейсмологические исследования.

С другой стороны, все рудники ВКМКС территориально сопряжены или находятся в пределах одной области. Учитывая это, а также то, что разработка рудников может влиять на состояние прилегающего горного массива, а также земной поверхности требуется система, ведущая контроль сейсмичности на региональном уровне (Козырев, 2003; Чебров, 2007).

Идея наведенной сейсмичности (Николаев, 1994; Еременко, 2005; Верхоланцев и др., 2008; Еманов А.Ф. и др., 2008) находит свое отражение и на ВКМКС. Для исследования этого явления, а также понимания связи деформа-

-2.0 < М < +5.0

(1)

(2)

ционных процессов и сейсмичности, в пределах шахтного поля рудника СКРУ-2 развернут сейсмологический полигон, обеспечивающий телесейсмический взгляд на объект мониторинга. При развертывании полигона учтен соответствующий отечественный опыт (Мельников и др., 1997; Собисевич А.Л., 2005; Собисевич Л.Е., 2010; Бутырин, 2012).

Исходя из вышесказанного, предполагается разделить систему сейсмологического мониторинга на ВКМКС на 4 масштабных уровня: телесейсмический, региональный, локальный и детальный. Распределение аппаратно-программных ресурсов по уровням рассмотрено в главе 2.

Глава 2. Аппаратно-программное обеспечение многоуровневой системы мониторинга

В общем случае системы сейсмологического мониторинга имеют следующую структуру: сейсмические датчики; оборудование регистрации сигналов с датчиков; системы передачи данных; системы хранеши данных и представления их для обработки.

Основные характеристики сейсмодатчиков-велосиметров приведены в табл. 1.

Таблица 1

Основные технические характеристики сейсмических датчиков,

применяемых в системе сейсмологического мониторинга ВКМКС

Датчик Частотный диапазон, Гц Коэффициент преобразования, В/м/с

Телесейсмический и региональный

СМЗ-ОС 0.02 - 10 2000

Региональный и локальный

СМЗ-КВ 0.5-50 200

Бегсе! Ь4С-ЗБ 1 -70 250

Детальный

К81 в4.5 4.5 - 2000 30

ОБЮВХ 10-250 20

1881 вИШ 14 - 2000 80

Как видно из табл. 1, применяя различные типы датчиков в рамках многоуровневого подхода, можно обеспечить покрытие частотного диапазона от 0.02 Гц до 2000 Гц, что соответствует техническим условиям, необходимым для мониторинга ВКМКС. Федеральная сейсмостанция «Соликамск» обеспечивает рассмотрение сейсмических явлений на телесейсмическом и региональном уровнях. Региональная сейсмостанция «Романове» покрывает региональный и частично локальный (шахтный) уровни. Локальные сети всех рудников ВКМКС оснащены датчиками СМЗ-КВ, которые обеспечивают шахтный мониторинг, дополняя региональный уровень. Для сейсмологических наблюдений небольших площадей используются датчики 1881 С4.5 и 1881 С14Н8, приспособленные для установки в скважины (Маловичко Д.А., 2008), а также более универсальные ОБгОБХ (Бабкин, 2007).

Для всех перечисленных сейсмодатчиков характерен низкий уровень собственных шумов - порядка 10"7м/с, за исключением 052(ЮХ, применяемых в местах с высоким уровнем микросейсмического шума (порядка 10"бм/с). Коэф-

фициент преобразования 2000 В/м/с для датчиков телесейсмического уровня связан с необходимостью высокой чувствительности к телесейсмическим явлениям - удаленным землетрясениям (Шнирман, 2003). Высокий коэффициент преобразования полезен при регистрации региональных сейсмических событий, в этом случае федеральная сейсмостанция «Соликамск» рассматривается как еще один сейсмопавильон региональной сети.

Ни один из датчиков не способен обеспечить динамический диапазон 180 дБ. Для регистрации сейсмических явлений очень большой интенсивности отдаляют сейсмопавильон от места предполагаемого очага события и снижают коэффициент преобразования, используя делители и цепи отрицательной обратной связи (Borman, 2002). В многоуровневой системе реализованы оба подхода. С одной стороны, региональная сейсмостанция «Романово» удалена от шахтных полей рудников на 30 км к югу. С другой стороны, на сейсмостанции «Романово» непрерывные потоки данных делятся на две группы: с высоким и низким усилением (Маловичко A.A. и др., 1998).

Любая современная система мониторинга предполагает использование сейсмических записей в цифровом виде (Куприянов и др., 1998). Преобразование аналогового сигнала в цифровой вид выполняется сейсмическим регистратором. Как в России, так и за рубежом разрабатывается большое количество регистрирующей аппаратуры для сейсмологии (Башилов и др., 2010). Развитие микроэлектронных и компьютерных технологий позволило производить малогабаритные цифровые модули, обладающие высокими показателями как в плане регистрационных характеристик (частота преобразования, объем памяти, предварительная обработка сигналов), так и в плане энергопотребления. По современным стандартам регистратор должен потреблять не более 4 Вт, вести оцифровку с частотой 100-1000 Гц, обладать динамическим диапазоном не менее 120 дБ и всеми видами современных интерфейсов (Mendecki A.J и др., 2007). Обеспечение таких характеристик связано с невысокой надежностью в сложных условиях эксплуатации (например, в шахте). Более того, ни один регистратор не может обеспечить динамический диапазон 180 дБ.

Система мониторинга ВКМКС использует несколько видов готовых регистраторов с разной величиной динамического диапазона. Телесейсмическая сейсмостанция «Соликамск» оснащена комплектом американской аппаратуры REFTEK. Этот стационарный комплекс регистрирует сигналы с 6-ти датчиков в динамическом диапазоне 96 дБ. Станция не может обеспечить достаточную представительную регистрацию и точное определение эпицентров очагов всех событий в пределах рудников ВКМКС из-за специфической конфигурации (два трехкомпонентных сейсмодатчика сосредоточены в одном месте), и повышенного уровня микросейсмического шума.

Региональная сейсмостанция «Романово» оснащена сейсмологической системой сбора данных SDAS совместного производства Геофизической службы РАН и НПП «Геотех» (г.Обнинск) . Динамический диапазон станции - 96 дБ. Очень низкий уровень микросейсмического шума в районе размещения станции позволяет использовать ее для регистрации событий в пределах шахтных полей рудников ОАО «Уралкалий». Сейсмостанции «Соликамск» и «Романово» региональный уровень наблюдений в пределах ВКМКС, позволяющую надежно фиксировать и интерпретировать все сильные сейсмические явления в пределах ВКМКС с магншудами до +5.

Особое место в многоуровневой системе мониторинга занимают локальные сети рудников (Дягилев, 2002). Несмотря на меньший масштабный уровень,

шахтные поля рудников характеризуются значительными размерами (десятки километров). Располагая центр сбора данных на поверхности, необходимо учитывать, что длина линий связи до сейсмопавильонов может достигать 15 км. Другим фактором, влияющим на надежность системы регистрации, является агрессивная среда в соляных рудниках.

Общемировой стандарт построения систем сбора данных предполагает расположение регистратора непосредственно рядом с датчиком, преобразование сигнала с датчика с цифровой вид, привязку к единому времени и передачу цифровых данных в центр сбора (Бутырин и др., 1999; Borman, 2002; Mendecki, 2007). Опыт эксплуатации цифровых систем регистрации показал, что практически все они обладают тремя недостатками:

1) случайная потеря временной синхронизации;

2) зависание по причине помех на линии связи;

3) низкая помехоустойчивость по отношению к питающему напряжению.

Регулярный контроль, использование GPS, качественное электроснабжение

обеспечивает надежную работу регистраторов, что видно на примере успешной эксплуатации оборудования региональных сейсмостанций.

С целью преодоления трудностей, связанных со сбором данных в условиях рудников, была определена следующая концепция:

1) преобразование непрерывного сигнала с датчика производится в центре сбора данных с применением многоканальных аналого-цифровых преобразователей (АЦП);

2) сигнал с подземных датчиков передается в центр сбора данных посредством телеметрии;

3) привязка к единому времени осуществляется при оцифровке сигнала на поверхности, причем кроме времени GPS принимаются во внимание внутрешше часы компьютера и АЦП.

В рамках этой концепции была разработана высоконадежная телеметрическая система передачи непрерывных сигналов с сейсмодатчиков ТМЗ (Бутырин и др., 2001). Структурная блок-схема трехканального варианта системы представлена на рис. 1. Система состоит из модуляторов, располагаемых непосредственно рядом с датчиками, и демодуляторов, объединенных базовой несущей конструкцией в центре сбора данных. Система обеспечивает частотный диапазон 0.2 -т- 200 Гц и динамический диапазон до 90 дБ (Бутырин, 2011). Телеметрия характеризуется высокой устойчивостью к электрическим помехам на линии питания и большой дальностью передачи сигнала (более 15 км). Требования к качеству линии минимальны: частотный диапазон 300 3000 Гц. Анализ работы ТМЗ показал устойчивость к проявлению сильных линейных помех. Задача стабильного обеспечения питания решается за счет использования питания по линии связи на рудниках СКРУ-2 и СКРУ-3.

Опыт применения ТМЗ в течение более чем 10-ти лет показал надежную регистрацию и интерпретацию всех локальных сейсмических явлений с магни-тудой от -0.5 до +2. Сейсмические события большей интенсивности можно интерпретировать на региональном и телесейсмическом уровнях. Анализ спектра сигналов от локальных сейсмических явлений показывает, что их основная энергия распределена в диапазоне от 1 до 60 Гц (Маловичко Д.А. и др., 2005). Расчет надежности системы, основанный на среднем времени наработки на отказ, для ТМЗ составляет 20 000 часов (порядка 2.3 года). На руднике СКРУ-2 есть сейсмопавильоны, оснащенные системами питания по линии связи, работающие более 5-ти лет.

К ОС

щщ

— 12 В ПЛИ

- 127 В

Рис. 1. Структурная схема трехканальной телеметрической системы ТМЗ

Детальный уровень системы мониторинга характеризуется следующими признаками:

1) зона покрытия: первые сотни метров и менее;

2) минимально регистрируемая магнитуда сейсмических событий: -2;

3) частотный диапазон от 10 Гц до 2000 Гц;

4) быстрота развертывания;

5) высокая оперативность получения результатов.

Все эти требования выполняются всеми видами современных цифровых регистраторов. Постановка задачи детального мониторинга базируется на данных предыдущих уровней и, прежде всего, на основании анализа пространственно-временного распределения событий на локальном уровне. Временная динамика сейсмоактивных зон предъявляет требование мобильности к сетям детального мониторинга и регистраторам (Бутырин, 2010).

Для ведения мониторинга карстовой полости на БКРПУ-1 применяется оборудование ISSI Ltd. Достоинство системы - работа при большом потоке событий в условиях медленных каналов передачи данных, что позволило вести мониторинг аварийной ситуации на руднике БКПРУ-1 в режиме, близком к реальному времени, в июле и августе 2007 г. Тогда оперативность представления результатов составляла 1,5 минуты при потоке событий более 100 в час (Шула-ков, 2011). Система рассчитана преимущественно на стационарное использование, что и было выполнено в рамках мониторинга опасной зоны на руднике БКПРУ-1.

Обеспечив на должном уровне основной уровень регистрации - локальный, решаем задачу интеграции всех элементов многоуровневой системы в единое целое. Степень соответствия системы мониторинга режиму реального времени в первую очередь зависит от эффективности управления. Для оперативного контроля и своевременной реакции на нештатные ситуации, а также поддержания балансировки загрузки сетей сбора данных разработана единая концепция передачи данных и управления. В основе концепции лежит многокаскадное резервирование данных при передаче их с уровня на уровень. В конце концов, все дан-

ные объединяются в едином обрабатывающем центре (рис. 2). В центре созданы и постоянно дополняются новой информацией базы данных по сейсмичности локальных объектов и всего Западно-Уральского региона. Важными направлениями работы центра являются формирование архивов исходных цифровых данных и взаимодействие с федеральным сейсмологическим центром Геофизической службы РАН в г.Обнинске. Централизованное управление системой основано на модульности и стандартизации всех программных элементов сетей сбора данных, а также на соединении всех узлов разветвленной сети в едином центре.

Автоматическое декодирование данных в основную базу Набор конвертеров Набор утилит просмотра данных

Межсетевой экран, иоршрутмзации. сорыисм РТР и НТТР и РРТР •>;.•;

асйолземш Уоннелги дла крайней;-»» уэмми.ДОЙ

Синхронизация кольцевых буферов

(следующий каскад)

Упаковка и пересылке

данных

Из 1981 буфера

Средства

БКПРУ-1 Управле-

Упаковка и пересылка данных Из 50А5 буфера

Средства Управле-

Упаковка а пересылка данных Из ПРЕС буфера

Упаковка и пересыпке данная Из НЮТЗ буфера

Средства Упрвапе-

Рис. 2. Функциональная схема системы сбора данных и управления в многоуровневой системе мониторинга ВКМКС

Как правило, более крупные узлы сети мониторинга построены на основе персональных компьютеров, которые имеют большую гибкость в настройке, но подвержены сбоям. Чем крупнее узел, тем большая роль отводится удаленному управлению. Таким образом, удаленное управление предусматривает несколько уровней воздействия на: сервера единого центра сбора данных; узлы связи локальных центров; компьютеры сбора данных; узлы распределенной сети сейс-модатчиков. При этом производится мониторинг параметров оборудования; калибровка; изменение параметров регистрации; регулирование информационной нагрузки на каналы передачи данных; оперативное получение дополнительных результатов сейсмологического мониторинга; управление правами доступа; аварийный перезапуск оборудования и программ; резервирование данных и ключевых компонентов операционной системы; обслуживание систем управления базами данных. Все перечисленные функции реализуются при помощи нескольких доступных сервисов, которые позволяют получить управление узлом через экран или командный процессор. Для всей сети обеспечен достаточный уровень информационной безопасности, включающий шифрование каналов пе-

редачи данных, разграничение доступа к файловым системам, базам данных и средствам управления (Бутырин, 2010).

Глава 3. Мобильный исследовательский сейсмологический комплекс ИСК

Многообразие задач детального сейсмического мониторинга с одной стороны и ограниченные функциональные возможности программного обеспечения готовых регистраторов с другой дали толчок к созданию специализированного мобильного исследовательского сейсмологического комплекса ИСК. Его основные технические характеристики приведены в табл. 2. Комплекс состоит из 8-ми блоков усилителей и фильтров, объединенных на кросс-плате; аналого-цифрового преобразователя; компьютера регистрации; ОРБ-приемника. Кросс-плата также содержит цифровую схему управления питанием и усилением отдельных каналов усилителей-фильтров, а также интерфейс оператора.

Таблица

Технические характе] эистики комплекса ИСК

Наименование Значение

Число каналов регистрации 8

Число разрядов АЦП 24

Аппаратное усиление 0, 20, 40, 60 дБ

Программное усиление 0, 20 дБ

Предварительный (антиаляйсинго-вый) фильтр Чебышева 4-го порядка с частотой среза 200 Гц

Режимы регистрации непрерывный, триггерный, в заданные интервалы времени, калибровочный

Привязка к единому времени через GPS

Электропитание 12 ± 30% В постоянного тока

Потребляемая мощность 7 Вт

Рабочий температурный диапазон -20 + +50°С

Успешный опыт применения двухкаскадных входных усилителей с высоким значением коэффициента ослабления синфазных сигналов (КОСС) в телеметрической системе ТМЗ нашел применение и в ИСК, но на новом качественном уровне. На входе блоков усилителей применены специальные малошумя-щие интегральные прецизионные усилители РСА204 с максимальным уровнем собственных шумов менее 20 нВ. Использование заградительного фильтра нижних частот типа Чебышева позволило сократить число каскадов активного фильтра до четырех, обеспечив необходимую крутизну спада характеристики. Тщательный подбор компонентов обеспечил высокую повторяемость характеристик каналов (расхождения не более 2%). Использование в фильтрах интегральных малошумящих усилителей значительно сократило потребляемую электрическую мощность. Модульный подход позволяет быстро менять блоки усилителей-фильтров. Все перечисленные схемотехнические и конструкторские решения расширили динамический диапазон до 120 дБ при высоком входном напряжении ±10В, что обеспечивает регистрацию сильных движений. Для высокоразрешающих исследований предусмотрено усиление до 80 дБ. Как видно

из табл. 2, ИСК регистрирует сигналы в диапазоне частот от 0 до 200 Гц, покрывая весь частотный диапазон, необходимый для ведения мониторинга на ВКМКС.

Схема цифрового управления позволяет раздельно питать каналы, сокращая расход электроэнергии; раздельно и синхронно менять усиление каналов; записывать параметры усиления в файл с данными; оценивать уровень сигнала на каждом канале индивидуально; оценивать напряжение питания;

Комплекс предназначен для работы с мобильным компьютером, который соединяется с АЦП и GPS по USB. Использование мобильного компьютера в первую очередь позволяет визуально оценить качество получаемых сигналов. Комплекс приспособлен и для автономной регистрации (без компьютера), когда данные записываются на флэш-карту SD, при этом АЦП получает сигналы точного времени непосредственно с GPS-приемника, а качественно сигнал можно оценить по осредненным значениям амплитуды на индикаторе. Универсальность комплекса обеспечивается раздельным управлением каналами и визуальным контролем волновых форм в режиме реального времени. Таким образом, комплекс применим для высокоразрешающих детальных сейсмологических исследований, в качестве регистратора в локальных сетях мониторинга с числом каналов не более 10-ти, в качестве региональной сейсмостанции (в стационарном или мобильном исполнении).

Для ИСК были проведены специальные исследования по влиянию электромагнитных помех (Бутырин и др., 2004). Для этого и регистратор, и датчики располагались под линией электропередач с напряжением 60 кВ (рис. 3)

а <

Условные обозначения

- маятник свободно колеблется

- маятник закреплен (удлинитель)

- маятник закреплен (без удлинителя)

Частота, Гц

Рис. 3 Спектр мощности микросейсмических (красный) и электрических (синий, розовый) шумов при работе комплекса ИСК с датчиком СМЗ-КВ под ЛЭП

напряжением 60 кВ

Представленные спектры мощностей закрепленного датчика (не чувствует механических колебаний) и датчика в рабочем положении, показывают, что уровень электрических шумов на два порядка ниже уровня микросейсмических шумов. Это означает высокую устойчивость ИСК к влиянию электромагнитных помех.

Глава 4. Реализация многоуровневой системы мониторинга на ВКМКС

Развернутая на ВКМКС многоуровневая система мониторинга позволяет регистрировать и интерпретировать сейсмические события на всех масштабных уровнях. Табл. 3 демонстрирует характеристики отдельных масштабных уровней.

Вступления волн удаленных землетрясений наряду с записями телесейсмической сейсмостанции рассматриваются на записях региональной сейсмостан-ции в более высокочастотном диапазоне, что позволяет выполнять более детальный анализ вступлений Р-волн. Данные региональной сети станций активно привлекаются для обработки телесейсмических событий. Записи телесейсмической сейсмостанции «Соликамск» используются для оценки положения эпицентров региональных событий.

Таблица 3

Краткая характеристика многоуровневой системы сейсмологического

мониторинга на ВКМКС

Уровень мониторинга Состав Частотный диапазон, Гц ^min

Телесейсмический Сейсмологический полигон рудника СКРУ-2 0-10 >+4.0

Региональный С/с «Романово» 0.5-50 +1.0 до+5.0

Локальный 6 сетей на рудниках городов Березники и Соликамск 0.5-70 -1 до +2.0

Детальный 3 сети в районе рудника БКПРУ-1, детальные сети в рудниках СКРУ-1, БКПРУ-2 8-500 -2.0 до +0.5

Региональные сейсмические события регистрируются телесейсмической станцией и локальными сетями рудников. При этом сейсмостанция «Соликамск» играет роль региональной, а локальные сети рассматриваются как региональные сейсмические группы с апертурой в первые километры. Пример такого взаимодействия был продемонстрирован при обработке записи землетрясения в районе г. Березники в 1997 г. с магнитудой mb = 2.7. Тогда локальная сеть мониторинга рудника СКРУ-2 использовалась для обработки в режиме сейсмической группы (Маловичко A.A. и др., 1997).

Локальные сети рудников, успешно решая задачу мониторинга в пределах шахтных полей, в силу конструктивных особенностей и высокого уровня техногенного шума в шахте нечувствительны к сейсмическим событиям в прикон-турных частях рудников. За 10 лет мониторинга региональной сейсмостанцией «Романово» зафиксировано несколько десятков сейсмических событий с эпицентрами в районе г.Березники, часть которых локальными сетями не фиксировалась.

Сейсмоактивные зоны выделяются на основе данных локальных сетей мониторинга, то есть на основе пространственно-временной концентрации событий с небольшими магнитудами (Завьялов, 1995; 2005; Дягилев, 2002). Это и является предпосылкой для развертывания систем детального мониторинга на руднике СКРУ-2.

Высокочувствительные системы детального мониторинга на СКРУ-3, СКРУ-2 и БКПРУ-1 могут использоваться в качестве сейсмических групп для событий более крупного масштаба.

Одной из самых развитых является сеть детального мониторинга зоны провала и зоны отработки карналлита на панелях переходного периода рудника БКПРУ-1. Она характеризуется оптимальным расположением датчиков в плане и по высоте, что делает возможным оценку положения гипоцентров событий. Использование широкополосных скважинных датчиков, современных цифровых регистраторов и радиоканалов обеспечило получение уникальных данных о развитии карстовых процессов в солях в режиме реального времени (Шулаков, 2008). Эти же регистраторы неоднократно использовались при мониторинге других аварийных ситуаций в г.Березники в период с 2010 по 2012 гг.

Развертывание стационарных сейсмопавильонов не обходится без выполнения работ по оценке уровня микросейсмического шума (Надежка и др., 2005; Горбатиков, 2006). Для выполнения такого рода исследований неоднократно применялся мобильный комплекс ИСК (Бутырин и др., 2007). Так, перед установкой стационарной системы наблюдения в зоне трещин на руднике СКРУ-3 в течение двух суток проводились оценочные измерения. Комплекс применялся для оценки работоспособности оборудования при монтаже скважинных.

Глава 5. Деформационные измерения и сейсмическая активность

Связь деформационных процессов в породном массиве и сейсмичности рассмотрена зарубежными и российскими исследователями (Chieh-Hung Chen and etc., 2011). Одним из методов прямой оценки величины деформации является изучение динамики оседания земной поверхности над подработанными территориями (Николаев и др., 1994; Барях, 1996). Прямые методы измерения деформации используются в системе геодинамического мониторинга на рудниках ОАО «Апатиты» (Козырев, 1998). Привлечение прямых методов измерения деформации соляного массива при проведении сейсмологического мониторинга позволяет использовать дополнительные параметры при исследовании динамики развития сейсмических процессов (Соболев, 1982; Куксенко, 1986; Кочарян, 2003).

С 2005 года в толще калийной залежи на глубине 343 м начал работать высокоточный измеритель продольной деформации интерференционного типа с базой 50 метров. Характеристики деформографа приведены в табл. 4.

Таблица 4

Основные технические характеристики лазерного деформографа

Характеристика Значение

База (расстояние между постаментами) 50 м

Длина волны лазера 632.8 им

Отклонение частоты за период времени (1 мин/1 час/8 часов) не более ±1 МГц/±2МГц/±ЗМГц

Относительная разрешающая способность 6.18-10"J

Полоса рабочих частот 0 - 40 Гц

Частота дискретизации при непрерывной записи 100 Гц

Деформограф является горизонтально расположенным интерферометром Майкельсона. Принцип измерения - компенсационный, позволяющий удержи-

вать интерференционную картину. Известно, что количество максимумов интерференционной картины бесконечно, поэтому шкала прибора, будучи значительной по величине, условно делится на отрезки ±У2, где /. - длина волны лазера. Если деформация превышает диапазон ±>72, на зеркало-компенсатор подается сигнал возврата шкалы (импульс сброса), который учитывается при проведении измерения. Таким образом, суммарная деформация определяется формулой:

и,-а]

ДL--

X! 2,

(3)

U*n

где к+ и к. - число сбросов положительной и отрицательной полярности, возникающих при изменениях, превышающих AL на величину, равную ±1/2; U)j2 - нормирующий множитель в вольтах; UbU2 - значения выходного напряжения в начальный и конечный моменты времени.

Непрерывный сигнал с системы управления подается на 14-разрядный АЦП и записывается на компьютер сбора данных, находящийся в непосредственной близости от деформографа и соединенный с поверхностным центром сбора и обработки по линии связи «мостом» из пары SHDSL модемов (Бутырин, 2006). Для регистрации используется программный комплекс NDAS (Дягилев и др., 2005). Данные, получаемые на компьютере сбора, привязываются к точному времени при помощи GPS и могут быть использованы совместно с данными таких же деформографов, установленных на мысе Шульц вблизи г. Владивосток (Давыдов и др., 1997; Долгих и др., 2010) и на п-ове Камчатка (Воропаев и др., 1986).

Анализ большого числа непрерывных записей показал, что зависимость деформационных процессов и сейсмичности может наблюдаться в контексте деформационных аномалий. Для реализации обработки данных разработано соответствующее программное обеспечение: процедуры спектрального анализа, фильтрации и децимации данных, а также детектирования аномалий (Вознесенский, 2009). Характерные величины горизонтальных деформационных аномалий субмеридионального направления в горной выработке на глубине 343 м приведены в табл. 5.

Таблица 5

Характерные значения деформационных аномалий, измеряемые в горной

Природа аномалии Характерная частота, Гц Величина, м

Приливная 2.3-100 (12 часов) OJ-IO"3

Техногенная 1.2-10"3 (сутки) 1.5-10"J

Локальная 2.1-10"J 8-10"3

Продольная волна землетрясения 0.5-2 0.2-10*

Поверхностная волна землетрясения 2-10"2-0.1 3-10"6

Атмосферная 1.9-10""8 1.5-10^

Обработка данных, выполненная совместно с коллегами из Тихоокеанского океанографического института им. В.И.Ильичева ДВО РАН (Долгах и др., 2010) с использованием континентальной базы деформографов Урал - Дальний Восток, показала наличие литосферных и атмосферных «резонаторов». Эти объекты образуют инфразвуковые деформационные возмущения, регистрируемые обоими деформографами, указывая на континентальный или планетарный характер

возмущений. Привлечение результатов обработки совмещенных записей континентальной пары деформографов «Урал-Приморье» позволило определить природу некоторых инфранизкочастотных аномалий (атмосферная природа в табл.

5).

Согласно литературным источникам и лабораторным измерениям, для достоверной оценки напряженно-деформированного состояния необходимо использовать плотную площадную сеть деформометрических станций (Соболев, 1993; Асанов, 2010). На данном этапе мы делаем попытку качественно оценить влияние прохождения волн удаленных землетрясений на изменение напряженно-деформированного состояния породного массива. Один из результатов такого влияния - инициированная сейсмичность - явление, широко освещенное в литературе (Пономарев, 1993; БоЬоку, 1996; Николаев, 2009).

В рассмотрение включались интервалы деформационных измерений за 2009 и 2010 гг. на основании каталога, составленного при обработке данных сейсмологического мониторинга при исследовании явления триггерной сейсмичности (Белевская, 2010). Начало каждого интервала - момент удаленного землетрясения по каталогу Геофизической службы РАН, конец - время последнего связанного с этим землетрясением локального сейсмического события. Во внимание принимались удаленные землетрясения с м а титулами более 6 и расстоянием до эпицентра более 3000 км.

Приливные деформации имеют регулярный характер, тогда как волны удаленных землетрясений формируют именно аномальный характер низкочастотных аномалий. Связь между упругими волнами сильных удаленных землетрясений, инициированными ими сейсмическими явлениями и аномалиями, зафиксированными лазерным деформографом, частично прослеживается (Бутырин и др., 2012).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. С учетом мирового опыта ведения мониторинговых наблюдений на рудниках и шахтах для ВКМКС определены динамический и частотный диапазоны, обеспечивающие регистрацию широкого спектра сейсмических событий. Проявления слабой сейсмичности с одной стороны и факты регистрации крупных сейсмических событий с другой подтверждают необходимость мониторинга в выбранных пределах частот и амплитуд. Задача регистрации в столь широком частотном и динамическом диапазоне решена путем деления системы сейсмологического мониторинга на масштабные уровни.

2. В соответствии с делением системы на уровни выполнен оптимальный выбор датчиков и регистраторов. Обоснованы аппаратно-программные решения, необходимые для расширения динамического диапазона в область больших магнитуд применительно к региональной и телесейсмической сейсмостанциям. Приведены примеры, показывающие эффективность обеспечения перекрытия регистрационных возможностей различных уровней системы, что гарантирует надежность определения параметров сейсмических событий.

3. При выборе оборудования учитывались не только технические требования, но и особенности эксплуатации, включая помехоустойчивость, стабильность синхронизации времени и надежность работы в шахтных и наземных условиях, стоимость и ремонтопригодность. Для обеспечения мониторинга на локальном уровне разработана, внедрена и успешно эксплуатируется телеметрическая система ТМЗ. Система имеет высокие показатели надежности для при-

менения на длинных линиях и в условиях агрессивной атмосферы калийных рудников.

4. Разработана и внедрена система связи и централизованного управления, позволяющая собирать данные со всех уровней системы мониторинга в режиме, близком к реальному времени, своевременно реагировать на нештатные ситуации, оперативно реорганизовывать сети сбора информации, диагностировать и устранять сбои. Обеспечена требуемая информационная безопасность и резервирование всего объема данных мониторинга.

5. С целью обеспечения оперативности кратковременных локальных и региональных сейсмологических наблюдений был спроектирован и изготовлен мобильный мониторинговый комплекс ИСК. Проведенные лабораторные и полевые испытания, а также активное использование на многочисленных объектах подтвердили высокие эксплуатационные характеристики комплекса.

6. Произведен анализ большого числа деформационных аномалий, частично определена их природа и создан банк образов, применяемый для идентификации аномальных всплесков. Полученные результаты позволили учитывать влияние инфранизкочастотных механических воздействий на сейсмическую активность в пределах Верхнекамского региона.

Основные положения и научные результаты опубликованы в следующих работах:

Издания, рекомендованные ВАК РФ

1. Маловичко Д. А. Локальные сейсмологические наблюдения за карстовыми процессами /Маловичко Д.А., Кадебская О.И., Шулаков Д.Ю., Бутырин П.Г. / на русском и английском языках // Физика Земли, №1, 2010. - С. 62-79.

2. Долгих Г.И. Регистрация инфразвуковых деформационных возмущений пространственно разнесенными лазерными деформографами / Долгих Г.И., Бутырин П. Г., Долгих С. Г., Дягилев Р. А., Швец В. А., Яковенко С. В. // Доклады Академии наук, 2011, том 441, № 3. - С. 1-4.

3. Маловичко A.A. Четырехуровневая система сейсмического мониторинга на территории Среднего Урала / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю., Бутырин П.Г., Верхоланцев Ф.Г. //Геофизика, №5, 2011. - С. 8-17.

Другие издания

1. Бутырин П.Г. Оптимизация передачи информации в системе сбора геодинамических данных / Бутырин П.Г., Лебедев А. Ю. // Проблемы горного не-дроведения и системологии. Материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 1998 году. - Пермь: ГИ УрО РАН, 1999. - С. 96-98.

2. Бутырин П.Г. Проблемы оптимизации системы интегрированного сбора геофизических данных / Бутырин П.Г., Лебедев А. Ю., Сахарный А. Л., Иванова Ю. В. // Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельникове кие чтения). Доклады международной конференции. - Пермь, 1999. — С. 2627.

3. Маловичко А. А. Сейсмологический мониторинг за разработкой Верхнекамского месторождения калийных солей / Маловичко А. А., Баранов Ю. В., Дягилев Р. А., Бутырин П.Г., Кустов А. К., Лебедев А. Ю., Маловичко Д. А.,

Шулаков Д. Ю., Мынка Ю. В., Кузнецов Н. В.// Мониторинг геологической среды на объектах горнодобывающей промышленности (Всероссийское совещание). -Москва, 1999. С. 86.

4. Маловичко A.A. Методы регионального и локального сейсмического прогноза на рудниках и шахтах / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю., Баранов Ю.В., Бутырин П.Г. // Моделирование стратегии процессов освоения георесурсов. Материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2000 г. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. - С. 36-38.

5. Бутырин П.Г. Аппаратурный комплекс для калибровки систем сбора сеймологических данных / Бутырин П.Г., Маловичко Д.А., Коробов И.В. // Материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2000 г. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. - С. 209-212.

6. Маловичко A.A. Мониторинг природной и техногенной сейсмичности на территории Западно-Уральского региона / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю., Бутырин П.Г., Баранов Ю.В. // Геофизика и математика. Материалы второй Всероссийской конференции / под ред. акад. В.Н.Страхова. -Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. - С. 367-371.

7. Маловичко A.A. Сейсмологический мониторинг в системе контроля за геодинамической безопасностью ответственных объектов / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю., Бутырин П.Г. // Научно-технический потенциал Западного Урала в области конверсии военно-промышленного комплекса / ПНЦ УрО РАН. - Пермь, 2001. - С. 291-294.

8. Бутырин П.Г. Совершенствование цифровых телеметрических систем для шахтных мониторинговых комплексов / Бутырин П.Г., Коробов И.В., Сахарный A.JI., Савинов A.C. // Материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2000 г. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. - С. 206208.

9. Бутырин П.Г. Методико-аппаратурное обеспечение для калибровки систем сбора сейсмологических данных / Бутырин П.Г., Маловичко Д.А. // Физические основы прогнозирования разрушения горных пород: Материалы 1-й международной школы-семинара. -Красноярск: СибГАУ, 2002. - С.135-137.

10.Бутырин П.Г. Мобильный комплекс для многоканальных сейсмологических наблюдений / Бутырин П.Г., Алехнович К.В., Савинов A.C. // Проблемы комплексного мониторинга на месторождениях полезных ископаемых. Сборник докладов. Материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2001 году. 19-25 апреля 2002 г. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2002. - С. 4749.

11. Бутырин П.Г. Исследование уровня микросейсмических шумов с использованием стационарных сейсмостанций и мобильного мониторингового комплекса / Бутырин П.Г., Маловичко Д.А., Алехнович К.В. // Четвертая Уральская молодежная научная школа по геофизике. Учебно-научные материалы. -Пермь: ГИ УрО РАН, 2003. - С. 16-19.

12.Маловичко A.A. Характеристика микросейсмических шумов в Кунгур-ской ледяной пещере / Маловичко A.A., Бутырин П.Г. Маловичко Д А., Алехнович К.В., Верхоланцев Ф.Г. // Кунгурская Ледяная пещера. 300 лет научной и

туристической деятельности. Материалы международной научно-практической конференции. -Кунгур, 2003. - С. 163-167.

13.Malovichko A.A. New seismic array in Western Ural / Malovichko A.A. Malovichko D.A., Butyrin P.G. // European Seismological Commission, XXIX General Assembly. Abstracts. - Potsdam: University and GFZ Potsdam, 2004. - P. 82.

14.Бутырин П.Г. Влияние электромагнитных помех при проведении полевых работ мобильным комплексом ИСК-3 / Бутырин П.Г., Верхоланцев Ф.Г. // Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов. Материалы международной конференции и научной сессии. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2004. - С. 159-160.

15.Бутырин П.Г. Использование цифровой системы регистрации при установке лазерного деформографа на территории ВКМКС / Бутырин П.Г., Верхоланцев Ф.Г. // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы ежегодной научной ceccira Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2004 г. -Пермь: ГИ УрО РАН, 2004. - С. 159-160.

16.Malovichko A.A. Active-passive array surface wave inversion and comparison to borehole logs in southeast Missouri / Malovichko A.A., Anderson N.L., Malovichko D.A., Shylakov D.Yu., Butirin P.G. // Journ. Env. Eng. Geoph., v. 10, issue 3, 2005. -P.243-250.

17.Маловичко Д.А. Прогнозирование сейсмичности на шахтах и рудниках Западного Урала / Маловичко Д.А., Шулаков Д.Ю., Баранов Ю.В., Дягилев.Р.А., Некрасова Л.В., Бутырин П.Г. // Региональный конкурс РФФИ-Урал. Результаты научных исследований, полученные за 2004 г. Аннотационные отчеты. Сб.статей. - Пермь, Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - С.225-229.

18. Бутырин П.Г. Цифровая система регистрации для интерференционного лазерного деформографа / Бутырин П.Г., Верхоланцев Ф.Г. // Шестая Уральская молодежная научная школа по геофизике: Сборник научных материалов. -Пермь: ГИ УрО РАН, 2005. - С. 37-39.

19.Бутырин П.Г. Особенности измерений лазерным деформографом на Урале. Особенности работы и первые результаты // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы ежегодной научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2005 г. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2006. - С. 226227.

20.Маловичко Д.А. Прогнозирование сейсмичности на шахтах и рудниках Западного Урала / Маловичко Д.А., Шулаков Д.Ю., Баранов Ю.В., Бутырин П.Г., Некрасова Л.В. // Региональный конкурс РФФИ-Урал. Научно-практические итоги конкурсов РФФИ-Урал в Пермском крае 2004-2006 годов. Сборник статей. - Пермь: ПНЦ УрО РАН, 2007. - С. 248-250.

21. Дягилев P.A. Прогнозирование сейсмичности на шахтах и рудниках Западного Урала / Дягилев P.A., Маловичко Д.А., Шулаков Д.Ю., Баранов Ю.В., Бутырин П.Г., Некрасова Л.В. // Научно-практические итоги конкурсов РФФИ-Урал в Пермском крае 2004-2006 гг. Сборник статей. - Пермь: ПНЦ УрО РАН, 2007. С.248-250.

22.Маловичко Д.А. Технология сейсмологического мониторинга карстовых процессов (на примере рудника БКПРУ-1 Верхнекамского месторождения ка-

лиГшых солей) / Маловичко Д.А., Дягилев Р.А., Шулаков Д.Ю., Бутырин П.Г. // Изменение окружающей среды и климата. Природные и связанные с ними техногенные катастрофы. Т. 1: Сейсмические процессы и катастрофы. - М.: ИФЗ РАН, 2008. -С.237-254.

23.Долгих Г.И. Лазерно-интерференционная система "Приморье-Урал" / Долгих Г.И., Швец В.А., Яковенко С.В., Бутырин П.Г., Верхоланцев Ф.Г., Дягилев Р. А. // Приборы и техника эксперимента. 2009, №2. - С. 179-180.

24.Malovichko D.A. Seismic monitoring of large-scale karst processes in a potash mine / Malovichko D.A., Dyagilev R.A., Shulakov D.Y., Butyrin P.G., Glebov S.V. // Controlling seismic hazard and sustainable development of deep mines. V.2. New York: Rinton Press, 2009. - P. 989-1002.

25.Маловичко Д.А. Совершенствование сейсмологических наблюдений на территории Западного Урала / Д.А., Дягилев Р.А., Бутырин П.Г., Варлашова Ю.В., Верхоланцев А.В., Голубева И В. // Региональный конкурс РФФИ-Урал. Результаты научных исследований, полученные за 2007-2009 гг. Сборник статей. 4.2. - Пермь: ПНЦ УрО РАН, 2010. - С. 184-187.

26.Бутырин П.Г. Разработка многоуровневой системы мониторинга природных и техногенных сейсмических процессов на ВКМКС // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2009 году. - Пермь: ГИ УрО РАН, 2010. - С. 169-170.

27.Malovichko A. Seismic monitoring of karst processes accompanying flooding of mine at Upper Kama potash deposit / Malovichko A., Dyagilev R., Shulakov D., Butyrin P., Malovichko D., Glebov S. // Proceedings of 32nd General Assembly of European Seismological Society. Montpellier, 2010. - P. 61-62.

28.Бутырин П.Г. Модернизация систем сейсмологического мониторинга ВКМКС. // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Материалы 6-й МСШ. - Апатиты, Обнинск, 2011. - С. 73-76.

29.Бутырин П.Г., Верхоланцев Ф.Г. Деформационные аномалии в подработанном соляном массиве и их возможная связь с сейсмическими явлениями // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Материалы 7-й МСШ, Нарочь. - Обнинск: ГС РАН, 2012. - С. 71-73.

Сдано в печать 09.11.2012 г. Формат 60x84/16. Тираж 100 экз.

Отпечатано сектором НГИ Горного института УрО РАН 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Бутырин, Павел Генрихович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЕДЕНИЯ ПЛАНОВОГО СЕЙСМОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА.

1.1. Определение диапазона регистрируемых магнитуд.

1.2. Параметрическое обеспечение многоуровневой системы сейсмологического мониторинга.

Выводы к главе 1.

2. АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА.

2.1. Сейсмические датчики.

2.1.1. Сейсмоприемник СМЗ-КВ.

2.1.2. Сейсмоприемник СМЗ-ОС.

2.1.3. Сейсмоприемник 8егсе1 Ь4.

2.1.4. Сейсмоприемник С820-БХ.

2.1.5. Сейсмоприемники 1881.

2.2. Средства регистрации сигналов сейсмодатчиков.

2.2.1. Федеральная сейсмостанция «Соликамск» 80КЕ.

2.2.2. Сейсмический регистратор 8ЭА8.

2.2.3. Сейсмический регистратор 8А(}8.

2.2.4. Сейсмический регистратор 08.

2.3. Основные способы синхронизации времени.

2.4. Методы расширения динамического диапазона.

2.5. Средства передачи информации.

2.5.1. Особенности использования передачи цифровых данных по проводам.

2.5.2. Беспроводные средства передачи данных.

2.6. Система аналоговой телеметрической передачи данных ТМЗ.

2.7. Аналого-цифровые преобразователи.

2.7.1. Метод последовательного приближения.

2.7.2. Метод параллельного преобразования.

2.7.3. Метод многотактного интегрирования.

2.7.4. Сигма-дельта АЦП.

2.7.5. АЦП, применяемые для системы мониторинга ВКМКС.

2.8. Телеметрическая система ТМЗ.

2.9. Программные элементы систем сбора данных.

2.10. Единый обрабатывающий центр.

2.10.1. Централизованное управление.

Выводы к главе 2.

3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ИСК.

3.1. Влияние электромагнитных помех при проведении полевых работ мобильным комплексом ИСК.

3.2. Калибровка в системах сбора сейсмологических данных.

3.2.1. Прямые методы калибровки.

3.2.2. Калибровка по данным удаленных землетрясений.

Выводы к главе 3.

4. РЕАЛИЗАЦИЯ МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА НА ВКМКС.

4.1. Измерения уровня микросейсмического шума на региональных сейсмостанциях.

4.2. Измерения уровня микросейсмического шума при расширении шахтной сети на руднике БКПРУ-2.

4.3. Детальный сейсмологический мониторинг аварийной ситуации на руднике БКПРУ-1.

4.3.1. Возникновение аварийной ситуации.

4.3.2. Использование мобильных систем детального мониторинга.

4.3.3. Сейсмологический мониторинг карстовой воронки.

4.4. Результаты детального сейсмоакустического мониторинга блока №2 4-й панели рудника СКРУ-3.

4.5. Примеры многоуровневого подхода к регистрации, обработке и интерпретации сейсмических событий.

4.5.1. Запись шахтных событий региональной сейсмостанцией.

4.5.2. Запись регионального сейсмического события телесейсмической сейсмостанцией.

4.5.3. Двухуровневый мониторинг рудника БКПРУ-2.

4.5.4. Явление наведенной сейсмичности.

4.5.5. Запись регионального землетрясения локальной сетью рудника.

Выводы к главе 4.

5. ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ И СЕЙСМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ.

5.1. Аппаратурное обеспечение.

5.2. Обработка непрерывных записей лазерного деформографа.

5.2.1. Спектральный анализ.

5.2.2. Фильтрация и децимация.

5.2.3. Детектирование нестационарных всплесков.

5.2.4. Разбраковка аномалий.

5.3. Связь деформационных аномалий в подработанном соляном массиве с сейсмическими явлениями.

Выводы к главе 5.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка многоуровневой системы сейсмологического мониторинга на территории Верхнекамского месторождения калийных солей"

Актуальность работы

За последние 20 лет на территории Верхнекамского месторождения калийных солей (ВКМКС) происходили многочисленные негативные геодинамические явления как результат увеличивающейся техногенной нагрузки на недра. Наиболее крупное событие - Соликамское землетрясение 1995 г. с магнитудой шЬ = 4.7 - сопровождалось массовым обрушением горных выработок в руднике СКРУ-2 на площади 500x600 м и оседаниям земной поверхности на 4.5 м. С другой стороны, образование трещин в несущих целиках или развитие карстовых полостей может вызывать генерацию крайне слабых сейсмических событий, минимальная магнитуда которых достигает -2. Все эти явления подтверждают необходимость создания такой системы геодинамического контроля, которая могла бы вести регистрацию сейсмических событий в максимально широком динамическом диапазоне.

Информативность сейсмологического мониторинга в первую очередь определяется техническими возможностями инструментальных средств. С одной стороны, развитие технологий сбора и передачи данных расширяет функциональность регистрирующего оборудования и позволяет интегрировать его элементы в сложные стационарные системы сбора сейсмологической информации. С другой стороны, расширение спектра задач и объектов мониторинга требует внедрения надежных мобильных средств измерений.

Организация сейсмологических наблюдений в условиях калийных рудников связана с преодолением таких трудностей, как значительная удаленность сейсмопавильонов от центра сбора данных, высокий уровень техногенных помех, агрессивная окружающая среда.

Цель работы

Инструментальное обеспечение разномасштабного мониторинга сейсмических явлений на всей территории ВКМКС.

Идея работы

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Систематизировались основные технические требования к системе мониторинга.

На защиту выносятся следующие положения:

2. Система телеметрической передачи сигналов с сейсмодатчиков в локальный обрабатывающий центр обеспечивает сейсмологический мониторинг в режиме реального времени, гарантируя уровень синхронности регистрации для всех рудников Верхнекамского региона не более 1 мс. 3. Мобильный исследовательский сейсмологический комплекс позволяет производить оперативные высокоразрешающие исследования опасных участков на различных масштабных уровнях в шахтных и наземных условиях, а также осуществлять экспресс-оценку микросейсмической обстановки при проектировании и оптимизации систем сейсмологического мониторинга.

Научная новизна

Практическая реализация

Разработанная аппаратура активно используется при ведении сейсмологического мониторинга на всех рудниках ВКМКС. Мобильный комплекс неоднократно использовался как при проведении временных измерений в шахтах рудников ВКМКС, так и сопровождал проведение мониторинга аварийной ситуации на руднике 1-го Березниковского рудника. Системы детального сейсмологического мониторинга активно используются для контроля аварийной ситуации на руднике 1-го Березниковского рудника и при комплексном мониторинге устойчивости бортов карьера рудника «Железный» Ков-дорского горно-обогатительного комбината.

Обоснованность научных положений и выводов

Результаты интерпретации более чем 6000 сейсмических событий, произошедших на территории ВКМКС за 17 лет, а также сильных природных и техногенных землетрясений Западного Урала подтверждают соответствие развернутой на ВКМКС многоуровневой системы мониторинга предъявленным техническим условиям. Использование современного цифрового оборудования совместно с телеметрической системой показало достаточный динамический диапазон и более высокий уровень надежности работы телеметрической системы на длинных линиях в условиях рудника. Современная элементная база, оперативность и возможность визуально-инструментального контроля сейсмических записей обеспечивают мобильному комплексу ИСК высокие эксплуатационные характеристики (частотный и динамический диапазон, наработка на отказ).

Личный вклад автора

Автор непосредственно участвовал во всех этапах развертывания многоуровневой системы сейсмологического мониторинга ВКМКС: разработке телеметрической системы ТМЗ и комплекса ИСК; установке и настройке всех сейсмодатчиков, регистраторов и систем передачи данных, серверов и рабочих станций сбора и обработки данных; разработке единой системы сбора данных и управления; первичной обработке сейсмологических данных; проектировании, установке, настройке лазерного деформографа; обработке и интерпретации непрерывных записей лазерного деформографа с 2005 по 2011 гг.

Апробация работы

2010 г., Апатиты, 2011 г., п.Нарочь, 2012 г.), на Международной конференции «Мельниковские чтения» (Москва, 1999 г.), на VI Уральской молодежной школе по геофизике (Пермь, 2006 г.), на Всероссийском совещании «Мониторинг геологической среды на объектах горнодобывающей промышленности» (Березники, 1999 г.), Всероссийской конференции «Современная сейсмология: достижения и проблемы» (Москва, 1998 г.), 2-й Всероссийской конференции «Геофизика и математика» (Пермь, 2001 г.), Международной научно-практической конференции «Кунгурская Ледяная пещера. 300 лет научной и туристической деятельности» (Кунгур, 2003 г.), конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Александра Кирилловича Маловичко «Вопросы обработки и интерпретации геофизических наблюдений» (Пермь,

2011 г.), на XXIX (Потсдам, 2004 г.) и XXXII (Монпелье, 2010 г.) Генеральных ассамблеях Европейского сейсмологического сообщества.

Исследования по теме диссертации были поддержаны и частично финансировались за счет грантов РФФИ: № 01-05-65509 «Математическое описание механизмов крупных техногенных сейсмических событий в рудниках и шахтах», № 04-05-96048 «Использование механизмов сейсмических событий на калийных рудниках для изучения состояния подработанного массива», № 10-05-96046 «Изучение влияния разработки месторождений на сейсмическую опасность прилегающих районов».

Публикации

Благодарности

Структура и объем работы

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Бутырин, Павел Генрихович

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

2. В соответствии с делением системы на уровни выполнен оптимальный выбор датчиков и регистраторов. Обоснованы аппаратно-программные решения, необходимые для расширения динамического диапазона в область больших магнитуд применительно к региональной и телесейсмической сейс-мостанциям. Приведены примеры, показывающие эффективность обеспечения перекрытия регистрационных возможностей различных уровней системы, что гарантирует надежность определения параметров сейсмических событий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Бутырин, Павел Генрихович, Пермь

1. Аки К., Ричарде П. Количественная сейсмология: теория и методы. Т.1. М.: Мир, 1983. 520 с.

2. Андрейко С.С., Калугин П.А., Щерба В.Я. Газодинамические явления в калийных рудниках: Генезис, прогноз и управление. Минск: Высшая школа, 2000. 335 с.

3. Асанов В.А. Изучение особенностей деформирования соляных пород при длительном нагружении / В.А. Асанов, И.Л. Паньков // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010, №1. М.: МГГУ, 2010. С.105-109.

4. Бабкин А.И. Возможности подавления основных волн-помех при полевых сейсморазведочных исследованиях на земной поверхности и в горных выработках // Материалы научной сессии Горного института. Пермь: ГИ УрО РАН, 2002.

5. Бабкин А.И. Сейсморазведка MOB в горных выработках соляных рудников / Геофизика. 2006. № 3.

6. Барях А.А Контроль за развитием аварийных ситуаций на калийных рудниках / A.A. Барях, И.А. Санфиров, H.A. Еремина и др. // Горный вестник. 1997. №6. С. 91-101.

7. Барях A.A. Горнотехнические аварии: затопление Первого Березников-ского калийного рудника / A.A. Барях, А.Е. Красноштейн, И.А. Санфиров // Вестник Пермского научного центра УрО РАН. 2009а. №2. Пермь, 2009. С. 40-49.

8. Башилов И.П., Волосов С.Г., Зубко Ю.Н., Королёв С.А., Николаев A.B. Автономный портативный сейсмоприёмник с цифровой регистрацией для сейсмологических исследований // Вестник НЯЦ PK. Вып.З (39). Курчатов: НЯЦ PK, 2009. С. 29-32.

9. Башилов И.П., Волосов С.Г., Зубко Ю.Н., Королёв С.А., Солдатенков A.M. Приборы для исследований микросейсмического волнового поля в геосистемах. // Триггерные эффекты в геосистемах. М.: ГЕОС, 2010. С. 249-255.

10. П.Белевская М.А., Верхоланцев Ф.Г. Об инициировании землетрясениями сейсмических событий в калийном руднике // Современные проблемы сейсмологии, гидрогеологии и инженерной геологии // Мат. межд. конф. Том II. Ташкент, 2010. С. 17-20.

11. П.Белевская М.А., Верхоланцев Ф.Г. Сейсмичность на Верхнекамском месторождении калийных солей с 2008 по 2010 год // VII между народная научно-техническая конкурс-конференция молодых специалистов "Геофизика-2011". Санкт-Петербург, 2011.

12. Болт Б., В глубинах Земли. М.: Мир, 1984. 173 с.

13. Бутырин П.Г. Модернизация систем сейсмологического мониторинга ВКМКС // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Мат. 6-й МСШ, Апатиты, Обнинск, 2011.

14. Бутырин П.Г. Оптимизация передачи информации в системе сбора геодинамических данных / Бутырин П.Г., Лебедев А. Ю. // Проблемы горного недроведения и системологии. Материалы научной сессии Горного института УрО РАН. Пермь, 1999.

15. Бутырин П.Г. Особенности измерений лазерным деформографом // Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы ежегодной научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2005 г. Пермь: ГИ УрО РАН, 2006.

16. Бутырин П.Г. Пути модернизации системы сейсмологического мониторинга Верхнекамского месторождения калийных солей // Моделирование стратегии процессов освоения георесурсов. Пермь, 2011.

17. Бутырин П.Г. Разработка многоуровневой системы мониторинга природных и техногенных сейсмических процессов на ВКМКС // Моделирование стратегии процессов освоения георесурсов. Пермь, 2010.

18. Бутырин П.Г. Совершенствование цифровых телеметрических систем для шахтных мониторинговых комплексов / Бутырин П.Г., Коробов И.В., Сахарный А.Л., Савинов A.C. // Материалы научной сессии Горного института. Пермь: ГИ УрО РАН, 2001.

19. Бутырин П.Г., Верхоланцев Ф.Г. Цифровая система регистрации для интерференционного лазерного деформографа // Шестая Уральская молодежная научная школа по геофизике: сборник научных материалов. Пермь: ГИ УрО РАН, 2005

20. Введенская A.B., Сейсмодинамика. М.: Наука,1984. 142 с.

21. Верхоланцев Ф.Г., Дягилев P.A. Качканарское землетрясение 29 марта 2010 г. Макросейсмические проявления // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Мат. 5-й МСШ Владикавказ, Обнинск, 2010. С. 46-56. (доклад)

22. Вознесенский A.C. Системы контроля геомеханических процессов. Учебное пособие. М.: МГГУ, 1994. 147 с.

23. Воропаев В.Ф., Гаврилов В.А., Лянник Ю.А., Пудов А.Л. Средства телеизмерений низкочастотных геофизических параметров // Сейсмичность и сейсмический прогноз на Дальнем Востоке. Петропавловск-Камчатский, 1986.

24. Глебов C.B. Авария на руднике БКПРУ-1 ОАО «Уралкалий» в гидрогеологическом аспекте / C.B. Глебов, В.И. Трофимов // Горное эхо. 2010. №3 (41). Пермь: ГИ УрО РАН, 2010. С.30-39.

25. Давыдов A.B., Долгих Г.И., Холодкевич Е.Д. Вариации микродеформаций земной коры, регистрируемые разнесёнными лазерными дефор-мографами // Физика Земли, 1997. №10. С.46-57.

26. Долгих Г.И. Методы обработки сейсмологических записей лазерного деформометра // Тез. всесоюзн. совещ. и 1П научной сессии Дальневосточной секции МСССС "Сейсмичность и сейсмостойкое строительство на Дальнем Востоке". Владивосток, 1982. С. 151-153.

27. Долгих Г.И., Бутырин П. Г., Долгих С. Г., Дягилев Р. А., Швец В. А., Яковенко С. В. Регистрация инфразвуковых деформационных возмущений пространственно разнесенными лазерными деформографами // Доклады академии наук, том 441. 2011. № 3. С. 1-4.

28. Дягилев P.A. Двухстадийная концепция работ по сейсмологическому контролю на калийных рудниках // Вторая Уральская молодежная научная школа по геофизике. Сборник докладов. Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. С. 42-47.

29. Дягилев P.A. Сейсмологический прогноз на рудниках и шахтах Западного Урала : дисс. на соискание канд. физ.-мат. наук : 25.00.10 / Руслан Андреевич Дягилев; Москва, ИФЗ РАН М., 2002. 180 с.

30. Еременко A.A. Разработка железорудных месторождений в зонах повышенной сейсмической активности / Еременко A.A., Курленя М.В. // ФТПРПИ. 1990. №2. С. 3-11.

31. Завьялов А.Д. Параметр концентрации сейсмогенных разрывов как предвестник сильных землетрясений Камчатки // Вулканология и сейсмология. 1986. №3. С. 58-71.

32. Завьялов А.Д., Славина Л.Б., Васильев В.Ю., Мячкин В.В. Методика расчета карт ожидаемых землетрясений по комплексу прогностических признаков. М.: ОИФЗ РАН, 1995. 40 с.

33. Завьялов А.Д., Смирнов В.Б. Учет фрактальности в расчетах концентрационного критерия разрушения // Геофизика и математика. Материалы 2-й Всероссийской конференции. Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. С.103-110.

34. Иванова Ю.В. Изучение суточных и полусуточных вариаций микросейсмических шумов // Шестая Уральская молодежная научная школа по геофизике: сборник научных материалов. Пермь: ГИ УрО РАН, 2005. С. 83-86.

35. Иванова Ю.В. Опыт исследования строения верхней части земной коры по низкочастотным микросейсмам // Восьмая Уральская молодежная научная школа по геофизике: Сборник науч. материалов. Пермь: Горный институт УрО РАН, 2007. С. 107-110.

36. Козырев A.A. Геомеханическое обеспечение горных работ при отработке удароопасных месторождений в тектонически напряженных массивах // Геомеханика при ведении горных работ в высоконапряженных массивах. Апатиты: КНЦРАН, 1998. С. 11-25.

37. Козырев A.A. Сейсмический мониторинг на карьере рудника железный ОАО «Ковдорский ГОК» / Козырев A.A., Каган М.М. // Комплексные геолого-геофизические модели древних щитов. Материалы Всероссийской конференции. Апатиты: КНЦ РАН, 2008. С.87-91.

38. Контроль за развитием аварийных ситуаций на калийных рудниках / A.A. Барях и др. //Горный вестник. 1997. №6. С. 91-101.

39. Кочарян Г.Г., Спивак A.A. Динамика деформирования блочных массивов горных пород. М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. 423 с.

40. Красноштейн А.Е. Березники: риски и реалии / А.Е.Красноштейн, А.А.Барях, И.А. Санфиров // Геориск. М.: ОАО ПНИИИС, декабрь 2007. С. 4-6.

41. Кузнецов Н. В. О геодинамической ситуации в районе Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей // Материалы X Межотраслевого координационного совещания по проблемам геодинамической безопасности. Екатеринбург, 1997. С. 291-294.

42. Куксенко B.C. Модель перехода от микро- к макроразрушению твердых тел // Физика прочности и пластичности. JL, 1986. С. 36-41.

43. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования. СПб.: Политехника, 1998.

44. Маловичко А. А. Комплексный полигон для исследования состояния подработанного массива / Маловичко А. А., Бутырин П.Г., Лебедев А. Ю., Якушев Н. Г. // Современная сейсмология: достижения и проблемы. Москва, 7-9 октября 1998.

45. Маловичко A.A. Автоматизированный мониторинг деформационных процессов в подработанном массиве на калийном руднике / A.A. Маловичко, Р.Х. Сабиров // Горный вестник, 1998. №1. С. 62-65.

46. Маловичко A.A. Березниковское землетрясение 25 октября 1993 г. / A.A. Маловичко, АЛО. Лебедев // Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопро-мышленных агломераций. Екатеринбург, 1997а. С. 295-307.

47. Маловичко A.A. Землетрясение в районе второго Березниковского пруда 9 октября 1997 г. / A.A. Маловичко, А.К. Кустов, Д.Ю. Шулаков // Горные науки на рубеже XXI века. Материалы международной конференции. Екатеринбург: УрОРАН, 1998. С. 165-171.

48. Маловичко A.A. Кинематическая интерпретация данных цифровой сейсморазведки в условиях вертикально-неоднородных сред. Свердловск: УрО АН СССР, 1990. 270 с.

49. Маловичко A.A. Методы регионального и локального сейсмического прогноза на рудниках и шахтах / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю., Баранов Ю.В., Бутырин П.Г. // Моделирование стратегии процессов освоения георесурсов. Пермь, 2001.

50. Маловичко A.A. Мониторинг техногенной сейсмичности на рудниках и шахтах Западного Урала / А.А.Маловичко, Р.А.Дягилев, Д.Ю.Шулаков, А.К.Кустов // Горная геофизика. Материалы международной конференции 1998 г. Санкт-Петербург, 1998. С. 147-151.

51. Маловичко A.A. Четырехуровневая система сейсмического мониторинга на территории Среднего Урала / Маловичко A.A., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю. и др. // Геофизика. 2011. №5. С. 8-17.

52. Маловичко A.A., Маловичко Д.А., Дягилев P.A., Шулаков Д.Ю. Результаты сейсмологического мониторинга на территории Западного Урала в 2003 году // Природные ресурсы. Вестник недропользователя Пермской области. №1, 2004. С.54-61.

53. Маловичко Д.А. Локализация и контроль карстовых процессов в соляном массиве / Маловичко Д.А и др. // Горное эхо.2007. № 3 (29). Пермь: ГИ УрО РАН, 2007. С.29-36.

54. Маловичко Д.А. Локальные сейсмологические наблюдения за карстовыми процессами / Маловичко Д.А., Кадебская О.И., Шулаков Д.Ю., Бутырин П.Г. // Физика Земли. 2010. №1. С. 62-79.

55. Мансуров В.А. Локальная сеть микросейсмического контроля обрушений на стадии доработки Жезказганских рудников / Мансуров В.А., Сатов М.Ж., Юн. Р.Б. и др. // Горная геофизика-98. Материалы международной конференции. СПб.: ВНИМИ, 1998. С. 156-159.

56. Микулин Е.И. Прогноз и предотвращение горных ударов на Североуральских бокситовых меторождениях / Е.И.Микулин, В.Г.Селивоник, П.Ф.Матвеев и др. // Североуральск: Север, 1995. 75 с.

57. Мулев С.Н. Микросейсмический мониторинг рудников «Октябрьский» и «Таймырский» Норильского ГМК / Мулев С.Н., Лопатков Д.Г., Яковлев В.А. // Сб. науч. тр. ВНИМИ. СПб: ВНИМИ, 1995. с. 111-118.

58. Николаев A.B., Павленко О.В., Яковлев А.П. Квазистатические деформации земной поверхности, вызванные вибровоздействием, и нелинейные свойства земных пород // Изв. РАН, Физика Земли. 1994. №12. С. 3-11.

59. Петухов И.М., Литвин В.А., Кучерский Л.В. Горные удары и борьба с ними на шахтах Кизеловского бассейна. Пермь: Пермиздат, 1969. 397 с.

60. Пономарев B.C., Турунтаев С.Б., Воинов А.К., Краков A.C., Логунов В.А. Исследование режима возбужденной сейсмичности на шахтах СУБРа // ФТПРПИ. 1993. № 3. С. 15-23.

61. Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках / Под ред. И.М.Петухова, А.М.Ильина, К.Н.Трубецкого / М.: АГН, 1997. 376 с.

62. Пузырев H.H. Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию. Новосибирск, 1997. 301 с.

63. Рихтер Ч.Ф. Элементарная сейсмология. М.: Издательство иностранной литературы, 1963. 670 с.

64. Санфиров И. А., Барях А. А., Бабкин А. И., Мынка Ю. В., Гилёв М. В. Контроль за развитием аварийных ситуаций на калийных рудниках // Горный вестник (научно-технический журнал). 1997. №6. М., 1997. С. 91-101.

65. Сейсмичность при горных работах / Н.Н.Мельников, А.А.Козырев, В.И.Панин и др. / Апатиты: КНЦ РАН, 2002. 325 с.

66. Сейсмометры. Сейсмоприемник СМЗ-КВ, 2012 / Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.edboe.iTi/products/sm3.htin, свободный. -Загл. с экрана.

67. Собисевич А. JI. "Современные методы геолого-геофизического мониторинга природных процессов на территории Северного Кавказа". М.: Учреждение Российской академии наук Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта, 2005. С. 266-276

68. Собисевич А. JI. Избранные задачи математической геофизики и вулканологии. М.: Учреждение Российской академии наук Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта, 2010. 464 с.

69. Собисевич, JI. Е. Наблюдения УНЧ геомагнитных возмущений, отражающих процессы подготовки и развития цунамигенных землетрясений / JI. Е. Собисевич, К. X. Канониди, А. JI. Собисевич // Доклады Академии наук, Т. 435. 2010. №4. М.,2010. С. 548-553.

70. Собисевич, JI. Е. Ультранизкочастотные электромагнитные возмущения, возникающие перед сильными сейсмическими событиями / JI. Е. Собисевич, К. X. Канониди, А. JI. Собисевич // Доклады Академии наук, Т. 429. 2010. № 5. М.,2010. С. 668-672.

71. Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с.

72. Соболев Г.А., Завьялов А.Д. О концентрационном критерии сейсмо-генных разрывов // ДАН СССР, Т. 252. № 1. 1980. С. 69-71.

73. Соболев Г.А., Пономарев A.B. Физика землетрясений и предвестники. М.: Наука, 2003. 270 с.

74. Соболев Г.А., Семерчан A.A., Салов Б.Г. и др. Предвестники разрушения большого образца горной породы // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1982. №8. С. 29-43.

75. Спивак A.A., Кишкина С.Б. Исследование микросейсмического фона с целью определения активных тектонических структур и геодинамических характеристик среды. // Физика Земли. 2004. №7. С. 35-49.

76. Триггерная сейсмичность на Верхнекамском меторождении калийных солей с 2008 по 2010 год // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Мат. 6-й МСШ. Апатиты, Обнинск, 2011.

77. Юб.Шнирман Г.Л. Аппаратурные наблюдения (избранные труды). М.: ОИФЗ РАН, 2003.

78. Bormann P. IASPEI new manual of seismological observatory practice / Potsdam: Geo-ForschungsZentrum, 2002.

79. Chieh-Hung Chen, Ta-Kang Yeh, Jann-Yenq Liu, Chung-Ho Wang, Strong Wen, Horng-Yuan Yen, Shu-HaoChang. Surface Deformation and Seismic Rebound: Implications and Applications urv Geophys. 2011.

80. Mendecki A.J. Routine Seismic Monitoring in Mines / Mendecki A.J., Lynch R.A., Malovichko D.A. ISS International Ltd., 2007.

81. Mendecki A.J. Seismic Monitoring in Mines., London: Chapman and Hall, 1997.

82. Sobolev G. A., Ponomarev A.V., Koltsov A.V., Smirnow V.B. Simulation of triggered earthquakes in the laboratory // PAGEOPH, Vol. 147, № 2, 1996. P. 343-355.

83. Seismic sensors, 2008 / Электронный ресурс. / Режим досту-na:http://www.issi.co.za/Y27/prod27/sensors.htm, свободный. Загл. с экрана.

84. Data Acqusition units Overviewn, 2007 / Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.issi.co.za/Y27/prod27/data.htm, свободный. -Загл. с экрана.

Информация о работе

Бутырин, Павел Генрихович
кандидата технических наук
Пермь, 2012
ВАК 25.00.16

Диссертация

Разработка многоуровневой системы сейсмологического мониторинга на территории Верхнекамского месторождения калийных солей - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Разработка многоуровневой системы сейсмологического мониторинга на территории Верхнекамского месторождения калийных солей - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы