Автоматизированные системы геомеханического контроля состояния массива горных пород.

В основу созданных систем контроля положены методы, которые подразделяются на две большие группы:

- группа прямых деформационных методов, когда измеряемыми параметрами являются деформации пород (иногда элементов крепи) и их производные - перемещения, наклоны, кривизны, конвергенция, нагрузки или напряжения;

- группа косвенных измерений геофизическими методами, главным образом, сейсмическим, сесмоакустическим; реже - электрометрическим, ультразвуковым, радиометрическим, гравиметрическим.

Также все разработанные и применяющиеся системы подразделяются с точки зрения скорости контролируемых процессов:

- контроля медленно протекающих процессов - статических и квазистатических;

- контроля динамических процессов.

Наконец, системы резко различаются по способу передачи информации от первичных датчиков к регистрирующей и обрабатывающей аппаратуре:

- системы, использующие проводную связь (их большинство);

- системы, использующие радиосвязь;

- системы, в которых применяются оба вида связи, в частности, от датчиков к регистрирующей аппаратуре - радиосвязь, далее к вычислительному центру - проводная; или наоборот, сначала проводная, а затем радиосвязь.

 

Рассмотрим одну из автоматизированных систем, которая в настоящее время эксплуатируется на рудниках Хибинских апатитовых месторождений (ОАО "Апатит").

Система создана с целью контроля за состоянием и поведением массива горных пород на глубоких горизонтах апатитовых рудников и предназначена для автоматического сбора, преобразования, анализа и отображения информации о сейсмической активности массива, возбуждаемой динамическими проявлениями горного давления С учетом цели, а также специфики условий работы системы комплекс технических средств включает в себя:

сейсмометрические каналы, состоящие из аппаратуры сбора информации и средств передачи ее в вычислительный центр;

аппаратуру приема и аналоговой обработки информации;

средства вычислительной техники (комплекс ИВК-3), обеспечивающие накопление и обработку информации; устройства отображения входной и выходной информации;

средства контроля системы.

При этом функционирование комплекса технических средств заключается в приеме сейсмических колебаний, преобразовании их в электрические сигналы достаточного уровня и мощности и передачи их в вычислительный центр. Аппаратура приема и аналоговой обработки сигналов обеспечивает частотную фильтрацию принимаемой информации, восстановление сейсмического фона по каждому каналу регистрации и выделение полезных сигналов, в результате чего осуществляется формирование запросов на ввод в ЭВМ. Информация вводится через модули аналого-цифрового преобразования и коммутации и после обработки накапливается в буфере исходных данных на магнитном диске. Одновременно осуществляется управление каналами аппаратурного выделения полезных сигналов, накапливаемая информация анализируется, результаты обработки образуют базу данных на магнитной ленте и выводятся в виде протокола наблюдений на устройстве широкой печати. Кроме того, на планшетный построитель выводится карта сейсмоактивности зоны наблюдения с отметками зафиксированных сейсмособытий.

Комплекс технических средств размешается в сейсмопунктах, охватывающих контролируемую зону, и в вычислительном центре. Сейсмопункты оборудованы в технологических нишах и камерах откаточных горизонтов. Выбор расположения сейсмопунктов на контролируемой зоне осуществлен из условий заданной точности регистрации источников сейсмовозмущений, в данном случае в точках, удаленных друг от друга не более чем на 500 м.

Вычислительный центр располагается на расстоянии 2,5 км от наиболее удаленного сейсмопункта и связан с пунктами кабельными линиями, по которым осуществляются передача информации, а также электропитание оборудования сейсмопунктов и дистанционный контроль оборудования.

На каждом сейсмопункте установлен трехкомпонентный комплект серийных маятниковых сейсмоприемников СМ-ЗКВ с встроенными усилителями, питание которых осуществляется по кабельной линии напряжением 24 В постоянного тока. На рис 9.1 показан общий вид регистрирующей аппаратуры и схема гор +252 м Кировского рудника (ОАО "Апатит") с эпицентрами динамических проявлений горного давления, полученная на графопостроителе в автоматическом режиме работы системы.

а Фото, рис. 43 а, стр. 121 «Основы мех.г.п.»

 

Рис. 9.1. Аппаратура сбора и первичной обработки сейсмической информации (а) и схема гор +252 м Кировского рудника ОАО "Апатит" с эпицентрами динамических проявлений горного давления (б), зарегистрированными автоматической системой контроля состояния массива.

1,2 - энергия сейсмических явлений соответственно менее 10³ Дж и 10³ - 10⁴ Дж.

 

В целом следует отметить, что разработка и внедрение автоматизированных систем непрерывного контроля состояния горных пород в выработках являются принципиально новым этапом развития геомеханики и в составе комплексов геодинамического мониторинга уже в ближайшем будущем должны обеспечить получение качественно новой информации о процессах и явлениях в массивах горных пород.