1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28838
(51) E21C 41/00 (2006.01)
G01V 1/00 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0894.1
(22) 02.07.2013
(45) 15.08.2014, бюл. №8
(72) Сатов Мухамбет Жунисбаевич; Абаканов
Танаткан; Ли Анатолий Николаевич; Садыров
Русланжан Каримжанович
(73) Товарищество с ограниченной
ответственностью "Институт сейсмологии"
(56) Патент US6219620 B1, кл.G01V 1/22, 1704.2001
(54) СПОСОБ МОНИТОРИНГА
СЕЙСМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
СТРАТЕГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
(57) Изобретение относится к геофизике и
геомеханике, и может быть использовано для
прогнозирования сейсмических событий на
исследуемой территории, а также для обеспечения
безопасных условий разработки полезных
ископаемых.
Использование изобретения позволит повысить
диагностику контроля исследуемых территорий
современными средствами мониторинга,
включающими в себя комплексную систему
непрерывных сейсмометрических наблюдений за
состоянием природной среды с целью выявления
негативных изменений и выработки рекомендации
по их устранению.
Техническим результатом является повышение
контроля на исследуемых территориях с целью
предотвращения и снижения негативных
последствий от возможных обрушений в результате
техногенных или природных угроз.
Разработанный способ направлен на
своевременный прогноз и предотвращение
аварийных ситуаций, путем своевременного
проведения необходимых профилактических
мероприятий.
(19)KZ(13)A4(11)28838
2. 28838
2
Изобретение относится к геофизике и
геомеханике, и может быть использовано для
прогнозирования сейсмических зон на
месторождении, а также для обеспечения
безопасных условий разработки исследуемых
территорий.
Использование изобретения позволит повысить
диагностику контроля исследуемых территорий
современными средствами мониторинга,
включающими в себя комплексную систему
периодических наблюдений за состоянием
природной среды с целью выявления негативных
изменений и выработки рекомендации по их
устранению.
Техническим результатом является повышение
контроля на исследуемых территориях с целью
предотвращения и снижения негативных
последствий от возможных техногенных
землетрясений.
Известен способ сейсмического мониторинга, в
алгоритме которого дополнительно введена
операция вычисления энергии сейсмических волн с
последующей регистрацией результата вычисления
в точке измерения за некоторый, заранее
установленный интервал времени, выбираемый в
зависимости от полосы частот регистрируемых
сигналов и длительности затухания сейсмической
волны до фонового уровня при импульсном
воздействии. Для выполнения данной функции в
полевую сейсморегистрирующую аппаратуру
вводится дополнительный блок вычисления
энергии. Технический результат: повышение
оперативности передачи сейсмических данных в
пункт сбора и обработки и увеличение длительности
работы полевых регистрирующих аппаратов в
автономном режиме (Патент РФ 2265867).
Недостатком данного способа является то, что он
не дает полной сейсмической информации,
особенно, если приоритетной является задача
оперативного контроля временных изменений
активности сейсмического поля исследуемого
участка, например, наблюдения за производством
карьерных взрывов, в частности, если карьер
расположен на недостаточном расстоянии от жилых
или промышленных сооружений.
Известен способ сейсмического мониторинга, в
котором используется известная полевая
сейсморегистрирующая аппаратура, например,
описанная в работе (Patent US 6219620 В1), в состав
которой входят последовательно соединенные
сейсмический датчик, блок усиления и фильтрации,
аналого-цифровой преобразователь, блок памяти
для временного хранения информации и блок
передачи цифровых данных в пункт сбора и
обработки. Работой всех блоков, кроме
сейсмического датчика, руководит контроллер
управления. Функциональное назначение блоков
известно и в дополнительном описании не
нуждается.
Недостатком данного способа является
невозможность получения комплексной оценки
состояния залежей месторождений полезных
ископаемых.
Задача изобретения состоит в создании способа
мониторинга и прогнозирования землетрясения,
позволяющего регистрировать и непрерывно
контролировать сейсмическую активность на
исследуемых территориях.
Технический результат основан на практической
реализации методов геодинамического контроля, на
основе регистрации происходящих на исследуемой
территории сейсмических процессов с помощью
аппаратно-программного комплекса
предназначенного для выявления и непрерывного
контроля за поведением зон повышенной
интенсивности геодинамических процессов.
Обеспечение непрерывного контроля позволяет
своевременно спрогнозировать и предупредить
аварийную ситуацию, проведя необходимые
профилактические мероприятия.
Сущностью изобретения является выявление
сейсмически активных областей и слежение за
ними. Основными параметрами сейсмических
наблюдений являются амплитуда скорости
смещения и энергия сейсмических колебаний.
Сейсмическая информация позволяет оперативно
проследить во времени процесс появления, развития
и накопления дефектов на различных участках
исследуемой территории.
Последовательность действий при создании
системы мониторинга:
- определение территории осуществления
мониторинга;
- выбор средств мониторинга;
- определение оптимального количества пунктов
наблюдения;
- разработка схемы размещения пунктов
наблюдения;
- устройство пунктов наблюдения;
- пробный запуск системы;
- работа системы в непрерывном режиме с
получением необходимой информации;
- обработка получаемых данных;
- выдача рекомендаций по дальнейшей
эксплуатации территории. Основные условия для
создания системы мониторинга:
- оптимальное размещение сейсмической
аппаратуры с повышенной пространственно-
временной детальностью наблюдений в районе
рассматриваемого объекта;
- построение системы контроля по модульному
принципу, используя стандартные аппаратурно-
технические средства;
- регистрация сейсмических процессов и их
проявлений в форме местных и транзитных
природных землетрясений, а также техногенных и
индуцированных землетрясений различной
интенсивности;
- проведение непрерывных наблюдений;
- получение сейсмической информации, прием и
передача;
- анализ и обработка;
- создание базы данных;
- надежный контроль условий возникновения и
развития сейсмических явлений.
3. 28838
3
В качестве системы сбора и передачи
информации используется разработанный
аппаратурный комплекс (Фиг.1), предназначенный
для регистрации и непрерывного контроля
сейсмической активности на исследуемых
территориях.
Разработанный способ направлен на
своевременный прогноз и предотвращение
аварийных ситуаций, путем своевременного
проведения необходимых профилактических
мероприятий.
Аппаратурный комплекс состоит из двух частей -
полевой, представленной сейсмопавильонами 1 и
лабораторной 2 - центра сбора и обработки
информации (ЦСО).
В сейсмопавильоне 1 располагается
измерительно-регистрирующий комплекс
(сейсмологический деформационный и т.д.)
состоящий из датчика -(ов) 3 и выносного модуля 4,
аккумулятора 5, обеспечивающего бесперебойную
работу аппаратуры, система беспроводной передачи
связи (GPS-антенна) 6. Количество станций и
соответственно сейсмических павильонов в системе
мониторинга зависит от размеров контролируемой
площади и должно обеспечить представительную
регистрацию землетрясений. Минимальное
количество сейсмических регистраторов в сети
мониторинга не менее 4, что продиктовано
необходимостью определения параметров
зарегистрированного сейсмического события
(координаты эпицентра, время в очаге,
энергетическая характеристика).
В каждом сейсмопавильоне производится
непрерывный прием информации, поступающей от
датчиков 3, ее усиление, преобразование в
цифровую форму с помощью выносного модуля 4 и
передача через систему беспроводной передачи
связи в ЦСО по радиотелеметрическому каналу
(РТК). Таким образом, от каждого сейсмопавильона
по РТК в ЦСО передается сумма 3 сейсмических
сигналов (X, Y, Z компоненты), преобразованных в
цифровую форму.
В ЦСО информация от всех сейсмопавильонов
«привязывается» к точному времени, преобразуется
и вводится в локальную компьютерную сеть (ЛКС),
образованную двумя персональными
компьютерами. Локальная сеть обеспечивает
выделение полезной информации (взрывы,
землетрясения, горные удары), ее регистрацию и
обработку с определением координат гипоцентров
событий и их энергетического класса.
Сейсмоприемники должны располагаться на
специальных заглубленных площадках с целью
исключения микросейсм, а в необходимых случаях в
шурфе или скважине с помощью металлического
ящика с открытым дном. Сейсмоприемник
устанавливается на бетонном постаменте
(0,5×0,5×0,5м) и должен иметь защиту от попадания
влаги и пыли.
При создании полигона сейсмические станции по
возможности не должны располагаться в линию для
повышения точности определения параметров
землетрясения. Датчики станции размещаются в
местах с низким фоном сейсмических полей, что
позволит реализовать высокую чувствительность
сейсмических каналов.
Большинство предлагаемых сейсмических
измерительных систем -специальные, которые
изготавливаются лишь в небольших количествах.
Характерными основными значениями таких систем
являются:
Скорость считывания 100÷1000
считываний в секунду
Динамика 12÷16 Бит
Число каналов 1÷20.
При организации сейсмического мониторинга
необходимым условием выполнения
сейсмометрических наблюдений является выбор
базы измерений.
Выбор расстояния между полевыми пунктами
основан на определении радиуса реальной
чувствительности R4, который зависит от
энергетического класса регистрируемого события и
уровня помех. Это расстояние устанавливается из
следующего выражения:
,9/2 22
пpсч AVЕR τπρ τ≤ м, (1)
где Rч - радиус чувствительности, м;
Ес - энергия сейсмического события, Дж;
ρ - плотность среды, кг/м3
;
Vp - скорость распространения продольной
волны, м/с;
τ - длительность колебаний события, с;
Ап амплитуда скорости смещения волн-помех, м/с.
Комплекс аппаратурных средств сейсмического
мониторинга адаптирован к условиям
месторождения полезных ископаемых с решением
вопросов конфигурации сети наблюдений, точной
локации сейсмических событий и интерпретации
получаемой оперативной информации.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ мониторинга сейсмической безопасности
стратегических объектов, включающий в себя сбор
и передачу информации, отличающийся тем, что
мониторинг сейсмической безопасности
стратегических объектов осуществляют методом
организации непрерывного сейсмометрического
контроля на аппаратно-программном комплексе, на
котором разрабатывают схему размещения
сейсмопавильонов, проводят непрерывное изучение
интенсивности геодинамических процессов,
анализируют и обрабатывают данные, создают базу
полученных данных, передают эти данные по
беспроводной связи, и определяют радиус реальной
чувствительности по выражению:
,9/2 22
пpсч AVЕR τπρ τ≤ м,
где Rч - радиус чувствительности, м;
Ес - энергия сейсмического события, Дж;
ρ - плотность среды, кг/м3
;
Vp - скорость распространения продольной
волны, м/с;
τ - длительность колебаний события, с;
Ап амплитуда скорости смещения волн-помех, м/с.
