Автоматизированная система сейсмического мониторинга Восточного рудника КФ АО «Апатит»: программно-аппаратные решения

Рассмотрено создание автоматизированной системы сейсмического мониторинга для промышленной площадки Восточного рудника КФ АО «Апатит» (АССМ ВР), которая расположена в Хибинском массиве Кольского полуострова. Сеть наблюдения включает 11 сейсмических станций, окружающих область двух карьеров: Коашва и Ньоркпахк. Регистрация колебаний осуществляется с помощью велосиметров HS-1, подключенных к регистраторам сейсмических сигналов «Ермак-5». Данные передаются в центр сбора и обработки в реальном времени с помощью сотовой связи. Для питания сейсмических станций используются автономные системы, основанные на ветрогенераторах. Чтобы максимизировать точность определения координат сейсмических событий для зоны наблюдения, была создана трехмерная модель среды, учитывающая как естественный рельеф, так и отработанное пространство. Физические свойства среды были уточнены согласно ранее полученным данным сейсмического профилирования и петрофизическим свойствам пород. Для того чтобы лоцировать сейсмические события, используя такую модель среды, были разработаны специальные алгоритмы, основанные на представлении среды в виде стохастического графа. В результате работы АССМ ВР за период 2020–2022 гг. были обнаружены зоны проявления естественной сейсмичности в области мониторинга. Накопление данных сейсмического мониторинга делает возможным наблюдение сезонных вариаций в сейсмической активности. Первые результаты работы системы зададут основу для решений, направленных на уменьшение рисков от влияния горных работ в карьерах Восточного рудника КФ АО «Апатит».

Асминг В. Э., Федоров А. В., Федоров И. С., Онуприенко В. С., Стрешнев А. А. Автоматизированная система сейсмического мониторинга Восточного рудника КФ АО «Апатит»: программно-аппаратные решения // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 8. – С. 45–62. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_8_0_45.

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (№ 075-01471-22).

Асминг Владимир Эрнестович¹ — канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: AsmingVE@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-3317-2488,
Федоров Андрей Викторович¹ — канд. физ.-мат. наук, директор, e-mail: Afedorov@krsc.ru,
Федоров Иван Сергеевич¹ — младший научный сотрудник, e-mail: IFedorov@krsc.ru,
Онуприенко Вячеслав Сергеевич² — главный инженер, e-mail: VOnuprienko@phosagro.ru, ORCID ID: 0000-0002-2153-8585,
Стрешнев Анатолий Александрович² — начальник службы прогноза и предотвращения горных ударов, e-mail: astreshnev@phosagro.ru, ORCID ID: 0000-0003-0343-4480,
¹ Кольский филиал Федерального исследовательского центра «Геофизическая служба» РАН (КоФ ФИЦ ЕГС РАН),
² Кировский филиал АО «Апатит».

Федоров А.В., e-mail: Afedorov@krsc.ru.

1. Пожиленко В. И., Гавриленко Б. В., Жиров Д. В., Жабин С. В. Геология рудных районов Мурманской области. — Апатиты: КНЦ РАН, 2002. — 359 с.

2. Козырев А. А., Панин В. И., Савченко С. Н. Геомеханические исследования и обоснования при ведении горных работ на Кольском полуострове / Формирование основ современной стратегии природопользования в Евро-Арктическом регионе. — Апатиты: КНЦ РАН, 2005. — С. 122—132.

3. Марков Г. А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива. — Л.: Наука, 1977. — 213 с.

4. Семенова И. Э. Исследование трансформации напряженно-деформированного состояния Хибинской апатитовой дуги в процессе крупномасштабной выемки полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 4. — С. 300—313.

5. Козырев А. А., Панин В. И., Савченко С. Н., Козырев С. А., Мальцев В. А., Рыбин В. В., Тимофеев В. В., Федотова Ю. В., Паничкин С. А., Каспарьян Э. В., Ловчиков А. В., Кузьмин И. А., Енютин А. Н., Семенова И. Э., Завьялов А. Д., Смирнов В. Б., Свинин В. С., Аккуратов М. В. Сейсмичность при горных работах. — Апатиты: КНЦ РАН, 2002. — 325 с.

6. Козырев А. А., Аккуратов М. В., Федотова Ю. В., Жукова С. А. Влияние обводненности пород на сейсмичность / Комплексные геолого-геофизические модели древних щитов: Труды Всероссийской (с международным участием) научной конференции. — Апатиты: ГИ КНЦ РАН, 2009. — С. 243—247.

7. Козырев А. А., Федотова Ю. В., Аккуратов М. В., Жукова С. А. Взаимосвязь обводненности пород и сейсмичности в зоне стыковки подземного рудника и карьера / Проблемы и тенденции рационального и безопасного освоения георесурсов: Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 50-летию Горного института КНЦ РАН. — Апатиты: ООО «Реноме», 2011. — С. 385—390.

8. Zhukova S., Korchak P., Streshnev A., Salnikov I. Geodynamic rock condition, mine workings stabilization during pillar recovery at the level +320 m of the Yukspor deposit of the Khibiny / Problems of Complex Development of Georesources. VII International Scientific Conference. 2018, vol. 56. DOI: 10.1051/e3sconf/20185602022.

9. Журавлева О. Г. Кластеризация сейсмических событий в условиях удароопасных месторождений Хибинского массива // Проблемы недропользования. — 2017. — № 1(12). — С. 14—20. DOI: 10.18454/2313-1586.2017.01.014.

10. Аккуратов М. В. Сейсмический мониторинг на рудниках ОАО «Апатит» / Проблемы и тенденции рационального и безопасного освоения георесурсов: Cборник докладов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 50-летию Горного института КНЦ РАН. — Апатиты: ООО «Реноме», 2011. — С. 374—379.

11. Корчак П. А., Жукова С. А., Меньшиков П. Ю. Становление и развитие системы мониторинга сейсмических процессов в зоне производственной деятельности АО «Апатит» // Горный журнал. — 2014. — № 10. — С. 42—46.

12. Fedorov A. V., Asming V. E., Jevtjugina Z. A., Prokudina A. V. Automated seismic monitoring system for the European Arctic // Seismic Instruments. 2019, vol. 55, pp. 17—23. DOI: 10.3103/S0747923919010067.

13. Kremenetskaya E., Asming V., Ringdal F. Seismic location calibration of the European Arctic // Pure and Applied Geophysics. 2001, vol. 158, pp. 117—128. DOI: 10.1007/PL00001151.

14. Аккуратов М. В., Асминг В. Э., Виноградов Ю. А., Корчак П. А. Объединенная система контроля состояния Хибинского горного массива на базе сетей сейсмических станций Кольского филиала ГС РАН и ОАО «Апатит» / Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных: Материалы Шестой Международной сейсмологической школы. — Апатиты: ФГБУН ГС РАН, 2011. — С. 7—10.

15. Asming V. E., Fedorov A. V., Korchak P. A., Motorin A. Yu. LORS2 software package for monitoring the seismicity of the Khibiny massif: Construction principles and basic algorithms // Seismic Instruments. 2021, vol. 57, pp. 27—37. DOI: 10.3103/S0747923921010059.

16. Kortström J., Uski M., Tiira T. Automatic classification of seismic events within a regional seismograph network // Computers & Geosciences. 2016, vol. 87, pp. 22—30. DOI: 10.1016/ j.cageo.2015.11.006.

17. Tiira T., Uski M., Kortström J., Kaisko O., Korja A. Local seismic network for monitoring of a potential nuclear power plant area // Journal of Seismology. 2016, vol. 20, pp. 397—417. DOI: 10.1007/s10950-015-9534-8.

18. Шулаков Д. Ю., Бутырин П. Г., Верхоланцев А. В. Сейсмологический мониторинг Верхнекамского месторождения: задачи, проблемы, решения // Горный журнал. — 2018. — № 6. — С. 25—29. DOI: 10.17580/gzh.2018.06.05.

19. Verkholantsev A. V., Dyagilev R. A., Shulakov D. Y., Shkurko A. V. Monitoring of earthquake loads from blasting in the shakhtau open pit mine // Journal of Mining Science. 2019, vol. 55, pp. 229—238. DOI: 10.1134/S1062739119025503.

20. Verkholantsev A. V., Verkholantsev P. G. Complex technique of assessment of seismic effects of blasting // 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference: SGEM 2018. 2018, vol. 18, no. 1.1, pp. 715—722. DOI: 10.5593/sgem2018/1.1/S05.090.

21. Verkholantsev A. V., Tsvetkov R. V., Muriskin A. S., Pyatkov D. S. Deformation and seismic monitoring of a residential building located in the subsidence zone above mining // Seismic Instruments. 2021, vol. 57, pp. 730—741. DOI: 10.3103/S0747923921060074.

22. Шулаков Д. Ю., Верхоланцев Ф. Г., Зверева А. С. Технология детального сейсмологического мониторинга на примере наблюдений в зоне Краснослободского разлома Старобинского месторождения калийных солей / Инженерная и рудная геофизика 2020: 16-я научно-практическая конференция совместно с семинаром «Инженерная и рудная геология 2020». — Пермь: OOO «ЕАГЕ Геомодель», 2020. — С. 41. DOI: 10.3997/22144609.202051057.

23. Butyrin P. G., Verkholantsev F. G., Verkholantsev A. V., Shulakov D. Y. Digital Seismic Logger «Ermak-5». Experience of Development and Implementation // Seismic Instruments. 2019, vol. 55, no. 2, pp. 117—128. DOI: 10.3103/S0747923919020051.

24. Butyrin P., Shulakov D., Verkholantsev P., Verkholantsev A., Kichigin M. Seismic recorder «Ermak-5» as the part of the system of seismological monitoring of Verkhnekamskoe potash deposit // 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference: SGEM 2018. 2018, vol. 18, no. 1.1, pp. 963—970. DOI: 10.5593/sgem2018/1.1/S05.120.

25. Асминг В. Э., Федоров А. В., Прокудина А. В. Программа для интерактивной обработки сейсмических и инфразвуковых записей LOS // Российский сейсмологический журнал. — 2021. — Т. 3. — № 1. — С. 27—40. DOI: 10.35540/2686-7907.2021.1.02.

26. Jin P., Zhang C., Shen X., Wang H., Pan C., Lu N., Xu X. A novel technique for automatic seismic data processing using both integral and local feature of seismograms // Earthquake Science. 2014, vol. 27, no. 3, pp. 337—349. DOI: 10.1007/s11589-014-0084-x.

27. Withers M., Aster R., Young C., Beiriger J., Harris M., Moore S., Trujillo J. A comparison of select trigger algorithms for automated global seismic phase and event detection // Bulletin of the Seismological Society of America. 1998, vol. 88, no. 1, pp. 95—106. DOI: 10.1785/ BSSA0880010095.

28. Vinogradov Yu., Kozyrev A., Asming V. New 3D velocity model of the Khibiny and Lovozero mountain massifs for accurate location of rock bursts and explosions in underground mines and quarries // 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2015. Albena, Bulgaria. 2015, pp. 1051—1058. DOI: 10.5593/SGEM2015/B13/S5.136.

29. Асминг В. Э., Виноградов Ю. А., Прокудина А. В. Моделирование сейсмической локации в трехмерных средах // Вестник Мурманского государственного технического университета. — 2013. — Т. 16. — № 4. — С. 644—649.

30. Dijkstra E. W. A note on two problems in connexion with graphs // Numerische Mathematik. 1959, vol. 1, pp. 269—271.