ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МАКСИМУМ. ИТОГИ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКОГО РЕГИСТРАТОРА «ЕРМАК-5» ЗА 2017-2018 ГОДЫ

  • П.Г. БУТЫРИН Горный институт УрО РАН

Аннотация

Сейсмологический мониторинг является одним из основных инструментов для оценки напряженно-деформированного состояния породного массива. Как на террито- рии ВКМКС, так и на других потенциально опасных объектах в настоящий момент ак- тивно используются современные цифровые системы сбора и обработки данных [1]. Ключевым элементом таких систем являются цифровые сейсмические регистраторы. В течение 2017 г. проводилось активное внедрение регистратора «Ермак-5», разработан- ного в «ГИ УрО РАН». В начале 2017 года были определены основные направления развития проекта: • снижение потребляемой мощности; • увеличение точности и достоверности временной синхронизации; • расширение числа каналов до девяти; • использование USB-подключения для копирования данных; • разработка методики испытания. К декабрю 2017 г. регистратор в исполнении «Поле» активно использовался для проведения геофизических исследований гидроразрыва пласта совместно с ПНГФ (Пермский край), а также при сейсмологическом мониторинге зоны Краснослободского разлома РУ-2 ОАО «Беларуськалий» (Республика Беларусь) [2]. На этих объектах име- ло большое значения низкое энергопотребление (от 0.32 Вт). Такие результаты были достигнуты благодаря корректировке алгоритма адаптивного управления модулем GPS/GLONASS [3]. В исполнении «Регион» регистратор «Ермак-5» активно используется при сейс- мологическом мониторинге ВКМКС (Пермский край). Именно здесь проходят основ- ные этапы полевых испытаний. Анализ многочисленных записей удаленных землетря- сений показал достоверность выравнивания времени при использовании GPS/GLONASS системы (рис 1). Рис. 1. Пример записи удаленного землетрясения системой сейсмологического мониторинга г. Березники 181 ----------------------- Page 182----------------------- В начале 2018 г. на 10ЮВП рудника СКРУ-2 была установлена локальная мони- торинговая сеть из пяти датчиков. Для передачи данных в центр сбора используется регистратор «Ермак-5» в исполнении «Шахта» с применением встроенного SHDSL- модуля. Цифровые данные передаются на компьютер сбора по телефонной линии дли- ной более 10 км с использованием регенератора на скорости 1Мбит/с. Эксплуатация регистратора на объекте с такими особенностями потребовала дополнительных иссле- дований и корректировок в части синхронизации времени по протоколу NTP. В резуль- тате доработки алгоритма выравнивания времени достигнута достаточная точность для работы прибора при частоте сбора данных до 2000 Гц (рис. 2). 0.2 с м 0.1 , а к ж р е д а з 0 я а н н е р е м з И -0.1 -0.2 0.04 с м , е е 0.02 н д е р с 0 е е щ я з ь л -0.02 о к С 0.6 с м 0.5 , а ц и н з а 0.4 р я а к с е 0.3 ч и т к а Ф 0.2 0.1 06:10:00 06:15:00 06:20:00 06:25:00 Время Рис. 2. Изменения хода времени и сопоставление записей двух одинаковых регистраторов при записи на частоте 2000 Гц Для увеличения числа каналов в конструкции регистратора предусмотрено стеки- рование плат аналого-цифрового преобразования (АЦП). Платы АЦП нового образца полностью совместимы с процессорными платами основных рабочих версий. Тестиро- вание приборов в различных режимах работы показало предельные технические воз- можности регистраторов (табл. 1). Величина кода встроенного программного обеспече- ния составляет 93% от максимума. Анализ предельных возможностей и величины кода указывает на приближение к технологическому максимуму при использовании данной аппаратно-программной платформы. 182 ----------------------- Page 183----------------------- Таблица 1 Зависимость выбора частоты дискретизации от числа используемых каналов, с учетом сохранения работы различных служб прибора На данный момент регистраторы в исполнении «Шахта» поддерживают подклю- чение по USB, при этом прибор, подключенный к персональному компьютеру, пред- ставляется как съемный диск, полностью доступный для записи и чтения. Регистрация в таком режиме не происходит, но можно манипулировать с данными и управлять кон- фигурацией, не доставая съемный накопитель из прибора. Использование специального защищенного USB-разъема позволяет полностью герметизировать регистратор. В течение 2017 г. разрабатывалась методика испытаний, которая в основном ориенти- рована на оптимальные подходы к быстрому и достоверному тестированию регистраторов в лабораторных условиях. В результате определены методы тестирования при помощи гене- ратора низкочастотных сигналов, GPS/GLONASS систем и NTP-серверов. На данный момент на различных объектах сейсмологического мониторинга постоянно работает 21 регистратор «Ермак-5»; для полевых работ используются 5 регистраторов в ис- полнении «Поле». Время постоянной работы на некоторых сейсмопавильонах составляет более 70 дней. По итогам корректировок встроенного программного обеспечения и лабора- торного тестирования производится своевременное обновление встроенного программного обеспечения на всех регистраторах в системах сейсмологического мониторинга. С учетом приближения к технологическому максимуму основное развитие проек- та направлено на повышение надежности и удобство пользования прибором.

Литература

  1. Бутырин П.Г. Модернизация систем сейсмологического мониторинга Верхнекамского месторождения калийных солей // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных: материалы 6-й Междунар. сейсмолог. шк. / ГС РАН [и др.]. - Обнинск, 2011. - С. 73-76.
  2. Дягилев Р.А. Влияние подземной разработки калийного месторождения на активность секущих тектонических нарушений / Дягилев Р.А., Богдан С.И., Барбиков Д.В. // Развитие систем сейсмологического и геофизического мониторинга природных и техногенных процессов на территории Северной Евразии: материалы Междунар. конф., посвященной 50-летию открытия Центральной геофизической обсерватории в г. Обнинске / отв. ред. А.А. Маловичко; ФИЦ ЕГС РАН. - Обнинск, 2017. - С. 30.
  3. Цифровой сейсмический регистратор «Ермак-5». Опыт разработки и внедрения / Бутырин П.Г., Верхоланцев Ф.Г., Верхоланцев А.В., Шулаков Д.Ю. // Сейсмические приборы. - 2018. - Т. 54, № 2. - C.5-18. DOI: 10.21455/si2018.2-1.
Опубликован
2018-10-01
Выпуск
Раздел
Статьи