Специалисты Московского института электроники и математики имени А.Н. Тихонова ВШЭ совместно с Институтом проблем комплексного освоения недр имени академика Н.В. Мельникова РАН разработали новую математическую модель мониторинга подземных вибраций. Технология предназначена для определения источника опасных колебаний грунта в режиме реального времени и может использоваться для снижения риска повреждения зданий, дорог и инженерной инфраструктуры, расположенной рядом с карьерами и шахтами. Результаты работы опубликованы в журнале «Горная промышленность».
Читайте: Россиянам готовят новые запреты: что изменится уже в ближайшее время
Подземные вибрации возникают при различных видах деятельности, включая буровые взрывы и эксплуатацию тяжелой горной техники. Такие колебания способны распространяться на сотни метров, постепенно воздействуя на окружающие объекты. Особую опасность представляют низкочастотные волны, которые распространяются на большие расстояния, могут входить в резонанс со зданиями и провоцировать образование трещин даже при сравнительно слабом воздействии.
Дополнительную сложность создает наличие сразу нескольких источников вибрации. Помимо карьеров и шахт, на результаты измерений влияют строительные работы, транспорт и различная техника, работающая в населенных пунктах. Из-за фонового шума и большого количества источников колебаний специалистам бывает трудно определить происхождение конкретного сигнала, поэтому одной из ключевых задач мониторинга остается точное установление его источника.
Для решения этой проблемы ученые предложили систему на основе малоапертурной сейсмической антенны. В отличие от традиционных подходов, использующих либо разветвленные сети датчиков, либо одиночные измерительные станции, новая разработка сочетает компактность и возможность точного определения направления на источник вибрации. Система состоит из группы датчиков, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Они одновременно регистрируют колебания грунта, после чего специальные алгоритмы анализируют поступающие сигналы и определяют направление распространения волн.
По данным исследователей, такая схема позволяет отличать взрывы на горных предприятиях от работы тяжелой техники или локальных источников шума рядом с жилой застройкой. Для оценки эффективности технологии было проведено моделирование распространения сейсмических волн и испытана антенна, состоящая из десяти датчиков. Расчеты показали, что на расстоянии более 10 метров погрешность определения параметров сигнала не превышает 7%, а на дистанциях свыше 50 метров сокращается до 4%. Высокая точность сохраняется даже при значительном уровне фоновых помех.
Один из авторов исследования, профессор МИЭМ ВШЭ и заведующий лабораторией контроля и мониторинга ИПКОН РАН Сергей Нефедов отметил, что разработка ориентирована не только на регистрацию вибраций, но и на предупреждение возможных последствий. По его словам, система позволяет определить источник опасного воздействия, оценить риск и получить необходимую информацию быстро и с высокой точностью даже при наличии нескольких источников колебаний.
Благодаря компактным размерам оборудование можно размещать рядом с жилыми домами, автомобильными дорогами и промышленными объектами. Такой подход снижает затраты на установку, обслуживание и прокладку коммуникаций. Кроме того, технология не требует применения сложных методов обработки данных, которые традиционно используются в сейсмологии.
Авторы проекта считают, что в дальнейшем подобные системы могут стать частью интеллектуальных комплексов экологической безопасности. Предполагается, что данные от датчиков будут автоматически передаваться в цифровые системы управления, способные рекомендовать изменение режима работы техники, корректировку взрывных работ или установку защитных сооружений. Один из авторов исследования, аспирант департамента электронной инженерии МИЭМ ВШЭ Максим Икренников сообщил, что следующим этапом станет интеграция мониторинга в системы управления промышленными объектами для использования данных о вибрациях при принятии решений в режиме реального времени.
По мнению разработчиков, технология может применяться не только на горнодобывающих предприятиях. Ее также рассматривают для использования на крупных строительных площадках, возле транспортных магистралей, тоннелей и других объектов, где требуется постоянный контроль подземных колебаний и своевременное предотвращение возможных повреждений.
Читайте также:
- Россиянам грозят новые начисления за ЖКХ: вступили в силу важные изменения
- Пенсии в России резко вырастут с 1 августа: кто получит прибавку уже летом
- Раскрыт главный секрет отношений: секс оказался не таким важным, как считалось
