工程灾害监测预警

力软公司为岩土和地下工程、水利工程、石油工程、桥梁隧道工程等领域的项目提供包括MMS微震监测、RFPA分析预警、三维虚拟展示、远程技术诊断为一体的工程灾害监测预警整体解决方案。涵盖的范围包括但不限于工程现场考察规划、系统设计、系统构建、设备安装、技术培训、建模服务等。

相比传统的微震监测,力软科技可深度开展基于数值模拟的工程灾害预警防治工作。将微震监测获取的大量参数数据,基于岩体损伤后的力学参数,导入RFPA三维有限元模型进行反演计算,形成微震事件和三维模型对应,不仅精确反映出当前工程灾害的演化过程,同时可以预测岩体变形发展趋势,实现对未来工程灾害事件的准确预报。

多年来,力软公司与多家岩土领域知名院所合作,聘请国内外知名专家作技术顾问,承担了多项国家级重大工程项目的分析、监测服务,并获得了中国岩石力学与工程学会科学技术进步“特等奖”等多项技术奖项,已形成一支具有精湛专业技术的工程安全监测、分析和预警的高素质技术团队。




微震监测系统(Micro-seismic Monitoring System) [简称:MMS]

MMS(配置MMS-View三维中文可视化软件的ESG微震监测系统)是用于监测岩体在变形和破裂过程中以微弱地震波(里氏三级以下)的形式发生的微震事件,利用现代计算技术、通讯技术、GPS 授时精确定位技术、可视化技术,在三维空间中实时地确定岩体中微震事件发生的时间、位置和量级(时空强),从而对岩体的变形活动范围及其稳定性做出安全评价的监测系统。MMS系统由Paladin信号采集系统、Hyperion数字信号处理系统、加速度传感器阵列和基于远程网络传输的MMS-View三维中文可视化分析系统组成。MMS系统是集成现代强大的计算机技术与信号采集处理技术的高精度微震监测系统,能够实现准确、快速确定岩体微破裂发生时的时刻、位置和性质,即地球物理学中所谓的“时、空、强”三要素,具有远距离、动态、三维、实时监测的特点。根据岩体微破裂的大小、集中程度、破裂密度,工程师可推断岩石宏观破裂的发展趋势,实现岩体工程灾害的分析预警。因此,MMS系统可广泛应用于矿山工程、水利工程、土木工程、环境地质、核废料废气地质储存等公共安全领域中岩体稳定性的短期和长期监测,是一套集硬件和软件于一体的大型实时监测和预警系统。


MMS是利用声学、地震学、地球物理学原理和计算机强大的计算功能来实现微震事件的精确定位和级别判定。是一款集硬件及软件于一体的大型岩土工程灾害监测、分析和预警系统。广泛应用于采矿、边坡、隧道、桥梁、石油勘探、建筑地下工程、大坝等多种领域的稳定性监测。是岩土工程监测和预警系统的重要组成部分。

MMS系统采用加拿大ESG公司的Paladin信号采集系统、Hyperion数字信号处理系统、加速度传感器阵列和力软科技专门为MMS研发的基于远程网络传输的三维中文可视化分析系统MMS-View组成。


目前, MMS系统在国内各个工程领域获得了广泛的应用,尤其是用于煤矿动力灾害的监测预警、高陡岩质边坡稳定性监测预警、深埋隧道岩爆监测预警等方面,并得到了大力推广。用户主要的包括:淮南矿业集团、陕西煤化工集团、济南张马屯铁矿、唐钢石人沟铁矿、锦屏一级水电站、锦屏二级水电站、大岗山水电站以及东北大学、大连理工大学、北京科技大学、成都理工大学等多所高校及企业用户。 


MMS微震监测系统主要功能:

(1) 实时、连续地采集岩体工程现场产生的各种微破裂触发的信号数据,允许用户查看并随时重新处理从远程站点采集到的数据

(2) 自动纪录、显示并永久保存微震事件的波形数据

(3) 系统采用震源的自动与人工双重拾取,可进行震源定位校正与各种震源参数的计算,并实现事件类型的自动识别

(4) 可利用软件的滤波处理器、阈值设定与带宽检波功能等多种方式,修整事件波形并剔除噪声事件

(5) 利用批处理手段可处理多天产生的数据列表

(6) 可导入待监测范围内的岩体、巷道等几何三维图形,提供可视化三维界面,实时、动态地显示产生的微震事件的时间、位置、震级等震源信息,并可查看历史事件的信息以及实现监测信息的动态演示

(7) 在交互式三维显示图中,可进行事件的重新定位

(8) 可选择用户设定时间范围内的、所需查看的各种事件类型,并输出包括事件定位图、累积事件数以及各种震源参数的MS WORD或MS EXCEL报告,用户可根据需要查看事件信息

(9) 可对微震数据进行过滤并定期打包保存。



MMS微震监测系统应用范围:

土木工程

        微震设备,可以用于监测地下洞室,隧道及结构。由于系统的灵活性,可以从地表,溶洞或隧道内部进行传感器安装。ESG可为短期的风险评估提供方便快捷的系统配置,也能够提供集成的监测方案,从而自动采集其它类型的土木工程数据,用于测量地层移动,水压,应力及应变。 

大坝监测

      Paladin微震记录仪或Paladin加速度仪用于监测大坝结构。通过系统,记录并定位能够显示内部及结构有问题的裂纹。连接在网络配置(HNAS)内的Paladin微震记录仪用于监测大坝水库。在区域图上记录,定位并绘制发生在水库流域或大坝/岩石界面周围的微震事件。 

隧道及边坡稳定性

      Paladin微震记录仪适用于探测与岩石结构相关的破裂。此系统记录并定位在应力与应变过程中出现的微裂纹,然后通过使用这些数据及其它土工数据(模型,岩石特性等)来评估结构的稳定性。与监测仪器相结合,自动收集整套的土工数据。 

采矿

      监测人工诱发的地震活动,从而提供活化过程,应力条件及再分布,裂缝运移方面的信息。微震监测系统能够有效地跟踪岩体对开挖的响应。岩体响应方面的信息关系到规划及风险评估。 

地下监测

      微震监测系统能够对地下金,银,钯,铜,镍,钾,煤,盐,天然碱,石灰石矿山进行监测,用于各种采矿活动,如崩落,垂直回采,无底柱分段崩落,矿块崩落等。 
      在地下及/或地面安装一组微震传感器,用于检测地面振动。Paladin微震记录仪用于获取与采矿应力相关的微震事件信号。通过Hyperion微震软件包,实时定位并绘制这些事件。 
      来自系统的实时信息可应用于如下方面: 
      确定地面震动的位置,时间及规模;

  评估煤柱及溜井的稳定性;

  测量由爆破或大事件引起的最大峰粒地面速度及加速度;

  辨别活性断裂及断层;    

  帮助识别潜在爆破或冒顶灾害发生区;

  跟踪崩落前缘扩张。 

露天矿

     微震系统能够对露天矿高边坡的稳定性进行监测。 
     在地下及/或地面安装一组微震传感器,用于检测地面振动。Paladin微震记录仪用于获取与采矿应力相关的微震事件信号。远程太阳能与中继站以太网无线通讯用于把连续的微震数据传输至中心办公室。通过Hyperion微震软件包,实时定位并绘制这些数据。 
      来自系统的实时信息可应用于如下方面: 
      确定地面震动的位置,时间及规模。 
      评估边坡稳定性 
      测量由爆破或大事件引起的最大峰粒地面速度及加速度。 
      辨别活性断裂及断层。 
      帮助识别潜在爆破或冒顶灾害发生区。 
      跟踪崩落前缘扩张。

地下储气库(液化石油气)

      在许多液化石油气现场安装HMSI及Fortress应力监测系统。通常需安装12至16个微震加速度仪,从而使溶洞的地震覆盖区域分辨率提高。操作员实时地对发生在溶洞的所有地震活动进行3D事件定位显示。在溶洞的周围各点大约安装16个压力计,从而产生静水压力。这些压力能够自动被系统收集并通过图形向操作员显示。 

核废料贮存库

      微震监测可实现研究长期地下存储核废料的可行性。微震监测系统在确定存储废料的地下结构长期稳定性方面起到关键性作用。
      Hyperion微震监测系统用来表征溶洞周围的应力分布。Hyperion超声系统用于表征微破裂发展及岩石特性。可在实验室环境或地下测试现场对系统进行应用。然后把来自系统的数据用于标定土木工程模型。 

石油

应用于石油的4D微震监测,微震传感器临时安装在与处理井临近的井内。记录与断裂相关的微震事件,并能够通过软件进行实时定位及绘制。分析软件的功能如下: 
      稳健估计裂纹尺寸及方位角 
      观察随时间而变化的裂纹,以裂纹的实时图像为依据。 
      优化裂纹设计;如,时间,体积,压力,流体/砂土(储存宝贵的资源) 
       试验新的处理程序(寻找快速,最佳方法) 
       验证裂纹设计(确认模拟的准确性) 


微震监测系统软件包括:

MMS-View三维中文可视化分析系统:

       微震数据三维中文可视化软件MMS-View,是力软(Mechsoft)专为ESG微震监测系统研究开发的基于远程网络传输的三维可视化分析软件,可直观地展示岩体内部的微破裂的时空演化规律。配置MMS-View的ESG微震监测系统有助于工程师远程分析岩体微破裂分布规律,并对微破裂的发展趋势做出预测,有效应用于边坡、隧道、矿山、大坝等工程稳定性的分析、监测和预警实践中。


RFPA(Realistic Failure Process Analysis)分析系统

       RFPA系统是岩石破裂过程及其岩土工程灾害模拟高性能计算分析系统。该系统能够模拟材料渐进破裂诱致突变的全过程,是岩土工程灾害分析的理想数值分析工具,可以解决岩土工程中多数模拟软件无法解决的材料从变形、破裂到失稳的全过程分析问题。

      在隧道、边坡、地下工程中,RFPA系统作为工程灾害监测预警系统的分析手段,能有效地为工程灾害监测预警系统提供力学参数的计算分析,为监测预警的可靠性提供了有力保障。


微震监测系统硬件包括:

声发射及超声系统

      声发射及超声系统是微裂纹发射的声波,因为它们在通过脆性断裂可能变形的材质,如岩石,混凝土,或金属内部生成或传播。通过数据采集系统在实验室(如测试材料样品)或现场(如监测桥支梁或坝体结构)探测并记录超声波。采集系统内传感器的数量及分布决定了监测量。如果测试材料样品,其监测量可能少至几立方厘米。而现场监测量可能达到几立方米。 超声系统一般在超声波频率范围内运行。 ESG的Hyperion超声系统及GIGA记录仪在频率30 kHz到5 MHz.范围内运行。 

Paladin 信号采集系统

     微震事件信号数据采集设备,用于将传感器接收到的模拟信号转换成数字信号

Hyperion 数字信号处理系统 

数 据 储 存 和 处 理 设 备 , 用 于记录 储 存Paladin 转换完成的数字信号,并配有相关数据处理软件,兼有数据处理功能

加速度传感器

信号接收设备,安装在岩体内,用于接收岩体微破裂所产生的弹性波,其有效监测区域约在200m的范围内   


       

 高性能计算集群系统

高性能计算集群系统是一个创新性和实用性有机结合的系统,既擅长超大规模科学工程计算,又能进行大规模数据处理,还能高效运行商业软件。系统具有应用适应性强、运行速度快、整机效率高、并行I/O能力强、性能功耗比高、软件丰富实用、产品化程度高等突出优势,是理想的大型公共计算平台。整个计算系统通过Infiniband和千兆以太网两套集群域网实现结点间互连,通过I/O结点和存储域网实现共享存储,所有硬件统一集成在集群基础架构中,并通过集群系统软件及应用支撑环境和工具等,对外提供单一系统映像,支持大规模的科学工程计算、网络信息服务和数据库应用。

虚拟现实系统

通过使用多重投影仪与立体投影仪来创建虚拟现实环境,使复杂的地质与工程信息通过最新的投影技术显示出来。近年来,虚拟现实技术已广泛应用于采矿工业领域(如矿产勘探与开采),通过采用先进的投影技术、应用信息技术、地质力学技术来分析复杂的多维数据。

虚拟现实系统

基于数值模拟的矿山三维虚拟展示