Алгоритмы обнаружения предвестников геодинамического события

В последние годы в районах отработки полезных ископаемых участились случаи проявления горных ударов, внезапных выбросов, горно-тектонических землетрясений и других геодинамических явлений. Эти процессы порождаются в массивах горных пород не только действием больших тектонических напряжений, но и увеличением глубины отработки месторождений, структурной неоднородностью массива и свойствами слагающих его горных пород. Крупные технологические взрывы, применяемые для обрушения рудных блоков на железорудных месторождениях, также сопровождаются мощными динамическими явлениями. Все это наносит значительный экономический ущерб промышленным предприятиям и гражданским объектам, а также ведет к травматизму и человеческим жертвам. Поэтому особую остроту приобрела проблема мониторинга изменения напряженно-деформированного состояния массивов горных пород. Для исключения последствий геодинамических явлений необходим надежный прогноз геомеханических условий ведения горных работ.

Одним из наиболее перспективных методов контроля изменения напряженно-деформированного состояния массивов горных пород, является бесконтактный способ, основанный на регистрации электромагнитных сигналов, возникающих при механическом воздействии на горные породы. При механоэлектрических преобразованиях параметры электромагнитных сигналов (ЭМС) несут информацию об изменении напряженно-деформированного состояния и процессах образования деструктивных зон.

В основе данного метода лежат исследования, начатые в конце 60-годов в Томском политехническом институте под руководством чл. корр. АПН, профессора А.А.Воробьева. Исследование механоэлектрических преобразований и проблемы обнаружения предвестников геодинамических явлений получило развитие в работах Гохберга М.Б., Соболева Г.А., Морозова В.Н., Курлени М.В., Мастова Ш.Р. и др.

Данные об изменении параметров ЭМС, получаемые при мониторинге изменений напряженно-деформированного состояния горных пород с использованием специальных регистраторов, представляют собой набор временных рядов. В настоящее время в геоинформатике разработкой методов и алгоритмов обнаружения аномалий (предвестников геодинамических явлений) во временных рядах занимаются А.Д. Гвишиани, С.М. Агаян, Ж. Злотники, J.L. LeMouël, Ш.Р. Богоутдинов. Однако до настоящего времени не существуют достоверных алгоритмов обнаружения предвестников, в силу того, что аналитическое описание параметров ЭМС или характеристик электромагнитной эмиссии (ЭМЭ) неполно или невозможно в силу их нелинейности и стохастичности.

Поэтому задача обнаружения предвестников геодинамических явлений по временным рядам измерений характеристик ЭМС является актуальной.

Одним из направлений определения аномалий во временных рядах является направление, связанное с применением алгебраического подхода (Ю.И. Журавлев), которое развивается в трудах ВЦ РАН как исследование и апробация технологии разметки временных рядов с позиций теоретико-множественного описания (К.В. Рудаков, Ю.В.Чехович).

Объектом исследования являются геодинамические явления, в процессе протекания которых возникающая электромагнитная эмиссия в горных породах служит источником измеряемых электромагнитных сигналов, образующих нестационарные стохастические временные ряды.

Предметом исследования являются модели предвестников геодинамических явлений и оптимальные алгоритмы их обнаружения. <...>