Регулярный оперативный микросейсмический мониторинг позволяет получить трехмерные данные в случае разрушения или подвижек горных пород. Эти данные применяются для расширения систем наземного мониторинга с целью выявления возможной неустойчивости и связанного с ней вида нарушения.

При хрупком образовании трещин массив излучает сейсмические волны. Если эти волны достаточно четко регистрируются в виде сейсмограмм множеством датчиков, то можно оценить время начала сейсмического явления, местонахождение, параметры возбуждения, такие как излученная сейсмическая энергия и сейсмическая остаточная деформация. Этот метод получил широкое распространение на подземных рудниках, а также применяется на карьерах. С его помощью можно определить количественные характеристики и место сейсмических явлений в трехмерном объеме породного откоса, что является ключом к более глубокому пониманию, каким образом горные работы влияют на прибортовой массив. Анализ собранной информации показывает, что на основе микросейсмических данных можно сделать вывод о существенных подвижках в массиве до того, как они проявят себя в деформациях поверхности откосов. Также становится возможным определить, когда известные геологические структуры становятся сейсмически активными, и установить ранее неизвестные плоскости неустойчивости в откосе.

Для точной локализации сейсмических событий с помощью группы микросейсмических датчиков, они должны окружать наблюдаемый объем массива по периметру. В условиях карьера это означает, что датчики должны располагаться возле поверхности, а также на дне наблюдаемого объема. Датчики обычно устанавливаются в длинных наклонных и коротких вертикальных скважинах. Проводится мониторинг только того откоса, для которого прогнозируется возможная неустойчивость, а не всего карьера.

Некоторые сейсмические расстановки для карьеров показаны на рисунке 1. Обычно расстояния между датчиками составляет 100-200 м, а размеры наблюдаемых объемов - около 400 х 200 х 150 м.

Приповерхностные датчики могут устанавливаться в коротких (10 м) вертикальных скважинах и представлены геофонами 4,5 Гц. Поскольку такие датчики не могут быть установлены в скважинах с отклонением от вертикали более 2°, для длинных (100-300 м) наклонных скважин используются трехкомпонентные геофоны 14 Гц. Геофоны (велосиметры) предпочтительнее акселерометров, поскольку обычно частоты, регистрируемые при сейсмических явлениях в откосах, лежат в диапазоне 10-400 Гц, где геофоны более чувствительны. Кроме того, акселерометры менее надежны, а поскольку датчики стационарно монтируются в дорогостоящих глубоких скважинах, надежность является важным аспектом.

Рисунок 1 – Вид сверху (слева) и сбоку (в направлении с юга на север) (справа) расстановки сейсмических датчиков на золотодобывающем руднике Sunrise Dam, Австралия. Длина масштабной полоски на каждом рисунке – 100 м. Трехкомпонентные геофоны обозначены голубыми треугольниками, однокомпонентные – зелеными

Скоростные подключения к интернету позволяют автоматически отправлять сейсмические данные на удаленную центральную станцию для обработки и анализа. Для каждого сейсмического события рассчитываются время возникновения, пространственное положение и расчетные параметры возбуждения. После проведения стандартного анализа данных о сейсмическом событии, периодические отчеты отсылаются обратно геомеханикам рудника для интерпретации результатов вместе с другими геомеханическими данными. Такой способ обработки и анализа данных применяется на предприятиях в Австралии, ЮАР и Намибии и позволяет избежать необходимости иметь на каждом предприятии инженера с высокой квалификацией в области сейсмологии.

Сейсмические явления обычно имеют тем большую площадь распространения в законтурном массиве, чем глубже карьер. Эти явления, обычно, имеют очень малую интенсивность и не ощущаются рабочими. При этом сейсмические данные позволяют весьма точно оценить, каким образом горные работы влияют на законтурный массив. Например, в одном из случаев было установлено, что трещиноватость за контуром откоса была обусловлена в большей мере уборкой (разгрузкой) отбитой породы от подошвы откоса, чем непосредственно взрывными работами.

В двух других случаях было показано, что сейсмические данные могут применяться для прогнозирования подвижек тех участков борта, где они позднее и были обнаружены. Причина заключалась в ряде глубоких трещин отрыва, которые не вызывали неустойчивости откоса, хотя наблюдались значительные смещения в откосе (рисунок 2)

Рисунок 2 – Полные (3D) смешения точки замера на откосе карьера Navachab gold mine по наблюдениям (красная пунктирная линия) и прогнозам на основе сейсмических данных (синяя сплошная линия)

В одном случае локализованные сейсмические явления лежали в плоскости ослабления, которые практически соответствовали известным геологическим условиям на руднике, что позволило объяснить механизм реакции откоса на горные работы.