Geophysikalische Überwachung

Die K-UTEC AG bietet Ihnen maßgeschneiderte Lösungen in den Bereichen seismisches Monitoring, bergschadenskundliche Beweissicherung sowie Bewertung von Erschütterungen nach DIN 4150 an.

Leistungen und Technik

  • Konfiguration und Errichtung von Überwachungssystemen
  • Stationsseismische Überwachungssysteme
  • Seismologische Überwachung
  • Beurteilung von Spreng- und Verkehrserschütterungen
  • mobile Erschütterungsmesstelle
  • digitale und analoge Schwingungsmesstechnik mit computergestützter Signalanalyse


Das seismische Monitoring dient der Überwachung natürlicher und induzierter seismischer Ereignisse im Bereich bergbaulicher Anlagen. Mit den von K-UTEC entwickelten Messsystemen können Veränderungen der physikalischen und geomechanischen Zustände im Gebirge frühzeitig erfasst und so rechtzeitig gezielte Maßnahmen eingeleitet werden. Hierdurch lassen sich mögliche Schäden gezielt verhindern oder begrenzen.
Als bekannt gegebene Messstelle nach §26 BImSchG bewerten wir Emissionen und Immissionen von Erschütterungen im Rahmen der Beweissicherung. Wir erstellen Prognosen und beraten über Möglichkeiten zur Reduzierung dieser Erschütterungen.
 
Typische Anwendungsbereiche sind:
• Bergwerke und Steinbrüche
• Erdöl- und Ergasförderung
• Erschütterungsempfindliche Anlagen und Maschinen
• Gasspeicher
• Staudämme
• Baustellen
• Straßen- und Schienenverkehr

Die entsprechenden Überwachungsanlagen können sowohl temporär (z. B. in Form von mobilen Erschütterungsmessstellen) als auch permanent installiert werden. Die Anlagen registrieren neben Vibrationen externer Quellen (beispielsweise durch Erdbeben, Baustellen oder Verkehr) auch interne, wie z. B. von Lagerschäden bei Maschinen, kritische Schwingungen von Bauteilen oder Leitungen.
Darüber hinaus können zusätzliche Sensoren in die K-UTEC Überwachungssysteme eingebunden und überwacht werden. Neben Druck, Temperatur, Gaskonzentration oder Pegelständen sind noch viele andere Messgrößen denk- und realisierbar. Bei der permanenten Installation können die
K-UTEC - Anlagen dazu verwendet werden beim Überschreiten von definierbaren Schwellwerten automatisch Alarmmeldungen per Email oder SMS zu versenden und andere Aktionen zu veranlassen: Z.B. Stromabschaltungen, das Unterbrechen von Messungen, etc.
Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig—fragen Sie uns!


Seismische Erschütterungen werden von Seismometern unter und über Tage registriert. An Hand dieser Daten können Herdort, Magnitude und andere Herdparameter bestimmt werden.

Seismische Überwachung mit permanenten Netzwerken

Ein seismisches Monitoringsystem besteht aus mehreren im Überwachungsgebiet verteilten Seismometerstationen sowie einer zentralen Registrier- und Auswertestation.
Die Anordnung der Seismometer richtet sich dabei in erster Linie nach den Anforderungen des Überwachungsauftrages, der geologischen Situation, der Zugänglichkeit und den Möglichkeiten der Signalübertragung. Um die Quelle der seismischen Ereignisse sicher zu lokalisieren, sollte das zu überwachende Gebiet von den Seismometern räumlich lückenlos umschlossen werden. Damit ein Ereignis geortet werden kann, muss es jedoch von mindestens vier Seismometern registriert werden. Da energieschwache Ereignisse häufig nicht im ganzen Überwachungsgebiet registriert werden, sollte die Seismometerdichte ausreichend groß gewählt werden. Typische Standorte für Seismometer sind untertägige Auffahrungen, Bohrlöcher, sowie Keller und Fundamente übertägiger Gebäude. Für die Herdlokalisierung sind in der Regel vertikal orientierte Einkomponentenseismometer ausreichend. Diese sollten eine hohe Empfindlichkeit besitzen und gut an den Untergrund angekoppelt sein. Zur zusätzlichen Bestimmung der Magnitude und Herdparameter (Größe der Herdfläche, Versatz, Spannungsabfall, seismisches Moment, usw.) ist jedoch die Installation von mindestens einem 3D-Geophon im zu überwachenden Gebiet notwendig.


Schematische Darstellung eines Überwachungssystems und seiner Komponenten: Die seismischen Signale werden an mehreren verteilten Seismometern registriert und per Puls-Frequenz-Verfahren an die Registrierzentrale weitergeleitet. Dort werden sie demoduliert und automatisch vorausgewertet. Die identifizierten Ereignisse werden dann auf einem PC gespeichert und können dort weiterverarbeitet werden.
Aufzeichnungen eines bergbau-induzierten seismischen Ereignisses durch eine permanent installierte K-UTEC Überwachungsanlage

Signalübertragung und Datenerfassung

Für die Signalübertragung von den einzelnen Seismometern zur zentralen Registrierstation stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung (z. B. Signalkabel, Telefonkabel, Funk; analog oder digital). Speziell für die Anwendung im Bergbau, bzw. bei sehr langen Kabelwegen hat sich die Übertragung der Messwerte mittels Puls-Frequenz Modulation (PFM) bewährt. Einige der von K-UTEC entwickelten Modulatoren dieses Typs sind auch für den untertägigen Einsatz in schlagwettergefährdeten Gruben zugelassen (nach EG-Baumuster-Prüfbescheinigung vom IBExU Institut für Sicherheitstechnik, Zertifikat I M2 EEx ia I).

Die Daten aller Seismometer laufen in der Registriereinheit zusammen, werden demoduliert, zur weiteren Auswertung aufbereitet und gespeichert.
Mit einem Transientenrecorder wird eine Vielzahl von Eingangskanälen zeitgleich und kontinuierlich abgetastet. Das von der K-UTEC verwendete System gestattet über den integrierten Signalprozessor neben dem online - Zugriff für die Steuerung der Anlage, Datenabruf und Auswertung die Definition umfangreicher Triggerfunktionen. Das System ist damit beispielsweise auch in der Lage beim Überschreiten voreingestellter Signalschwellen Alarmmeldungen per SMS oder Email zu versenden. Um die anfallenden Datenmengen zu begrenzen, werden automatisch aus dem einlaufenden kontinuierlichen Datenstrom nur die seismischen Ereignisse extrahiert und gespeichert.
Durch den modularen Aufbau dieses Messsystems, die Kombinierbarkeit mehrerer Transientenrecorder, das heißt, die mögliche Erhöhung der Anzahl der Eingangskanäle und die vielfältigen Konfigurationsmöglichkeiten der Steuersoftware ist es außerdem möglich, zusätzlich zu den seismischen Registrierungen auch andere Messwerte (z. B. von Gasmeldern, Flüssigkeitspegeln, Konvergenzmessungen, Temperaturmessungen) zu erfassen und aufzuzeichnen. Die Speicherung der Ereignisdateien kann sowohl auf einem via Netzwerk (Ethernet) mit dem Transientenrecorder verbundenen PC (Erfassungsrechner) als auch einer im Transientenrecorder anschließbaren Wechselfestplatte erfolgen. Dies ermöglicht auch den zeitweise autonomen Betrieb des Messsystems ohne PC. Zur Identifizierung und zur zeitlichen Einordnung der registrierten Ereignisse ist eine möglichst genaue absolute Zeitbasis erforderlich, was durch eine Synchronisation des Timers im Transientenrecorder mittels eines DCF-77 oder GPS-Moduls realisiert wird.


Auswertung und Interpretation

Die Kontrolle und Darstellung der registrierten Ereignisse kann direkt am Erfassungsrechner erfolgen. Um einen ungestörten Messablauf zu gewährleisten, ist es jedoch ratsam, die weiterführende Auswertung wie Herdortung, Magnitudenberechnung usw. auf einem anderen Rechner durchzuführen.
Beim Einsatz in Bergwerken werden mit den Überwachungssystemen neben den seismischen Vorgängen im Überwachungsgebiet auch Sprengungen über und unter Tage sowie entfernte Ereignisse, wie z. B. stärkere Erdbeben und Gebirgsschläge erfasst. Bei der weiteren Auswertung ist deshalb die richtige Identifizierung des Ereignistyps von besonderer Bedeutung, um Fehlinterpretationen bei der Bewertung der Seismizität im Überwachungsraum vorzubeugen.
Für die Lokalisierung der seismischen Ereignisse steht ein von K-UTEC entwickeltes Ortungsprogramm zur Verfügung. Wesentlich bei der Bestimmung der Herdkoordinaten ist die genaue Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten seismischer Wellen. Diese werden aus geologischen Modellen oder eigenen Messungen abgeleitet.
Seismische Ereignisse, tektonisch oder durch Bergbau induziert, treten nur sporadisch auf. Deshalb kann eine aussagekräftige Bewertung nur über einen längeren Zeitraum erfolgen. Die K-UTEC bietet Ihnen mit ihrer langjährigen Erfahrung auf diesem Gebiet eine umfangreiche Betreuung sowohl bei der Planung und dem Aufbau seismischer Überwachungssysteme, als auch bei der Interpretation der Ereignisse und der Bewertung der Seismizität.


Transientenrecorder vom Typ IMC Cronos für die Aufzeichnung von bis zu 64 Kanälen.

Zentrale Registriereinheit und Datenübertragung

Zentrale Registriereinheit

Die zentrale Registriereinheit besteht im Wesentlichen aus:
•  Demodulationseinheit
•  Transientenrecorder
•  PC zur Datenspeicherung und -verarbeitung

Transientenrecorder –Technische Daten:
• 64 analoge Eingangskanäle
• synchrones Abtasten aller Eingangskanäle (2 Zeitbasen: intern + extern DCF-77 / GPS)
• 400 kHz max. Abtastrate, 2 MB Speicher
• 16 bit Auflösung, Eingangsspannungen: ±100 mV, ± 500 mV, ± 2 V, ± 10 V
• Integrierter Signalprozessor
• PC- Anschluss via Ethernet RJ-45 (NetBios)
• Standard PCMCIA Anschluss
• Interne IDE Festplatte
• Maximaler Temperaturbereich: -40 °C bis +85 °C
• PPP Zugang mit Analog- / ISDN- / GSM-Modem
• Integrierte USV

Datenübertragung - Technische Daten:

• Spannungsversorgung: 12 V, 24 V, 42 V oder 230 V
• Fast alle Arten von Seismometern anschließbar
• Bis zu 72 dB Dynamik

optional:

• Explosionsschutz nach EN 50014 und EN 50020, EEx-ia-I (nur 12 V)


Beispiel für ein Seismometer (LE 3D-DIN) für die Überwachung von Erschütterungen nach DIN 4150
8-kanalige K-UTEC Erschütterungsmessstelle für den mobilen oder permanenten Einsatz

Einzelmessstellen

Diese Messstellen dienen zur mobilen oder permanenten Überwachung und Bewertung von Erschütterungen. Durch den Zusammenschluss von mehreren solchen Stationen können auch größere Gebiete, beispielsweise im Rahmen einer bergschadenskundlichen Beweissicherung, effektiv überwacht werden.


Sensorik

Beschleunigungsaufnehmer
Verschiedene Seismometertypen
3D-Seismometer

Erschütterungsmessungen

Als zugelassene Messstelle nach BImSchG §26 bietet die K-UTEC AG Erschütterungsmessungen zur Bewertung von Erschütterungen nach DIN 4150 an. Hierzu gehört die Bewertung von Erschütterungsemissionen im Rahmen der Beweissicherung, der Erstellung von Prognosen sowie Beratung über Möglichkeiten zur Reduzierung der entsprechenden Vibrationen.
Darüber hinaus bieten wir unseren Kunden maßgeschneiderte Lösungen für die Überwachung aller Arten von Vibrationen, wie Erdbeben, Erschütterungen durch Bauarbeiten, Verkehr oder Maschinen. Mit den von K-UTEC entwickelten Messsystemen können schädliche Vibrationen frühzeitig erfasst werden, so dass rechtzeitig gezielte Maßnahmen eingeleitet werden können, um Schäden zu verhindern oder zu begrenzen.

Die entsprechenden Überwachungsanlagen können sowohl temporär (z. B. in Form von mobilen Erschütterungsmessstellen) als auch permanent installiert werden.

Die Anlagen registrieren neben Vibrationen externer Quellen (beispielsweise durch Erdbeben, Baustellen oder Verkehr) auch interne, wie z. B. von Lagerschäden bei Maschinen, kritische Schwingungen von Bauteilen oder Leitungen.

Darüber hinaus können zusätzliche Sensoren in die K-UTEC Überwachungssysteme eingebunden und überwacht werden. Neben Druck, Temperatur, Gaskonzentration oder Pegelständen sind noch viele andere Messgrößen denk- und realisierbar. Bei der permanenten Installation können die K-UTEC - Anlagen dazu verwendet werden beim Überschreiten von definierbaren Schwellwerten automatisch Alarmmeldungen per Email oder SMS zu versenden und andere Aktionen zu veranlassen: Z.B. Stromabschaltungen, das Unterbrechen von Messungen, etc.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig - fragen Sie uns!

Messprinzip
Mobile Erschütterungsmessstation im Test

Anwendungen

Typische Anwendungsbereiche sind:
• Bergwerke und Steinbrüche / Bauwerksüberwachung
• Erdöl- und Ergasförderung
• Erschütterungsempfindliche Anlagen und Maschinen
• Gasspeicher
• Staudämme
• Baustellen
• Überwachungen des Immissionsschutzes bei Baumaßnahmen und im Schienen- und Straßenverkehr
• Standsicherheitsüberwachung


Beispiele

Seismogramm einer Bauwerksüberwachung an einer Gleisanlage während eines vorbeifahrenden Zuges
Seismogramme der an zwei Messpunkten (Keller und Obergeschoss in einem Wohnhaus) ermittelten Schwinggeschwindigkeiten durch die Erschütterung einer Müllpresse