НАПРЯЖЕННАЯ ЗЕМЛЯ

В Доме ученых новосибирского Академгородка прошла общероссийская конференция с участием иностранных специалистов «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли», организованная Институтом горного дела СО РАН.

А. Леонтьев, д.т.н.,
ученый секретарь Оргкомитета конференции

Это была шестнадцатая за прошедшие сорок лет встреча геомехаников, ведущих исследования в области контроля, диагностики и прогнозирования напряженно-деформированного состояния породных массивов, в том числе подверженных интенсивному техногенному воздействию. Обсуждались результаты исследований по направлениям: современные методы контроля, диагностики и прогнозирования напряженно-деформированного состояния породных массивов; геодинамические поля и процессы, вызванные техногенной деятельностью; модели массива горных пород и методы их идентификации; теория прогноза и предотвращения техногенных катастроф; управление геомеханическими процессами при освоении недр; приборы и оборудование для геомеханических исследований и контроля напряженно-деформированного состояния массива в промышленных условиях.

В текущем году академическими институтами России было проведено несколько совещаний по геомеханике, тематика которых связана с существующими проблемами горнодобывающего комплекса Урала и Дальнего Востока. Конференция в Новосибирске прозвучала завершающим аккордом, поскольку подвела итог обсуждению новейших геофизических и геомеханических исследований. В настоящее время механикой породного массива занимаются все без исключения горные институты РАН — в Новосибирске, Апатитах и Москве, в Перми и Екатеринбурге, в Кемерово, Якутске и Хабаровске. Одними коллективами развиваются теоретические аспекты геомеханики, другими большее внимание уделяется экспериментальным работам в лабораторных либо натурных условиях. В Институте горного дела СО РАН исследования носят комплексный характер, в том числе охватывают вопросы развития базы научного геофизического приборостроения. Не случайно, что конференция в Академгородке занимает особо престижное положение в научном сообществе геомехаников.

Среди наиболее значимых хочется отметить выступление д.ф.-м.н. О. Хачай (Институт геофизики УрО РАН) «О явлениях самоорганизации в массивах удароопасных шахт с использованием активного электромагнитного мониторинга», где состояние массива горных пород рассматривается с позиции открытых динамических систем с иерархической структурой. Приведены результаты нескольких циклов электромагнитного мониторинга массива удароопасного Таштагольского подземного рудника, полученные в 2000-2005 гг. Наблюдения проводились в ряде выработок, расположенных на глубинах от 540 до 750 м от дневной поверхности. Выявлялась морфология зон дезинтеграции в околовыработанном пространстве, находящемся под интенсивным техногенным воздействием и влиянием естественного поля напряжений. Установлено, что строение массива горных пород различного вещественного состава описывается моделью иерархичной дискретной среды, в рамках конкретной модификации которой выявлено два иерархических уровня. Зоны дезинтеграции в околовыработанном пространстве расположены несимметрично в почве и кровле, что может свидетельствовать о неравновесном состоянии системы, и дискретно, поскольку налицо интервалы их полного отсутствия. Максимальные изменения в массиве, находящемся под техногенным влиянием, проявляются именно в изменении со временем морфологии пространственного положения подобных зон.

Большой интерес у собравшихся вызвал доклад коллектива исследователей Института горного дела СО РАН (член-корр. РАН  В. Опарин, д.т.н. А. Тапсиев, к.т.н. В. Востриков) и Норильского горно-металлургического комбината (В. Аршавский, Н. Жилкина). В последние годы в геомеханике и сейсмологии большое внимание уделяется экспериментальным исследованиям, связанным с изучением механизма катастрофических проявлений горного давления и, прежде всего, особенностям развития сейсмических и деформационно-волновых процессов в формирующихся очаговых зонах и их окрестностях. Здесь особую значимость представляют измерения, осуществляемые на горнодобывающих объектах с применением инструментальных геомеханических и геофизических методов, особенно в местах концентрации напряжений (опорные целики, разделительные массивы и т.п.). На ряде крупнейших горнодобывающих предприятий России (Норильск, Апатиты, Таштагол, Североуральск и др.) функционируют многоканальные автоматизированные системы оперативного контроля сейсмической активности в пределах шахтных полей, индуцированной ведением подземных горных работ. Получаемая при этом информация о местах концентрации очагов сейсмособытий и динамике изменения их энергетических показателей является в современных условиях неотъемлемой как для выбора технологических схем ведения горных работ, так и принятия решения по осуществлению профилактических мероприятий, связанных с разгрузкой участков породных массивов с повышенной концентрацией напряжений.

Представленный на суд компетентной публики доклад посвящался анализу обширного банка данных сейсмических записей толчков и горных ударов, зарегистрированных сейсмостанцией «Норильск» на рудниках «Октябрьский» и «Таймырский» Норильского месторождения медно-никелевых руд. В результате был обнаружен пульсирующий режим сейсмоэнерговыделения из напряженных участков рудного и породного массивов с движением фронтов индуцированной сейсмичности как в направлении от центров «ядерных» зон, так и по направлению к ним — по типу своеобразного колеблющегося «маятника». Даны соответствующие кинематические оценки. В пределах зон повышенной сейсмоактивности отмечена важная для прогнозных оценок катастрофических событий связь между средними значениями скоростей миграции фронтов индуцированной сейсмичности и «кажущимися» скоростями миграции сейсмособытий для упорядоченных по времени их проявления последовательностей.

Следует подчеркнуть, что упомянутые доклады отражали наиболее значимые итоги выполнения работ по интеграционному проекту СО РАН и УрО РАН «Современная геодинамика массива горных пород верхней части литосферы: истоки, параметры, воздействие на объекты недропользования».

Интересный материал представили ученые из Томска (д.ф.-м.н. С. Псахье, к.ф.-м.н. Е. Шилько, С. Астафуров, А. Димаки — Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, д.ф.-м.н. В. Лопатин — Научно исследовательский институт высоких напряжений при ТПУ) и Иркутска (д.г.-м.н. В. Ружич — Институт земной коры СО РАН). Здесь рассмотрен новый подход к изучению сейсмически безопасной релаксации локальных напряжений в земной коре путем управления смещениями геоблоков по сейсмически активным разломам, а также аппаратно-программный комплекс регистрации смещений в зонах разломов «Сдвиг-3М». Исследовался отклик границ раздела структурно-тектонических блоков земной коры (активных разломов) на вибрационные воздействия и изменение их состояния, реализуемое обводнением. Показано, что совместное влияние вибраций и обводнения может приводить к инициации аномальных по величине, но плавных смещений геоблоков без выделения мощных сейсмических импульсов. Данный подход и контрольная аппаратура прошли испытания при мониторинге смещений блоков в зоне Ангарского разлома, а также блоков ледового покрова озера Байкал.

Другие выступления, доклады и стендовые сообщения коснулись широкого круга вопросов и проблем. Обсуждались закономерности неупругого деформирования горных пород при сложном нагружении; методы оценки идентификации состояния предразрушения пластичных и хрупких материалов; кольцевые структуры в геодинамике породных массивов; фрактальный подход при идентификации геологически закрытых разноглубинных структур по разномасштабным аэрокосмическим съемкам; возможности комплекса геолого-геофизических методов при оценке напряженно-деформированного состояния породного массива, вмещающего подземные сооружения специального назначения; особенности вихревых движений в земной коре и их связь с геологическими процессами и геодинамическими явлениями и многие другие.

В конференции приняли участие специалисты академических и учебных институтов горного профиля, а также университетов страны. Кроме того, участвовали представители горнодобывающих предприятий и предприятий перерабатывающих отраслей промышленности. Всего было заслушано около тридцати пленарных докладов и представлено на обсуждение порядка тридцати стендовых сообщений.

Завершилась конференция неформальным общением участников, кульминацией которого прозвучал своеобразный «Гимн геомехаников», написанный в честь гостей и хозяев, точно отражающий настроение собравшихся: «Мы в горной науке призвание нашли…»

Фото А. Мартьянова

стр. 2