«Наука в Сибири» К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМ
|
Участники конференции. |
Проблемы, рассмотренные на конференции, относятся к актуальным и важным, так как связаны с решениями наболевших вопросов горного производства. По каким законам происходит разрушение массивов пород вокруг выработок? Возможно ли использовать эти законы для более полного обеспечения безопасности ведения горных работ, для ускоренного и с меньшими затратами процесса извлечения полезных ископаемых?
Другой круг вопросов относится к геодинамике. Что является носителем и инициатором катастрофических событий на Земле (землетрясений) и внутри неё (внезапные выбросы пород и газа в шахтах)? Какова роль блочной структуры Земли в этих процессах?
Учёные давно понимали, что и те, и другие вопросы нужно рассматривать во взаимосвязи. Требуется объединение усилий всех заинтересованных сторон, что, собственно, и явилось отличительной чертой данного форума. Следует отметить солидный квалификационный состав участников конференции. Это, прежде всего, члены академии КНР: председатель Ассоциации геодинамики и инженерии Китая, академик Цянь Циху, академик Чжой Фэн, известный своими трудами в области подземного строительства сооружений с большими пролетами, академик Чжан Теган, специалист-угольщик, занимающийся проблемами горных ударов, выбросов пород и газа. Помимо учёных, на конференции были представители бизнес-элиты Китая, выразившие желание быть спонсорами: это высшее руководство таких предприятий, как Горное ООО Пекина, ООО Энергии и химической переработки ШЭНМА ЧЖОНПИН Китая, Горное ООО СИНВЭНЬ Китая, Горное ООО ФУСИНЬ Китая, Горное ООО ЗИЛИНЬ Китая, Объединение тяжёлой промышленности Севера Китая. Во главе российской делегации на конференции был сопредседатель Оргкомитета конференции, директор Института горного дела
им. Н. А. Чинакала СО РАН
В своем вступительном слове Виктор Николаевич отметил следующее: «На рубеже минувшего XX и наступившего XXI столетий произошло важное для естествоиспытателей событие — понимание того, что в основе очень многих, нелинейных в своей основе, геомеханических и геодинамических процессов лежит блочно-иерархическое строение массивов горных пород. На это обстоятельство впервые, пожалуй, особое внимание было обращено в работах академика М. А. Садовского и его учеников из Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН, а также коллективом учёных из Института горного дела СО РАН, существенно развивших базовые представления академика М. А. Садовского о блочно-иерархическом строении объектов геосреды в очень широком диапазоне их линейных размеров. Практически, речь идет о диапазоне от атомарных и до космических масштабных уровней.
Ещё сравнительно недавно при описании деформирования массивов горных пород (геофизической среды) под воздействием естественных либо техногенных возмущений, геосреда моделировалась в виде однородного изотропного континуума. Для получения количественных соотношений о напряженно-деформированном состоянии горных пород и описания геомеханических и геодинамических процессов использовался математический аппарат механики сплошных сред. На известном этапе развития науки о природе и характере протекания процессов, происходящих в массивах горных пород под воздействием естественных и антропогенных факторов, такой подход к их описанию был вполне естественным и в достаточной мере удовлетворял исследователей и практиков.
Однако с развитием экспериментальных методов геомеханики и геофизики стали множиться факты, свидетельствующие о том, что реальные массивы горных пород на самом деле представляют собой сложно построенные среды, расчленённые поверхностями и зонами ослабления на отдельные блоки различного масштабного уровня. В настоящее время для количественного описания этой реальности активно разрабатывается предложенный мною кластерный подход, основанный на существовании канонических рядов структурных отдельностей и сопряженных с ними амплитудно-периодных спектров геофизических и геомеханических полей.
Такому подходу к описанию породных массивов во многом способствовали два фундаментальных геомеханических открытия:
(1) явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок и
(2) явление знакопеременной реакции горных пород на взрывные (динамичексие) воздействия.
Первое из них свидетельствует о наличии своеобразного закона квантования геомеханической энергии при образовании подземных выработок (полостей) в условиях больших глубин.
Второе — о существовании в массивах горных пород ранее неизвестных нелинейных упругих волн маятникового типа, носителями которых являются не абстрактные математические «элементарные объёмы», но реальные структурные элементы геологического вещества в приближении «абсолютно твёрдых тел». Для их регистрации и теоретического анализа в последнее десятилетие ведутся исследования и разработки в ряде институтов СО РАН в рамках интеграционных проектов под научно-методическим руководством и с непосредственным участием ИГД СО РАН.
Мне хотелось бы выразить большую благодарность организаторам этой конференции с китайской стороны за их большую заинтересованность в её проведении, где, надеюсь, найдут свое достойное отражение отмеченные мною направления фундаментальных научных и прикладных исследований, а по существу — задел для наших совместных разработок для геотехнологий будущего«.
На конференции прозвучало 18 получасовых лекций-докладов, состоялся обстоятельный обмен мнениями по обширному кругу вопросов. Участники дискуссии были единодушны в том, что:
— массив горных пород вокруг подземных выработок на больших глубинах разрушается зонально. То есть, в первый момент при нагружении массива образуется зона разрушения непосредственно на контуре выработки. Далее образуется вторая зона трещин, отстоящая от первой на определенном расстоянии. Здесь также трещины ориентированы параллельно контуру выработки. Затем образуются «квантообразные» зоны разрушения массива пород;
— зональная дезинтеграция массива горных пород имеет упорядоченный характер: средние значения радиусов и ширина зон разрушения для протяженной выработки образуют геометрическую прогрессию с основанием;
— исходя из закономерностей образования зональной дезинтеграции, необходимо находить новые способы крепления и поддержания выработок, в том числе и в закладочном массиве;
— массивы горных пород представлены иерархией блоков по размерам. При распространении маятниковых волн все блоки (их носители) двигаются. Колебания малых блоков происходят в большом, включающем их, блоке. Колебания больших блоков вызывают медленные волны (волны маятникового типа), вызывающие катастрофические явления (землетрясения, горные удары);
— необходима разработка принципиально новых систем контроля и распознавания волн маятникового типа, определения степени воздействия их на наземные и подземные сооружения.
Перечисленное — только небольшая часть тех проблем и решений, которые прозвучали на конференции. Много дебатов было вокруг принятия условий совместности деформаций в областях зональной дезинтеграции массива пород. Этот вопрос широко освещен в докладах академика Цянь Циху и профессора Ци Чэнчжи. Профессор Ли Сибин из Южного Центрального университета провинции Хунань (г.Чанша) значительное место уделил методам разрушения пород, использующим запасенную энергию пород при сжатии за счёт глубокого залегания и явления зональной дезинтеграции.
В докладе ректора Ляонинского технического университета профессора Пан Ишана приводились результаты экспериментов по сжатию образцов горных пород с отверстиями, в которых проявлялся эффект зональной дезинтеграции, а также предлагался для применения новый прибор, регистрирующий электроразряды при нагружении горных пород, способный предсказывать их разрушение. Кроме того, здесь же говорилось о новом многопористом материале (CCAF), обладающем хорошей энергопоглощаемостью, и который можно использовать как амортизатор для предотвращения разрушения металлических крепей.
В докладе академика Чжой Фэна говорилось о технике и технологии строительства подземных камер с большим пролётом. Для поддержания кровли необходимо использовать анкерные канаты, тюбингозанавесы. В докладе академика Чжан Тегана обсуждались перспективы развития угольной отрасли в Китае: отмечалось, что 70 % энергетики Китая связано с углем, так как к гидроэнергетике из-за наличия экологических проблем отношение в Китае отрицательное.
Доклады сотрудников ИГД СО РАН отличались обстоятельностью и актуальностью.
Доклад заместителя директора ИГД СО РАН д.т.н. А. П. Тапсиева был посвящён применению закономерностей зональной дезинтеграции при освоении недр Октябрьского месторождения в г.Норильске.
Заведующий лабораторией разрушения горных пород
Интересным показался присутствующим доклад ведущего научного сотрудника лаборатории горной геофизики к.т.н. В. И. Вострикова, в котором приведены результаты натурных наблюдений за бортами карьера кимберлитовой трубки «Удачная» (Мирный, Якутия), осуществляемых на базе приборного комплекса «Сдвиг», разработанного сотрудниками лаборатории.
Стоит сказать, что все участники конференции были восхищены результатами теоретических исследований волн маятникового типа, представленными старшим научным сотрудником лаборатории механики взрыва
Можно с уверенностью сказать, что конференция состоялась. Было много встреч, бесед, обсуждений. В целом возникло понимание того, что главный вектор усилий в решении общих проблем выбран правильно. В завершение было единодушно решено провести
стр. 6-7