БОЛЬШИЕ ГЛУБИНЫ. ОГРОМНЫЕ РИСКИ.
КОЛОССАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ
Когда мы говорим о профессиях, связанных с опасностью, то называем прежде всего военного, пожарного, космонавта. Понятие риска и ответственности для них неоспоримо и оправданно. Однако эти профессии связаны с чрезвычайными, неординарными разовыми ситуациями. Особенно это касается космоса. Но есть профессия, в которой каждый день непредсказуем и едва ли не каждый шаг опасен. Конечно, речь идет о профессии горняка, чьими усилиями, а иногда и жизнями, оплачена нелегкая дорога в «подземном космосе».
Виктор Серяков, зав. лабораторией механики горных пород, д.т.н.,
Альбина Дворникова, учёный секретарь ИГД СО РАН, к.т.н.
Решать комплекс современных проблем, связанных с отработкой месторождений в различных природных и техногенных условиях, собрались на 2-ю Российско-Китайскую международную конференцию «Нелинейные геомеханико-геодинамические процессы при отработке месторождений полезных ископаемых на больших глубинах» горняки, геомеханики, геофизики — учёные и специалисты России, Китая, других стран, сообщения из которых пополняют в последнее время статистику негативных событий.
Заявленные на конференции основные темы (деформирование и разрушение напряжённых массивов горных пород под действием землетрясений, горных ударов и взрывов; феноменологические основы и развитие теории зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок и волн маятникового типа; новые методы, измерительные приборы и системы для мониторинга напряжённо-деформированного состояния горных пород; современные способы крепления горных выработок для обеспечения их устойчивости) охватывают практически весь спектр проблем, решение которых не только актуально с точки зрения горного производства, но и интересно с точки зрения расширения горизонтов познания.
Открывая конференцию, сопредседатель Оргкомитета, директор ИГД СО РАН чл.-корр. РАН В. Н. Опарин пожелал участникам плодотворной работы и установления новых научных контактов. С приветственным словом выступили также академик М. В. Курленя, ректор Ляонинского университета проф. Пан Ишан, чл.-корр. РАН М. А. Гузев.
 |
| Вступительное слово чл.-корр. РАН В. Н. Опарина на открытии конференции.
|
Определяющим стратегию работы конференции стал доклад чл.-корр. РАН В. Н. Опарина «Явление зональной дезинтеграции горных пород и начала „квантовой геомеханики“. Волны маятникового типа и геомеханическая температура», содержащий в своей первой части ретроспективный обзор исследований, выполненных за последние 20 лет, прошедших с известного в научном мире открытия № 400 СССР «Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок» (1992 г.). Особое внимание докладчик уделил вопросам количественного описания блочно-иерархического строения массива горных пород, развиваемого в ИГД СО РАН, являющимся основой нового направления в горных науках — горного породоведения, предоставляющего возможность классификации горных пород и массивов по физико-механическим свойствам в канонических шкалах. Теоретические положения данной классификации базируются на общих закономерностях самоорганизации вещества на разных масштабных уровнях в процессе его дезинтеграции и кластеризации. Более подробно они были рассмотрены в секционном докладе соавтора В. Н. Опарина — к.т.н. А. С. Танайно.
Во второй части сообщения были затронуты вопросы, относящиеся к исследованию волн маятникового типа. Здесь докладчик представил аудитории результаты, свидетельствующие о следующих важнейших фактах: возможности поступательного и вращательного осциллирующего движения геоблоков в стесненных условиях напряжённых массивов горных пород, а следовательно, наличия у них кинетической энергии; существовании волн маятникового типа, которые генерируются их вещественными носителями — геоблоками соответствующего иерархического уровня как «соударяющиеся» сосредоточенные нелинейно упруго взаимодействующие массы; наличии энергетического критерия возникновения волн маятникового типа, определяющего условие перехода накопленной в массиве упругой энергии от сил горного давления в кинетическую энергию движения геоблоков — носителей маятниковых волн, и наоборот. В заключение В. Н. Опарин остановился на важных аспектах при обосновании нелинейных геомеханических эффектов, считая их в известном смысле рубежными для создания «геомеханической термодинамики», в рамках которой более естественно рассматривать и описывать катастрофические события как «неживой», так и «живой» природы.
Как известно, первая и главная цель научных форумов — представление на суд заинтересованного круга специалистов выявленных в результате исследований закономерностей, разработанных моделей и методов моделирования сложных природных явлений, каковым является породный массив, обсуждение возможностей применения полученных новых знаний в постоянно меняющихся, а точнее сказать, непрерывно ухудшающихся условиях горного производства. Именно в процессе подобных дискуссий теоретиков и экспериментаторов, понимающих суть поставленных перед ними «земных» проблем, рождаются и получают признание доступные и эффективные системы «обуздания горного массива», основанные на чётких критериях, обоснованных параметрах и использовании специфической и специальной контрольно-измерительной аппаратуры, без которых невозможно предвидение катастрофических событий любого уровня. И эта нацеленность теории и эксперимента на прогноз прослеживалась практически во всех прозвучавших на конференции пленарных докладах.
 |
|
Результаты теоретических исследований изложили в своих докладах чл.-корр. РАН М. А. Гузев (ИПМ ДВО РАН, г.Владивосток), изучающий вопросы деформирования материалов с внутренней структурой с использованием нелокальной и неевклидовой римановой моделей, и д.ф.-м.н. Ю. П. Стефанов (ИФПМ СО РАН, г.Томск), занимающийся объемным моделированием горных пород с учётом нелинейности процессов деформирования, в частности пластичности, дилатансии, порового давления.
Д.т.н. В. М. Серяков (ИГД СО РАН, г.Новосибирск) при моделировании напряжённо-деформированного состояния породного массива акцентирует внимание на особенностях описания контактного взаимодействия слоев, его составляющих, разрушения пород в самих слоях, формулировке условий контакта кровли и почвы в отработанном пространстве.
В докладе д.ф.-м.н. В. М. Садовского и его соавторов (ИВМ СО РАН, г.Красноярск) на основе моделей неоднородной упругости и моментной теории упругости Коссера рассмотрены актуальные теоретического вопросы особенностей распространения маятниковых волн в массиве горных пород.
Оригинальный принцип виртуальных перемещений предложили китайские учёные Ченджи Ци, Цян Циху, Минян Ван и Цзяньцзе Чень для записи уравнений равновесия и граничных условий при изучении актуальных вопросов теоретического описания явления зональной дезинтеграции. Ими получены определяющие уравнения и их решения, позволяющие на основе использования модели внутреннего переменного градиента описывать особенности формирования зон трещинообразования в массиве с глубокозалегающей выработкой.
Многие теоретические вопросы, связанные с явлением зональной дезинтеграции горных пород, представлены в докладах д.ф.-м.н. А. И. Чанышева с соавторами (ИГД СО РАН), давно и плодотворно работающих в области проблем разрушения горных пород.
Вопросам теоретического анализа условий начала и особенностей развития процесса разрушения значительное внимание было уделено в докладах сотрудников ИГД СО РАН: д.ф.-м.н. А. М. Коврижных, д.ф.-м.н. А. Ф. Ревуженко, к.ф.-м.н. С. В. Лаврикова, к.ф.-м.н. П. А. Мартынюка.
Но ни одна теория не найдет практического применения не будучи проверена (а главное — доказана!) экспериментальным путём. Эксперимент, являясь связующим звеном между теорией и практикой, с развитием точных наук и вычислительной техники, и особенно это проявляется в горной науке, всё больше перемещается с природных объектов на лабораторные стенды и установки, а также в виртуальное пространство компьютера.
Интересную мысль о том, что закон распределения неустойчивых состояний носит универсальный характер и не зависит ни от географического положения источника катастроф, ни от геологического строения и состава горных пород, высказал в своем докладе д.ф.-м.н. Б. П. Сибиряков (ИНГГ СО РАН,
г.Новосибирск). Данное заключение получено им на основе анализа зависимости между удельной поверхностью и числом неустойчивых решений уравнений движения, что близка к зависимости «энергия — число землетрясений». При составлении уравнения движения им использовался только закон сохранения импульса и дискретная модель пространства с большим числом степеней свободы блоков.
Неизменные участники конференций, проводимых в ИГД СО РАН, д.т.н. С. В. Кузнецов и д.т.н. В. А. Трофимов (ИПКОН РАН, г.Москва) предложили новые подходы к установлению общих закономерностей протекания катастрофических разрушений, связанных с возникновением неустойчивого состояния некоторой части массива горных пород. В их основе лежит разделение структурных элементов массива на те, которые играют роль нагружающей системы, и те, которые суть нагружаемые элементы. С учётом особенностей их взаимодействия при отработке пластообразной угольной залежи констатируются условия возникновения катастрофических событий разного уровня.
Сотрудники лаборатории горной информатики ИГД СО РАН Е. В. Васильева, к.ф.-м.н. Н. А. Мирошниченко, д.ф.-м.н. Л. А. Назарова и д.ф.-м.н. Л. А. Назаров на протяжении нескольких лет проводят модельные эксперименты на основе данных GPS-наблюдений на Таштагольском месторождении. На конференции ими была озвучена методика, позволяющая путём статистического анализа информации о техногенной сейсмичности и теоретического моделирования эволюции геомеханических полей при отработке месторождений устанавливать пространственно-временные соотношения между напряженным состоянием среды, числом и количеством динамических событий разного энергетического уровня, что дает возможность с определенной долей вероятности прогнозировать возможность возникновения катастрофических явлений.
Очевидно, что как бы ни был надёжен процесс лабораторного и компьютерного моделирования, заключительным аккордом после длительной верификации моделей является всё же проверка результатов на объектах промышленности. И здесь следует сказать о многочисленных натурных исследованиях учёных-горняков, испытательными площадками которых становятся крупнейшие предприятия горной промышленности, наземные (плотины, тоннели) и подземные объекты России (Кузбасс, Горная Шория, Якутия, Хакасия), Германии, Китая.
За долгие годы исследований на Таштагольском руднике д.ф.-м.н. О. А. Хачай (ИГ УрО РАН, Екатеринбург) и её помощниками было проведено сопоставление данных теоретического анализа причин хаотического поведения нелинейных диссипативных динамических систем и результатов обработки фазовых диаграмм данных детального сейсмического каталога — сейсмических откликов удароопасного массива горных пород на взрывные воздействия различной интенсивности. Установлено, что применяемый математический аппарат, разработанный академиком Н. Н. Боголюбовым, позволяет понять причины самовозбуждения исследуемой нелинейной механической системы и возникновения её пространственно-временного локального резонанса как отклика на внешнее воздействие, а, следовательно, и выработать критерии для определения условий возникновения разного рода динамических явлений.
Изучение работы механизированной крепи в автоматизированных лавах с точки зрения диагностики динамических проявлений горного давления продолжено фирмой MARCO (доклад д.т.н. Ю. А. Векслера с соавторами, г.Дахау, Германия). Основное внимание немецкие учёные уделяют прогнозу опасных ситуаций в лаве, основанному на анализе сближении забоя с крепью и мероприятий по разупрочнению основной кровли путём создания начальных трещин. Материалы анализа дают авторам право заключить, что электрогидравлическая система Marco представляет единую систему мониторинга динамических проявлений горного давления, позволяющую распознавать формирование опасных ситуаций в лаве и оперативно применять профилактические мероприятия по приведению лавы в безопасное состояние.
Экспериментально-аналитическим вопросам изучения динамических проявлений горного давления на глубоких горизонтах отработки рудных месторождений были посвящены доклады д.г.-м.н. В. В. Ружича, к.г.-м.н. Е. Н. Черных, к.г.-м.н. Е. А. Левиной (ИЗК СО РАН,
г.Иркутск) и д.т.н. В. А. Еременко (ИПКОН РАН, г.Москва), А. А. Котлярова и Б. Б. Татарникова (ОАО «Евразруда», г.Новокузнецк).
Учёные Института угля СО РАН (г.Кемерово) д.т.н. Г. Я. Полевщиков с коллегами давно и продуктивно работают над проблемой газодинамической активности угольных пластов при проведении подготовительных выработок в зонах развития геомеханических процессов. В процессе исследований и многочисленных экспериментов им удалось вплотную приблизиться к решению столь важной для Кузбасса проблемы. Они предложили и обосновали метод оценки уровней газодинамической активности угольного пласта с целью своевременного выявления ситуаций приближения забоя подготовительной выработки к границам зон, опасным по газодинамическим явлениям. В основе метода лежат открытые российскими учеными явления зональной дезинтеграции пород в окрестности горных выработок и возможности существования метана в угольных пластах по типу твердого газового раствора.
Актуальные вопросы прогноза и контроля разрушения массива, предотвращения внезапных выбросов угля и газа при отработке газоносных угольных пластов были затронуты также в ряде секционных докладов. Этой тематике были посвящены сообщения к.т.н. Т. А. Киряевой и д.т.н. Г. И. Кулакова; чл.-корр. РАН В. Н. Опарина и к.т.н. В. А. Скрицкого (все — ИГД СО РАН); к.т.н. Е. Н. Козыревой, к.т.н. М. В. Шинкевича и Р. И. Родина (ИУ СО РАН).
Интересные исследования, связанные с распространением сейсмических волн по поверхности блочного массива при ударном разрушении, проводят на карьерах строительных материалов Новосибирской области заведующий лабораторией механики взрыва ИГД СО РАН д.ф.-м.н. Е. Н. Шер и его сотрудники. В их докладе озвучены оценки скоростей распространения волн по поверхности породного блока, амплитуды и спектральный состав на разных расстояниях от места ударного воздействия. Установлено, что скорость распространения волн маятникового типа и их спектральный состав зависят от параметров блочного массива. Для выявления подобной зависимости необходимо продолжить исследования и сравнить данные экспериментов с результатами двух и трехмерного моделирования.
 |
| Рабочий момент пленарного заседания. Вопрос докладчику задает ректор Ляонинского технического университета проф. Пан Ишан.
|
Доклад проф. Пан Ишана был посвящён практическим вопросам горного производства, а именно: вопросам крепления массива горных пород при подземной отработке месторождений Китая. Разработки учёных Ляонинского технического университета, давних партнеров ИГД СО РАН по Горному научно-образовательному центру, в области создания надёжной и высокоэффективной крепи основаны на использовании при изготовлении её элементов новых лёгких и прочных материалов, что существенно повышает безопасность проходческих работ.
Другой подход к проблеме безопасности прозвучал в сообщении китайских ученых Гуо Л., Ян К., Ю Б., где был представлен эффективный метод создания композиционной закладки, изготовленной из шахтных техногенных материалов. Проведенные авторами эксперименты по определению прочности на сжатие закладки при различных сочетаниях содержания цемента и породы позволили рассчитать её параметры и характеристики, от которых зависит надежность закладочного массива при отработке полезных ископаемых на больших глубинах.
Проблемам опережающего обнаружения в массиве в процессе строительства тоннеля структур, опасных по возможным прорывам воды, был посвящен доклад группы сотрудников Шандуньского университета (Китай). Ими предложен новый метод прогноза, базирующийся на способе индуцированной поляризации, рассмотрении переходных процессов электромагнитного поля, геологической радиолокации и компьютерной томографии. Разработана технология четырех стадийного опережающего прогнозирования, с успехом применяемая на практике.
Во многих докладах были затронуты вопросы создания новых приборов и приборных комплексов, позволяющих оперативно осуществлять прогноз опасного состояния массива горных пород в районах ведения горных работ. Здесь особо хочется выделить сообщение д.ф.-м.н. В. А. Орлова, М. Д. Парушкина и Ю. Н. Фомина (ИЛФ СО РАН) об использовании лазерного деформографа в исследованиях по проблеме поиска предвестников региональных землетрясений. Интерес к подобной информации, с одной стороны, связан с изучением геофизических механизмов, определяющих процессы формирования и развития региональной и общепланетарной сейсмичности, с другой, обусловлен потребностью предсказывать место и время крупных землетрясений.
Анализ применения на горных предприятиях разработанных приборов и методик их использования был представлен в докладах к.т.н. В. И. Вострикова (ИГД СО РАН) и О. В. Федеряева (ГОК «Удачный», Якутия), д.т.н. В. Ф. Юшкина (ИГД СО РАН), д.т.н. А. Г. Вострецова (НГТУ, Новосибирск), к.т.н. А. В. Кривецкого, А. А. Бизяева, д.т.н. Г. Е. Яковицкой; д.т.н. Г. И. Кулакова, М. Д. Шараповой и В. А. Шаповалова (все ИГД СО РАН).
Плодотворной работе учёных способствовало предварительное размещение материалов на главной странице интернет-сайта института, оперативное информационное обслуживание докладчиков и выпущенный к началу работы форума, изданный с отличным качеством сборник трудов, включающий доклады в том числе и заочных участников конференции.
 |
| Обложка сборника трудов конференции.
|
Большое внимание собравшихся было уделено подготовке высококвалифицированных специалистов для получения новых научных результатов и эффективного их продвижения на горных предприятиях России и Китая. Крупное в области освоения полезных ископаемых научно-проектное учреждение BGRIMM (находится в структуре Комиссии Госсовета КНР по надзору и управлению государственной собственностью), Ляонинский технический университет и Институт горного дела
им. Н. А. Чинакала СО РАН подписали меморандумы о сотрудничестве, которые, в частности, содержат пункт о создании возможностей для заинтересованных сторон (на дополнительных условиях) в стажировке студентов, аспирантов и докторантов в рамках перспективных исследовательских групп участников-партнёров меморандума, а также в издании наиболее значимых для обучения монографий российских учёных на китайском (китайских — на русском) языке.
Наука наукой, но, приехав в неизведанную им доселе Сибирь, китайские гости живо интересовались не только результатами исследований, сообщений о которых с трибуны конференции прозвучало великое множество, но и самим процессом рождения новых знаний, а также повседневной жизнью Сибирской столицы. Этому способствовали и знакомство с инженерным «ядром» Института горного дела — комплексом «Зелёная горка», оснащенным многочисленными стендами и установками, лабораториями в главном корпусе ИГД СО РАН, экспозициями пользующегося популярностью музея института, достопримечательностями Новосибирска.
Неформальное общение, дающее возможность закрепить деловые контакты учёных, было продолжено на базе отдыха «Наука» на берегу Обского водохранилища. Благоприятная аура сибирского лета надолго запомнится неповторимым ароматом соснового бора, неумолкаемым плеском волн и теплотой дружеского взаимопонимания.
Успешно завершив научную и неофициальную части международного мероприятия, гости покидали Новосибирск с твёрдой уверенностью в необходимости продолжения исследований по обозначенным конференцией проблемам и с надеждой на встречу в будущем году в Поднебесной.
Фото Д. Зедгенизова
стр. 10-11
|
