«Наука в Сибири»
№ 48 (2733)
10 декабря 2009 г.
ПОЛВЕКА «ПОД КОНТРОЛЕМ»
Полвека назад под патронатом заместителя председателя СО АН СССР
А.В. Леонтьев, ученый секретарь конференции
«Геодинамика и напряженное состояние недр земли» д.т.н.;
А.Н. Дворникова, ученый секретарь ИГД СО РАН, к.т.н.
Так Всесоюзный семинар по измерению напряжений, который в 1969 году объединил ученых-горняков, геомехаников и геофизиков страны, ведущих исследования в области контроля, диагностики и прогнозирования напряженно-деформированного состояния породных массивов при добыче полезных ископаемых и подземном строительстве, стал точкой роста серии традиционных конференций, последняя из которых под названием «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли» состоялась в июле нынешнего года. Как и много лет назад, в новосибирском Академгородке собрались специалисты высочайшей квалификации, способные решать научные проблемы развивающейся нелинейной геомеханики, требующей на современном этапе интеграции ученых разных специальностей в изучении свойств и процессов, происходящих в породных массивах.
Вопросы устойчивости горных массивов возникли не вдруг и не сегодня — они сопровождали «рудознатцев» с первых шагов развития горного промысла. Решались они на основе практического опыта горных мастеров, авторитет которых был непререкаем. Кроме интуиции и сенсорных ощущений, получаемых с помощью ушей, глаз, рук и носа, приборов для оценки состояния горной выработки тогда еще не было. Но подобным образом можно было только ставить диагноз породному массиву (и то весьма приблизительно). Однако в горном деле, связанном с риском для жизни, как и в медицине, важна профилактика — необходимо уметь предвидеть поведение недр как «живого» организма. И здесь горнякам трудно обходиться «дедовскими» методами и методиками: «простукиванием», «прослушиванием», осмотром и «вынюхиванием».
Спектр проблем, которые сегодня приходится решать горной науке, неизмеримо возрос, так как эффективность использования полезных ископаемых, к великому сожалению, падает, а богатые и легкодоступные запасы истощаются. Чтобы насытить потребности современного производства, приходится идти в районы со сложными условиями отработки (Норильск, Урал (калийные соли)); эксплуатировать месторождения нефти и газа на Арктическом шельфе; уходить под землю на большую глубину (месторождения Кольского полуострова и Дальнего Востока); создавать рудники в сейсмоактивных регионах (Горная Шория, Удокан); тревожить мерзлоту (Якутия), добывать полезные ископаемые под урбанизированными территориями (Кузбасс, Урал). При этом существующие ранее подходы и методы изучения деформационных процессов, в основе которых лежали представления, неполно отражающие изменения напряженно-деформированного состояния горных пород под воздействием горных выработок, всё ярче обнаруживали свое несоответствие с натурными условиями, что подтверждал накопленный практический опыт разработки месторождений полезных ископаемых, возведения и эксплуатации различного рода подземных сооружений.
Но наука не стоит на месте. Создаваемые новые инструментальные средства и методы, математическое моделирование, способы неразрушающего контроля напряжений и физических свойств горных пород — существенно расширили возможности получения информации о состоянии массива. Фактически формировалась новая система научных взглядов на процессы, происходящие в массиве горных пород, которая позволяла объяснить многие факты, необъяснимые до последнего времени. В выработку современных представлений в механике горных пород огромный вклад внес академик Евгений Иванович Шемякин, которому в декабре 2009 года должно было бы исполниться 80 лет. Нынешний съезд геомехаников был посвящен его памяти. Влияние и непосредственное участие Е. И. Шемякина во многих конференциях по проблемам диагностики и контроля напряженно-деформированного состояния породных массивов, проводимых в новосибирском Академгородке, проявилось в постановке фундаментальных проблем и целых направлений с позиций современных представлений в теоретической и экспериментальной геомеханике.
По образному выражению академика М. А. Садовского, Евгений Иванович придал Институту горного дела академическую огранку и положил начало научной школе по механике горных пород и сыпучих материалов. Вот как он сам пишет об этом в одной из последних публикаций: «В начале
Основанная Е. И. Шемякиным научная школа «Теоретические и экспериментальные исследования необратимых деформаций и разрушения твердых тел при ударе и взрыве», объединившая ведущих ученых из академических и отраслевых институтов России, обозначила в качестве ключевого направления деятельности — разработку математических моделей процессов необратимого деформирования и разрушения твердых тел и методов решения краевых задач.
Глубокий анализ творческого наследия Е. И. Шемякина представил в своем выступлении один из его учеников —
Современный этап развития механики горных пород, сформировавшийся на основе трудов академиков М. А. Садовского и Е. И. Шемякина характеризуется:
а) установлением общих закономерностей естественного напряженного состояния массивов горных пород и его изменений при проведении выработок на основе измерений в натурных условиях, изучения на моделях, а также теоретических исследований с широким привлечением методов механики сплошной среды;
б) существенным расширением познаний о деформационно-прочностных свойствах массивов пород, окружающих выработки, по данным изучения как в лабораторных, так и натурных условиях при различных временных режимах и схемах приложения нагрузок, от статических до импульсных;
в) развитием представлений о механизме и особенностях деформирования и разрушения массивов пород, о механизме и функциях крепей и разработкой на этой основе более совершенных методов расчета их параметров и систем разработки по фактору устойчивости.
53 пленарных и 40 стендовых докладов были озвучены на конференции, состоявшейся в июле. Их авторы — сотрудники академических, отраслевых и учебных институтов горного профиля: геомеханики, геофизики, геологи, сейсмологи, математики из 43 городов России, а также ближнего и дальнего зарубежья. Обширен и квалификационный состав участников — от студентов до членов академий.
 |
| Комплекс приборов для моделирования геомеханических процессов на льду оз. Байкал. |
Тематика конференции остается практически неизменной на протяжении многих лет, являясь, в большинстве своем, отражением длительных исследований разных научных коллективов. Это разнообразие придает съездам геомехаников непреходящий интерес. Традиционно много внимания в Горном институте Кольского научного центра РАН (Апатиты) уделяется мониторингу геомеханического состояния апатитовых рудников. Предмет систематических исследований уральских геомехаников (Екатеринбург, Пермь) — контроль геодинамических полей и процессов, вызванных техногенной деятельностью, который они проводят на основе геофизических методов, а также с использованием технологий спутниковой геодезии. В Институте горного дела СО РАН (Новосибирск) развиваются аналитические методы решения квазистатических и динамических задач механического поведения геоматериалов; изучаются основы теории предсказания динамических событий и горных ударов; проводятся комплексные натурные наблюдения за развитием геомеханико-геофизических процессов в экстремальных климатических условиях Норильска, Якутии, Забайкалья; создаются современные измерительные комплексы для выполнения наблюдений в натурных условиях. Активно развивается теория горных ударов и катастроф в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург). Учеными из Хабаровска, Якутска, Иркутска, Донецка, Красноярска совершенствуются практические методы оценки и прогноза напряженно-деформированного состояния породного массива, в том числе в условиях действующих производственных объектов. Исследователи Научной станции РАН в Бишкеке проводят уникальные эксперименты по воздействию на нетронутый породный массив электромагнитными полями.
 |
| Директора институтов горного профиля — координаторы исследований по геомеханике: |
Новый взгляд на некоторые физические проблемы земной толщи представлен в докладах Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта, Института динамики геосфер РАН (Москва), а идея взаимосвязи вращательного момента блоков земной коры с происходящими на горных предприятиях катастрофическими явлениями выдвинута в Институте вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский). Выявление и изучение связей между сейсмическими процессами в сейсмоактивных зонах, отдельными землетрясениями и деструктивными процессами в районах сильного техногенного влияния (рудники, шахты), а также определение механизмов этих связей — предмет пристального изучения специалистов Института нефтегазовой геологии и геофизики и Западно-Сибирского филиала Геофизической службы СО РАН (Новосибирск).
Все перечисленные выше важные и актуальные проблемы горной науки настолько сложны и динамичны, что требуют для своего решения привлечения ученых многих специальностей, что подтвердили участники прошедшей конференции, среди которых большую часть составили единомышленники и ученики акад. Е. И. Шемякина. Они подчеркнули необходимость комплексного решения современных проблем теоретической и экспериментальной геомеханики, особенно в части построения модельных представлений о движениях породной среды с учетом нелинейных факторов, а также в области научного приборостроения для горной геофизики.
Своеобразным «зеркалом», отражающим основные достижения ученых-горняков за все время проведения конференций, был журнал «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых» (ФТПРПИ), основанный в 1965 г. Единственное международное издание, концентрирующее результаты по широкому кругу горных проблем, он вот уже более сорока лет пользуется заслуженной популярностью обширной читательской аудитории как в России, так и за рубежом («Journal of Mining Science»), о чем свидетельствует увеличивающийся год от года его импакт-фактор и количество иностранных подписчиков, в том числе на электронную версию. Главными редакторами журнала последовательно были
Залог надежного обеспечения эффективности и безопасности производства горных работ при добыче полезных ископаемых, по глубокому убеждению главного редактора ФТПРПИ, председателя Оргкомитета конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли», директора Института горного дела СО РАН,
стр. 6