Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В целях реализации научного проекта: «Формирование природно-технических систем разработки месторождений твердого минерального сырья на основе конвергентных технологий» по Соглашению № 19-17-00034 от 22.04.2019, заключенного между НИТУ «МИСиС» и Российским научным фондом и в соответствии с решением Ученого совета НИТУ «МИСиС» (Протокол № 3 заседания Ученого совета университета от 17 октября 2019 года) создан научно-исследовательский центр «Прикладная геомеханика и конвергентные горные технологии» (сокращенное название – НИЦ ГеоТех) (далее – Центр) для комплексных исследований техногенных изменений геофизического состояния литосферы при освоении ее минеральных ресурсов и развития нового научного направления в горной технологии, основанного на идеях и методах создания и применения конвергентных технологий. Центр вошел в состав Горного института НИТУ «МИСиС». Проведены исследования закономерностей обращения вещества и энергии в экологически чистых биологических системах. Были рассмотрены общеметодологические подходы к проблеме и показано, что комплексный характер техногенного воздействия горного производства в сочетании с распространенным утверждением о том, что суммарное воздействие комплекса поллютантов опаснее суммы их воздействий за счет возникновения различных побочных эффектов, является формальным препятствием для использования редукционалистских подходов к решению пограничных задач взаимодействия техно и биосферы. Но если при изучении биологических последствий действия тех или иных техногенных факторов это обстоятельство, безусловно, необходимо учитывать, то при поиске путей создания новых технологий, обеспечивающих сохранность естественной биоты Земли, допущение о равенстве (или адекватности) суммарного воздействия и суммы воздействий не только приемлемо, но и просто необходимо. Исследование динамической организации естественной биоты методом функциональных триад позволило дифференцировать процессы, определяющее устойчивое развитие биологических систем, по степени их участия в воспроизводстве новой биомассы и в установлении баланса ее потребления движения на разных трофических уровнях. Показано, что устойчивое функционирование биосистемы определяется одновременной реализацией всех приведенных принципов. Нарушение даже одного из них может быть причиной деградации биосистемы, вследствие нарушения её экологической чистоты. Впервые выполнен системный анализ закономерностей обращения вещества в биологических системах как идеологической основы организации рационального обращения твердого вещества литосферы в процессе освоения ее минеральных ресурсов. На основании известного положения о двойственной (биологической и общественной) сущности человека было показано, что реализация идеи конвергенции функциональной структуры природных и технических систем не только открывает вполне разумную перспективу создания принципиально новой парадигмы технологического развития минерально-сырьевого комплекса, направленной на кардинальные решения в области сохранения естественной биоты Земли, но и определяет внутреннюю структуру основного объекта технологических исследований – природно-технической системы освоения запасов полезных ископаемых, локализованных в литосфере Земли. Исходя из известного определения понятия производственного кластера, как механизма концентрации усилий, можно утверждать, что основными элементами природно-технической системы освоения запасов месторождения являются два полнообъектных кластера, каждый из которых «…концентрирует усилия…» в разных направлениях. Взаимодействие этих составляющих, как и в каждой сложной системе, определяется тем, что одна является управляющей, а другая – исполнительной. Установлено, что концепция построения сложных функциональных систем из несовместимых по конечным целям элементов базируются на иерархической теории потребностей, согласно которой построена принципиальная схема взаимного влияния несовместимых приоритетов в двухкомпонентной природно-технической системе освоения запасов месторождения. Такое взаимодействие определено, как «…параллельное неразрушающее развитие…» или «коэволюция». Так как запасы любого месторождения конечны, то и время, в течение которого в пределах зоны техногенного воздействия добывающего предприятия не будут выполняться условия и требования «неразрушающего биоту» развития (назовем его «временем отложенной коэволюции») будет ограничено сроком погашения балансовых запасов месторождения. Для восстановления коэволюционной формы взаимодействия технической и природной составляющих необходимо, чтобы конечный результат процесса антропогенной дигрессии биоты при функционировании горно-технической системы разработки месторождения обеспечил бы, после окончания добычных работ, возможность развития демутационной сукцессии до полного восстановления первичного равновесия нарушенной экосистемы. Проведены теоретические исследования физической и функциональной структуры природно-технических систем освоения недр, закономерностей развития во времени и пространстве каждого из компонентов этих систем и принципов их взаимодействия. Установлено, что основным направлением поиска путей эффективного и экологичного развития горных технологий является трансформация в них тех элементов функциональной структуры равновесных биологических систем, которые обеспечивают их экологическую чистоту и безотходность. Отсюда следует очевидная возможность построения принципиально нового типа горных технологий, у которых антропогенные процессы взаимодействуют между собой в биоподобной функциональной структуре, то есть – конвергентных горных технологий. Доказано, что при антагонистическом характере противоречий между техно- и биосферой, общую методологию решения этой проблемы целесообразно строить на основных положениях гомеостатики о способах поддержания жизненно важных параметров взаимодействующих систем путем управления противоречиями. В общеметодологическом плане такой подход дает возможность синтеза противоположностей в рамках единой функциональной системы. Применительно к проблеме противостояния человека и природы это означает, что они сосуществуют в единой системе, которая обеспечивает параллельное неразрушающее развитие антагонистов за счет ограничения уровня техногенных воздействий диапазоном толерантности структурообразующих элементов биоты нарушаемых экосистем. Разработаны биотехнологические принципы формирования конвергентной горной технологии, которые отражают иерархию их функциональной дифференциации. Одновременная реализация всех биогенных принципов позволит структурировать во времени и пространстве процесс получения полезных ископаемых в полном соответствии с ограничениями экологического императива и устойчивого развития. Создан комплексный стенд для проведения физического и оптического моделирования геофизических процессов во вторичных полях напряжений при разработке месторождений различных геологических типов новыми горными технологиями. Основой стенда является гидравлический испытательный пресс П-125, предназначенный для испытания материалов естественного и искусственного происхождения на сжатие. Наибольшая предельная нагрузка 1250 кН, допустимая погрешность измерения нагрузки при прямом ходе (нагружении), начиная с 20% наибольшего значения диапазона измерения, но не ниже 10% наибольшей предельной нагрузки ±2% величины измеряемой нагрузки. Высота рабочего пространства не менее 800 мм, рабочая площадь 440х440 мм. Гидравлический испытательный пресс П-125 модернизирован, оснащен электронно-цифровой системой измерения управляемой программным обеспечением (компьютеризированной системой обработки данных) «M-Test», основой которой является унифицированные форматы данных и алгоритмы их обработки, что позволяет неограниченно программировать стандарты испытаний, в процессе использовать дополнительные электронные датчики. Функциональные возможности оборудования, оснащенного данной системой ввода и обработкой данных: ввод параметров испытаний в диалоговом режиме, построение графических зависимостей «нагрузка-перемещение», «нагрузка-время», «перемещение-время»; определение текущего и максимального значений нагрузки и деформации приложенных к образцу, текущей скорости перемещения (мм/с) и нагружения (кН/с). Компьютеризированная система также позволяет в автоматическом режиме калибровать датчики испытательной машины, предохранять от перегрузок и аварийных ситуаций. Управление испытательной машиной производится в ручном режиме. Создана установка и специализированный стенд для воспроизводства физических моделей любой сложности методами 3D моделирования. Формы элементов конструкции, а также сами модели элементов конструкции печатаются с помощью промышленного 3D принтера CreatBot D600 Pro по FDM (Fused Depsition Modelling — технология трехмерной печати, при которой построение объекта идет за счет расплавления нити пластика, которая через экструдер подается на рабочую поверхность) технологии. Область построения на данном принтере 600х600 мм, что позволяет печатать крупные элементы моделируемых конструкций размерами до 400х400 мм. На принтере также производится печать всей моделируемой природно-технической конструкции при этом используется материал PEEK, обладающий физико-механическими свойствами схожими со свойствами некоторых образцов горных пород. Применение данного принтера аргументировано тем, что он позволяет печатать элементы из прочных материалов PEEK благодаря высокой температуре экструдера до 420 градусов Цельсия, позволяющего наплавлять такой материал. Набору прочности элемента способствует нагрев площадки до 100 градусов Цельсия и нагрев камеры печати до 70 градусов Цельсия. С помощью нагружающего устройства пригружают модель до нагрузки, соответствующей yН, где Н – глубина расположения выработок и камер в шахтах и рудниках, м, с учетом масштаба модели. Наблюдения за деформацией выработок и камер проводятся до полной стабилизации деформаций. Для натурных измерений напряженно-деформированного состояния вторичных геофизических полей при подземной разработке месторождений разработано, спроектировано и изготовлено измерительное оборудование, состоящее из датчиков и средств приборно-инструментального обеспечения, позволяющее проводить оперативную оценку и анализ изменения напряженного состояния скального массива горных пород. Разработанное измерительное оборудование позволяет проводить многократные измерения действующих напряжений в массиве горных пород в одной точке (замерной станции). Принцип работы устройства - разрыв стенки скважины растягивающими нагрузками и измерения действующих напряжений в массиве горных пород в зоне и вне зоны влияния горной выработки измерительным комплексом с наличием датчиков акустической эмиссии (далее АЭ). Техническим результатом проводимых лабораторных и, в последующем, натурных измерений на подземных рудниках горнодобывающих компаний, запланированных на следующий отчетный период, будут являться полученные значения напряжений вторичных геофизических полей и анализ закономерностей их распределения в массиве горных пород. Установленные характеристики и закономерности распределения напряженно-деформированного состояния массива в условиях применения систем подземной разработки различного класса будут использоваться для разработки и моделирования конструктивных элементов конвергентных горных технологий, а также калибровки физических и численных моделей разрабатываемых новых горно-технических систем. Разработана трехмерная модель техногенно изменённых недр, представляется в виде замкнутого объемного литосферного объекта, на внешней континуальной границе которого отсутствует влияние зоны полного разрушения, а дискретная внутренняя граница формируется вдоль условной поверхности «нулевого влияния» невозмущенной литосферы. Эволюция такой среды описывается системой уравнений, включающей законы измерения состояния вмещающего массива, участка литосферы, разрушаемого в процессе добычных работ и участка литосферы в пределах поля вторичных напряжений. Комплексная модель всей системы представляет собой интегральное единство реологической модели породного разрабатываемого участка литосферы; физико-технической модели процесса техногенного разрушения этого участка и конечно-элементарной модели квазистатического изменения напряженно-деформированного состояния массива в пределах геофизического экотона. Невозмущенная литосфера описана как твёрдое тело со структурой. Физико-техническая модель техногенного разрушения отрабатываемого участка литосферы отражает особенности формирования техногенных полостей переменного объема в процессе добычных работ и тем самым определяет условия развития вторичных полей напряжений. В рамках этой модели рассмотрено три основных класса применяемых технологий добычи полезного ископаемого: с открытым выработанным пространством; с обрушением вмещающих пород; с закладкой выработанного пространства. Для описания напряженно-деформированного состояния породного массива в пределах геофизического экотона была принята статическая модель деформирования твердого тела со структурой в процессе формирования в этом теле полости переменного объема. Использовано математическое конечно-элементарное моделирование на основе системы уравнений, описывающих динамику напряженно-деформированного состояния массива, вмещающего зону техногенного разрушения литосферы. Для типовых случаев определены закономерности, характеризующие развитие вторичных полей напряжений во вмещающем массиве горных пород. Было установлено, что в первом и третьем вариантах горных технологий параметры поля вторичных напряжений качественно соответствуют гипотезе В. Риттера, но количественно отличаются друг от друга пропорционально заданной при модельных расчетах разнице в прочности породного и закладочного массива. Развитие же этих процессов для модели технологии с обрушением налегающих пород с достаточной степенью точности определяется уравнениями гипотезы А.А. Иливицкого. В обоих случаях, определяющее значение для решаемой проблемы обоснования подходов к созданию конвергентной горной технологии имеет вывод о том, что развитие процессов формирования поля вторичных напряжений во времени полностью определяется последовательностью и интенсивностью формирования техногенных пустот (обозначенных нами, как неоднородности с нулевой плотностью вещества). Это, с очевидностью, означает, что разделение процессов во времени дает возможность управления параметрами геофизического экотона при подземной разработке месторождений. Проведен системный анализ геологического строения месторождений твердых полезных ископаемых, обоснование критериев количественной оценки сложности условий разработки и классификация месторождений, как элементов сложных природно-технических систем освоения минеральных ресурсов литосферы. Структура месторождения определяется, как детерминированный комплекс природных факторов, регламентирующих систему ограничений при выборе технологических решений. Выполненный системный анализ показал, что для создания методов количественной оценки сложности системы, определяющее значение среди общих законов структурности имеет закон инкрементальности. Это означает, что каждый из факторов, входящих в состав структуры месторождения, должен характеризоваться двумя величинами (частными индексами), характеризующими количественную и качественную определенность, и общим индексом в виде их суммы. Для дифференцированного учета степени влияния сложности структуры месторождения, как элемента природной составляющей сложных природно-технических систем освоения минеральных ресурсов недр, была выполнена классификация месторождений. В качестве основания для деления всего объема понятия было принято значение коэффициента сложности (Ксм), а смысловая дифференциация – построена по аналогии с биологическими классификациями степени нарушения естественной биоты.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В целях реализации научного проекта: «Формирование природно-технических систем разработки месторождений твердого минерального сырья на основе конвергентных технологий» по Соглашению №19-17-00034 от 22.04.2019, заключенного между НИТУ «МИСиС» и Российским научным фондом в рамках решения проблемы по разработке научных основ построения конвергентной геотехнологии подземной разработки месторождений твердых полезных ископаемых были проведены теоретические и экспериментальные исследования по изучению особенностей формирования вторичного поля напряжений в техногенно изменяемых участках литосферы. На основе гомеостатической трансформации в техносферу эволюционно-бифуркационной модели развития биологических систем впервые предложен универсальный, для всех морфологических типов месторождений, методологический подход к реализации принципа превентивности в составе исполнительного кластера конвергентной горной технологии, заключающийся в опережающем устранении, за счет изменения пространственно-временной конфигурации технологии, тех факторов, которые обладают наибольшим факторным весом при формировании конечных показателей эффективности добычных работ. Выдвинута и частично разработана гипотеза о соответствии конфигурации вторичного поля напряжений, возникающего в процессе добычных работ на месторождении, характеру и величине анизотропии элементов залегания рудных тел, что было экспериментально доказано в процессе сопоставления результатов математического моделирования с натурными наблюдениями. Это позволило использовать методы вепольного анализа при доработке методологической концепции формирования природно-технических систем разработки месторождений твердых полезных ископаемых. В рамках новой концепции развития геотехнологии на основе гомеостатической трансформации функциональной структуры биологических систем в техносферу, были впервые исследованы взаимные регуляторные влияния техногенных и экологических факторов и сформулированы общие принципы построения перспективных конструкций систем разработки для рудных месторождений различной мощности и морфологического типа: - выемка руды прирезками по простиранию и создание на этой основе малооперационной технологии, имеющей в своем составе минимум работ, не поддающихся механизации; - скважинная отбойка руды из нарезных выработок, с сохранением технической возможности отбойки руды шпуровыми зарядами при малой мощности рудных тел; - универсальность технологии с точки зрения мощности рудного тела, изменчивости угла его падения и рудоносности, с целью сокращения методами избирательной выемки объемов извлечения вмещающих пород. Разработаны геомеханические модели традиционно применяемых горнотехнических систем и новых разрабатываемых - каркасных и сотовых горных конструкций для конкретных горно-геологических условий разрабатываемых месторождений, на основе полученных результатов лабораторных испытаний образцов горных пород, а также количественной и качественной оценки состояния массива горных пород на действующих рудниках в зоне и вне зоны влияния очистных работ. Предложен и обоснован новый показатель для количественной оценки изменения исходного поля напряжений в процессе ведения очистных работ - коэффициент влияния, который определяется через соотношение геометрических параметров взаимодействующих элементов: площади внешнего контура горной конструкции (конструктивных элементов) рассматриваемой традиционно применяемой или новой разрабатываемой горной конструкции к площади внешнего контура, сформированной в скальном массиве зоны растягивающих деформаций со значениями микродеформации больше 350 (при которых в шахтных условиях регистрируются первые трещины растяжения в скальном массиве). На основе полученных результатов натурных исследований, численного и физического моделирования, дальнейшей калибровки численных моделей установлены зависимости, характеризующие влияние геометрических параметров очистных выработок традиционно применяемых и разрабатываемых природоподобных систем подземной разработки рудных месторождений на степень изменения исходного поля напряжений. Сформирована база данных физико-механических свойств горных пород и количественных характеристик массивов для условий применения конвергентной геотехнологии и рассматриваемых месторождений. Разработаны рецептуры эквивалентных материалов. Создано из них 214 физических моделей новых каркасных и сотовых горных конструкций, как блочных так и сплошных. Впервые проведена количественная оценка качества эквивалентного геоматериала (массива) физических моделей с использованием системы классификации качества горных пород по показателю индекса Q (метод Бартона). Для оценки НДС физических моделей и горнотехнических систем при численном анализе в поле вторичных напряжений в предположении упругого поведения массива также впервые использовался критерий прочности Хука-Брауна. Установлены параметры НДС физических моделей новых каркасных и сотовых горных конструкций, созданных из эквивалентных материалов, и их конструктивных элементов с применением созданного комплексного стенда для проведения физического моделирования. Разработана методика изготовления физических моделей из эквивалентных материалов с использованием созданной в рамках реализации проекта установки и специализированного стенда для воспроизводства моделей любой сложности методами 3D моделирования. На основе численного моделирования НДС новых горнотехнических систем выявлены слабые места их конструктивных элементов и определены оптимальные параметры систем, способных эффективно противодействовать внешним нагрузкам. Выполнена с использованием метода Терцаги адаптация созданных численных моделей новых горнотехнических систем к условиям лимитирующим применение программы численного моделирования Map3D и геомеханических программ Dips, RocData, Unwedge и PicSure. На основе проведения комплекса шахтных измерений НДС массива горных пород в условиях применения систем разработки различного класса на месторождениях различной мощности и сложности строения, а также количественной и качественной оценки состояния массива на разрабатываемых участках месторождений установлен характер и динамика формирования вторичного поля напряжений в техногенно изменяемом участке литосферы. Полученные в шахтных условиях результаты обеспечили эффективность калибровки геомеханических моделей, что позволило определить реалистичные условия применения новых разрабатываемых горнотехнических систем. Выполнен конфирматорный факторный анализ геологических условий, усложняющих разработку месторождений и установлено, что при создании конвергентной геотехнологии разработки жильных месторождений с учетом характерных для них экологических и геологических ограничений включает в себя два основных направления: - изменение функциональной структуры очистной выемки с целью устранения негативного влияния малой выемочной мощности на безопасность и эффективность этого технологического процесса; - обоснование пространственного и временного формата технологии разработки маломощных рудных тел, обеспечивающего превентивное решение геомеханических проблем и увеличение масштаба отбойки руды. При этом, выбор направления проходки нарезных буровых выработок определяется показателем степени анизотропии величины модуля сложности рудного тела на отрабатываемом участке, а предельная, по полноте выемки балансовых запасов, глубина бурения при отбойке ограничивается радиусом кривизны отбиваемого участка жилы и ее мощностью. Установлено, что методологическое развитие технологической идеи конвергентной технологии при отработке алмазоносных диатрем заключается в обязательной опережающей защите очистных работ от негативных геофакторов, свойственных реальным месторождениям, за счет превентивного создания ограждающей горнотехнической конструкции путем выемки приконтурной части запасов трубки и создания искусственного ограждающего массива с последующей выемкой руды под его защитой. Такой порядок ведения горных работ позволяет комплексно решить, как геомеханические, так и гидрогеологические проблемы подземной разработки данного морфологического типа рудных тел. Доказано, что необходимым условием обеспечения коэволюционной формы взаимодействия природной и технической составляющих в общей системе является обязательное использование принципа избирательности при создании конвергентных технологий подземной разработки твердых полезных ископаемых. Пути практической реализации этого принципа полностью определяется морфологическим типом рудных тел. Обоснованы подходы и предложены функциональные схемы типовых вариантов конвергентных горных технологий подземной разработки основных морфологических типов месторождений. Для изометрических рудных тел большой мощности предложена «каркасная» схема построения конвергентной технологии. Для подземной разработки месторождений жильного типа предложены типовые схемы построения новых технологий с выемкой вертикальными прирезками по простиранию, отличающиеся состоянием очистного пространства в виде отработки запасов с открытым очистным пространством и последующей закладкой, или отработки запасов с магазинированием руды. Для разработки рудных тел третьего, из обозначенных выше, морфологических типов общие методологические принципы создания конвергентных технологий трансформированы в типовые технологические схемы в зависимости от наличия или отсутствия флюидонесущих горизонтов во вмещающей толще пород. В благоприятных гидрогеологических условиях реализуется типовая схема, во многом аналогичная описанной выше «каркасной» технологии разработки изометрических рудных тел большой мощности. При отработке запасов в пределах мощных флюидонесущих горизонтов форма реализации основных положений предлагаемой парадигмы изменяется в соответствии с дополнительными ограничениями. Во всех случаях отработка запасов должна начинаться с выемки ограждающего слоя с применением водоупорной закладки. В соответствии с планом работ на текущий год был выполнен комплекс предварительных исследований по формированию информационной и методологической основы для создания глоссария терминов и понятий, определяющих смысловую и содержательную достоверность, а также формализованную унификацию при подготовке текстов и сообщений в области изучения и развития природоподобных технологий комплексного освоения недр.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В целях реализации научного проекта «Формирование природно-технических систем разработки месторождений твердого минерального сырья на основе конвергентных технологий» были проведены теоретические и экспериментальные исследования особенностей изменения состояния геосфер и обоснования путей обеспечения устойчивости, формирования и развития природно-технических систем разработки рудных месторождений. На основе численного моделирования определены процессы развития вторичного поля напряжений на различных этапах формирования природно-технических систем разработки месторождений твердого минерального сырья. С применением аддитивных технологий изготовлены 3D модели, на которых изучены геомеханические процессы в техногенно измененных недрах при использовании типовых вариантов конвергентных горных технологий в различных горно-геологических условиях. Разработаны типовые варианты конвергентных горных технологий для замены традиционных технологических решений в условиях разрабатываемых участков литосферы; теоретически обоснованы возможности использования гравитационного поля Земли в качестве источника возобновляемой энергии при подземной разработке месторождений твердого минерального сырья. Разработаны модельные представления о техногенно измененных недрах, как о новом литосферном объекте, состоящем из зоны техногенного разрушения литосферы и геофизического экотона, включающего в себя зону изменения напряженно-деформированного состояния вмещающего горного массива без изменения его плотности. На основе относительного отклонения (индекса) фактической характеристики геосферы от исходной при прямом и опосредованном потреблении природного ресурса обоснована общая методология количественной оценки экологических последствий разработки месторождений для основных геосфер Земли. Установлены индивидуальные особенности экологического воздействия конвергентных горных технологий на абиоту природных экосистем. С использованием положений ресурсного подхода обосновано применение объемных показателей добычных работ в качестве универсального критерия оценки экологического состояния литосферы в границах техногенно измененных недр. Разработана методика расчета значений показателей, характеризующих состояние разрабатываемых участков при использовании различных горных технологий. Совместный структурный анализ полученных выражений показал, что главная индивидуальная особенность предлагаемой конвергентной горной технологии освоения месторождений заключается в том, что геомеханически обоснованная двухстадийная схема ведения добычных работ, принятая на основе идеи превентивного возведения искусственной объемной каркасной конструкции, полностью исключает условия для формирования конструктивных потерь руды в подземном пространстве. В рамках разработки гипотезы о фрагментации вторичного поля напряжений в геофизической структуре техногенно измененных недр уточнено содержание этого понятия и установлено, что в геофизическом плане техногенно измененные недра представляют собой часть литосферы, в пределах которой исходное поле напряжений в горном массиве деформировано в результате извлечения полезного ископаемого с образованием вторичного поля напряжений, оконтуренного внутренними дискретными и внешними континуальными границами. Структура вторичного поля напряжений, в свою очередь, полностью зависит от способа и геотехнологии разработки месторождения. Когнитивная структуризация рабочей гипотезы позволяет рассмотреть внешнюю переходную зону техногенно измененных недр с точки зрения теории экотонных биологических систем и ввести понятие геофизического экотона, который может быть идентифицирован в виде сложной объемной системы, прилегающей к зоне техногенного разрушения, обладающей внутренней неоднородностью изменения свойств и континуальной границей с невозмущенной литосферой. На основе экспериментальных исследований установлено, что реализация биогенного принципа превентивности при создании каркасного варианта конвергентной горной технологии кардинально изменяет характер развития и структуру вторичного поля напряжений. Процесс формирования поля структурирован во времени и пространстве принятым порядком выполнения основных технологических процессов в составе добычных работ. На основе физического моделирования с использованием 3D моделей, изготовленных с применением аддитивных технологий, а также моделей из малопрочных материалов, изучены геомеханические процессы в техногенно измененных недрах при использовании типовых вариантов конвергентных горных технологий в различных горно-геологических условиях, а также обоснованы типовые варианты конвергентных горных технологий для замены традиционных технологических решений в условиях конкретных разрабатываемых участков литосферы. Выполнен комплекс исследований по выбору эквивалентных материалов для лабораторного моделирования развития геомеханических процессов в искусственных и естественных горных массивах. Установлено, что каменная соль по своим характеристикам не удовлетворяет требованиям эксперимента, но обладает высокой степенью объемной изотропии физико-механических свойств, что позволяет использовать этот материал при решении задач качественного характера, без количественных оценок. Результаты испытаний силикатного материала показали, что его можно классифицировать как эквивалентный материал по классификации Дир-Миллера. При проведении экспериментов определялось влияние формы, размеров и расположения пустот на устойчивость изучаемых элементов и горных конструкций в целом. Исследование результатов съемки разрушения моделей из силикатного материала, выполненной с помощью камеры и процессора IOS 14, показало, что на начальных этапах развития этих процессов происходит объединение имеющихся внутренних дефектов в единую систему трещин со скоростями, пропорциональными величине угла внутреннего трения материала модели, который, исходя из требований подобия, принимается равным его естественной величине в натурных условиях. Вместе с тем, покадровый анализ полученных материалов позволил выявить эффект задержки времени полной дезинтеграции образца по отношению ко времени завершения процесса трещинообразования, который идентичен известному в металловедении эффекту «инкубационного периода» при плавном нагружении образцов до критических значений. Экспериментально установлено, что при одинаковом соотношении материала к площади отверстий в поперечном сечении образца, общая его устойчивость при круглой форме отверстия всегда оказывалась выше, чем при квадратной. Причем эта разница быстро возрастает по мере уменьшения радиуса единичного круглого отверстия. Доработана теоретическая концепция построения подземных горных технологий, основанная на целенаправленном формировании условий воспроизводства устойчивых динамических структур в литосфере за счет управления релаксационными процессами на внешнем контуре отрабатываемого участка недр и показано, что выполнение этих условий обеспечивается только в том случае, если полиобъектный функциональный кластер технологии отработки запасов формируется как интегральное единство трех консолидированных во времени и пространстве технологических монокластеров: опережающее возведение несущей «каркасной» конструкции в виде оконтуривающего, разделительного и искусственных массивов из закладочных материалов необходимого качества; выемка основных запасов отрабатываемого участка с применением геотехнологий, отвечающих геологическим особенностям каждой из выемочных единиц; реабилитация выработанного пространства в пределах отрабатываемого участка или месторождения в целом. Выполнен когнитивный анализ функциональной структуры технологических кластеров и построены алгоритмы модельных исследований, отражающие этапы ведения добычных работ, выполнен комплекс работ по численному моделированию технологических процессов, выполняемых в поле вторичных напряжений, сформированном при возведении каркасной конструкции. Получены исходные данные для создания в перспективе расчетных методов определения оптимальных параметров новых горных технологий. Установлено, что использование каркасного варианта конвергентной горной технологии позволит практически полностью исключить конструкционные потери руды, а также, в сочетании со специальными способами возведения закладочных массивов без усадки материала, надежно обеспечить сохранность налегающей толщи пород, особенно при наличии в ней флюидонесущих горизонтов. Однако, основным перспективным преимуществом такой структуры технологического кластера добычных работ является легко реализуемая возможность возврата к массовому использованию на новом уровне знаний энергии гравитационного поля Земли для дробления руд и пород при подземной разработке месторождений. Применительно к решаемой в проекте задаче установлено, что формирование в рабочем слое рудного массива плотностной неоднородности, например, в виде вертикальной щели, эквивалентно увеличению величины подрабатываемого пролета до необходимых по условиям самообрушения значений. Это позволяет контролировать процесс очистной выемки в блоке. Для повышения экологической и экономической эффективности добычи полезных ископаемых с применением конвергентных горных технологий теоретически обоснованы новые возможности использования возобновляемой энергии гравитационного поля Земли в виде организации в каждой выемочной единице эффективного процесса взрыва – гравитационного самообрушения. Неизбежным следствием формирования такой пространственной каркасной конструкции в объеме отрабатываемого участка при использовании технологии гравитационной отбойки руды является нескомпенсированное ослабление пяты свода в каждой выемочной единице до величины прочности контакта между искусственным материалом разделительного целика и рудным массивом. Создана новая методика расчета углов наклона трапециевидных разделительных искусственных массивов. Реализация принципов построения «каркасных» геотехнологий открывает принципиально новые перспективы и вполне обоснованные возможности для возвращения на новом уровне наших знаний к идеям использования энергии гравитации для дробления рудных массивов в процессе разработки месторождений - т.е. к технологии взрыво-гравитационного самообрушения руды. Подготовлена к печати монография: Галченко Ю.П., Еременко В.А. «Природно-технические системы подземной разработки рудных месторождений на основе конвергентных технологий» / Отв. редактор чл.- корр. РАН Захаров В.Н. - М.: Издательство «Горная книга», 2021. - 260 с. Монография обобщает все полученные при проведении исследований результаты. В 2021 г. на плановом заседании Научного совета РАН по проблемам горных наук, которое проходило в Горном институте НИТУ «МИСиС», был заслушан, обсужден и одобрен доклад «Проблемы разработки месторождения твердого минерального сырья на основе конвергентных технологий». В протоколе совета сделаны следующие основные выводы: проблемы, освещенные в докладе, важны, перспективны и актуальны; доклад можно отнести к новой классификации недропользования; междисциплинарные знания и проблемы, озвученные в докладе, сопряжены с натурными исследованиями; предложен новый подход к преобразованию массива и др. Аннотация доклада опубликована в «Отчет о деятельности Научного совета РАН по проблемам горных наук и краткие результаты научно-исследовательских работ учреждений и организаций горного профиля Российской Федерации и стран СНГ в 2021 г.».