Разработка научных основ и системы комплексного геомеханического мониторинга для предупреждения горных ударов и техногенных землетрясений в районах повышенной геодинамической активности

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-17-00018

НазваниеРазработка научных основ и системы комплексного геомеханического мониторинга для предупреждения горных ударов и техногенных землетрясений в районах повышенной геодинамической активности

Руководитель Рассказов Игорь Юрьевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук , Хабаровский край

Конкурс №11 - Конкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по приоритетным тематическим направлениям исследований» (11)

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-301 - Геомеханика

Ключевые слова Горные удары, техногенная сейсмичность, массив горных пород, напряженно-деформированное состояние, геодинамика, математическое моделирование, сейсмоакустика, системы геомеханического мониторинга, алгоритмы, программные комплексы, очаги разрушений, предвестники, прогноз

Код ГРНТИ52.13.25

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение актуальной проблемы прогноза и предотвращения опасных динамических явлений (горных ударов и техногенных землетрясений) при разработке месторождений полезных ископаемых в районах повышенной геодинамической активности и на больших глубинах. Сложность этой проблемы обусловлена многофакторностью условий и причин возникновения катастрофических событий в процессе горных работ, большим разнообразием горно-геологических и горнотехнических характеристик исследуемых объектов (шахтных и рудных полей с расположенными в них горными выработками и горными конструкциями), неоднородностью напряженно-деформированного состояния и значительными вариациями физико-механических свойств слагающих массивы горных пород, которые подвергаются интенсивным техногенным воздействиям. Поведение предельно напряженного массива горных пород, расчлененного тектоническими нарушениями, породными контактами, особенно – в районах повышенной геодинамической активности, характеризующихся природной и техногенной сейсмичностью, во многих случаях не может быть описано с помощью известных классических теорий. Возникает необходимость непрерывного мониторинга изменяющихся во времени и пространстве геофизических полей, геомеханических процессов и очагов разрушения, в том числе формирующихся в глубине массива. При этом в настоящее время отсутствуют или недостаточны научно-методические подходы и технические средства для выявления, идентификации и локализации в горном массиве (особенно в его глубине) зон возникновения эволюционизирующих очагов опасных динамических явлений и их оперативного предупреждения. Для более глубокого научного понимания установленных науками о Земле таких геомеханических явлений и эффектов как образование очагов опасных горнодинамических явлений, самоорганизация блочно-иерархической структуры массива, его пульсирующая сейсмическая и сейсмоакустическая активизация, зональная дезинтеграция и других, необходимы новые подходы, в том числе с привлечением разделов нелинейной геомеханики. Кроме того, в Дальневосточном регионе России отмечались малоизученные опасные геомеханические явления, связанные с техногенным воздействием на высокотемпературные обводненные породы, такие как геотермальные выбросы, активизация старых и образование новых термальных площадок, термострессовые землетрясения. Данный проект направлен на разработку метода и средств, обеспечивающих следующие новые качественные характеристики процесса геомеханического мониторинга: оперативность (с позиций геотехнологии) получения и использования наблюдательных данных на различных масштабных уровнях; возможность представления совокупностей наблюдательных данных в виде активных или потенциально опасных очагов динамических явлений. Оперативное получение результатов, т.е. максимально приближение их к реальному времени происходящих геомеханических процессов, а также выделение и контроль опасных очагов способствуют достижению цели своевременного (и поэтому более эффективного) управления горным давлением. Важная роль геомеханического мониторинга будет заключаться также в раскрытии механизма подготовки горных ударов и техногенных землетрясений, который включает в себя различные стадии формирования и эволюции очагов в зависимости от техногенного воздействия на породный массив в различных его участках и в масштабе всего месторождения. Для решения проблемы снижения риска горных и горно-тектонических ударов в проекте предусматривается создание многоуровневой системы оперативного масштабного геомеханического мониторинга, что обеспечивает эффективную регистрацию и углубленный анализ широкого спектра изменяющихся в пространстве и времени параметров геофизических волновых полей (геоакустических, микросейсмических, деформационных и др.) совместно с результатами теоретических исследований и данными о свойствах и состоянии блочных геосред в масштабах от регионального (от рудных районов до шахтных полей) до локального (от очистных блоков до одиночных горных выработок). Применение современных, в том числе оригинальных, методов и измерительно-вычислительных комплексов для изучения геомеханического состояния породных массивов, позволит получить и систематизировать новые экспериментальные данные, выявить закономерности перераспределения напряжений в массиве пород, проявления сейсмоакустической активности, техногенной сейсмичности и деформационных процессов на различных стадиях подготовки динамических явлений и обосновать их предвестники. Теоретическое обоснование методологии мониторинга опирается на развиваемую кинетическую концепцию разрушения твердых тел, причём изучаемый объект – разрабатываемый массив горных пород рассматривается как природно-техническая система, изменяющаяся в процессе развития крупномасштабных горных работ и происходящих геомеханических и геодинамических процессов. При этом будут учитываться устанавливаемые закономерности развития процесса деструкции предельно напряженного массива горных пород с изменением параметров регистрируемого акустического поля и выполняемыми процессами геотехнологии. Анализ и интерпретация наблюдательных данных в системе мониторинга потребует совмещения целого комплекса математических и геофизических методов, обеспечивающих синергетический эффект при построении моделей и установлении закономерностей формирования очагов опасных динамических явлений. Полученные при выполнении настоящего проекта результаты теоретических и экспериментальных исследований и разработок значительно расширят существующие научные представления о механизме формировании природно-техногенных полей напряжений и очагов динамических явлений в разрабатываемом массиве горных пород, а также позволят выявить критерии предразрушения геосред, что создаст основу для выработки новых подходов к надежному прогнозу и предотвращению техногенных катастроф при подземном освоении недр. Разработанная в соответствии с данным проектом система мониторинга обеспечит возможность получения качественно нового научно-практического результата в ходе экспериментальных работ (включаемых в процесс производственно-технической деятельности на горных предприятиях): оперативного и масштабного геомеханического мониторинга очагов опасных горнодинамических явлений и контроля процесса управления горным давлением, что будет содействовать своевременному выполнению профилактических и противоударных мероприятий и снижению риска опасных динамических явлений при освоении месторождений в условиях сложной геомеханической обстановки и в районах повышенной геодинамической активности.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Гузев М.А., Рассказов И.Ю., Цициашвили Г.Ш. Algorithm of potentially burst-hazard zones dynamics representation in massif of rocks by results of seismic-acoustic monitoring Proceedings of the IACGE International Symposium on Geotechnical and Earthquake Engineering, Proceedings of the IACGE International Symposium on Geotechnical and Earthquake Engineering. Beijing, China, 2016, pp. 9-11. (год публикации - 2016)

2. Рассказов И. Ю., Саксин Б. Г., Усиков В. И., Потапчук М. И. Геодинамическое состояние массива пород Николаевского полиметаллического месторождения и особенности проявления удароопасности при его освоении Горный журнал, № 12. С. 13-19 (год публикации - 2016)
10.17580/gzh.2016.12.03

3. Шулюпин А.Н., Константинов А.В., Терешкин А.А. Risk of hydrothermal eruption in the course of development of high-grade geothermal groundwater reservoirs Eurasian Mining, 2, 48-52 (год публикации - 2016)
10.17580/em.2016.02.12

4. Макаров А.Б., Рассказов И.Ю., Саксин Б.Г., Ливинский М.С., Потапчук М.И. Геомеханическое обоснование параметров камерной системы разработки при переходе на подземный способ добычи руд Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 3, С. 27-38 (год публикации - 2016)

5. Шевченко Б.Ф., Саксин Б.Г., Потапчук М.И. Особенности геодинамической активности верхней части земной коры на рудных месторождениях Дальнегорского района приморья Горный информационно-аналитческий бюллетень (научно-технический журнал), № 8 (специальный выпуск 21), С. 182-190 (год публикации - 2016)

Публикации

2. Петров В.А., Лексин А.Б., Погорелов В.В., Ребецкий Ю.Л., Саньков В.А., Ашурков С.В., Рассказов И.Ю. Geodynamic Simulation of Ore-Bearing Geological Structural Units by the Example of the Strel'tsovka Uranium Ore Field GEOLOGY OF ORE DEPOSITS, Том: 59 Выпуск: 3 Стр.: 183-208 (год публикации - 2017)
10.1134/S1075701517030047

3. Шулюпин А.Н. Steam-water flow instability in geothermal wells International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 105 (2017), pp. 290–295 (год публикации - 2017)
10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.09.092

4. Терешкин А.А, Рассказов И.Ю., Аникин П.А., Мигунов, Д.С. Результаты применения геоакустического метода локального контроля удароопасности на рудниках Дальнего Востока Горный информационно-аналитический бюллетень, № 11 (специальный выпуск 24), С. 338-347 (год публикации - 2017)
10.25018/0236-1493-2017-11-24-338-347

5. Гладырь А.В., Мигунов Д.С., Аникин П.А., Калинов Г.А., Мирошников В.И. Состав технических средств геодинамического полигона Стрельцовского рудного поля Горный информационно-аналитический бюллетень, № 11 (специальный выпуск 24), С. 329-337 (год публикации - 2017)
10.25018/0236-1493-2017-11-24-329-337

6. Рассказов И.Ю., Долгих Г.И., Петров В.А., Луговой В.А., Долгих С.Г., Саксин Б.Г., Цой Д.И. Laser strainmeter in integrated geodynamic monitoring within Streltsov Ore Field JOURNAL OF MINING SCIENCE, Том: 52 Выпуск: 6 Стр.: 1052-1059 (год публикации - 2016)
10.1134/S1062739116061599

7. Рассказов И.Ю., Цирель С.В., Розанов А.О., Терешкин А.А., Гладырь А.В. Использование данных сейсмоакустических наблюдений для определения характера развития очага разрушения породного массива Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 2 , С. 29-37 (год публикации - 2017)

Публикации

1. Гладырь А.В., Мирошников В.И., Константинов А.В. Software and hardware improvement for the Streltsov ore field geodynamic testing area E3S Web of Conferences, 56, 02012 (год публикации - 2018)
10.1051/e3sconf/20185602012

2. Рассказов И.Ю., Саксин Б.Г., Усиков В.И., Сидляр А.В. The assessment of the impact of natural and anthropogenic factors on the current stressstrain state of rock massif of burst-hazardous ore deposits in the East of Russia E3S Web of Conferences, 56, 02011 (год публикации - 2018)
10.1051/e3sconf/20185602011

3. Рассказов И.Ю., Саксин Б.Г., Шевченко Б.Ф., Усиков В.И. Геомеханические поля и процессы: экспериментально-аналитические исследования формирования и развития очаговых зон катастрофических событий в горнотехнических и природных системах: Том 1 Геомеханические поля и процессы: экспериментально-аналитические исследования формирования и развития очаговых зон катастрофических событий в горнотехнических и природных системах: Том 1. Изд-во СО РАН, Новосибирск (год публикации - 2018)

4. Рассказов И.Ю., Петров В.А., Гладырь А.В., Тюрин Д.В. Геодинамический полигон Стрельцовского рудного поля: практика и перспективы Горный журнал, № 7, стр. 17-21 (год публикации - 2018)
10.17580/gzh.2018.07.02

5. Терешкин А.А., Рассказов М.И. Assessment of burst-hazard rock massif by geoacoustic method Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses: Proceedings of the 2018 european rock mechanics symposium, Vol. 2, pp. 1627-1632 (год публикации - 2018)

6. Рассказов И.Ю., Саксин Б.Г., Потапчук М.И., Аникин П.А. The researches of burst-hazard on mines in Russian Far East Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses: Proceedings of the 2018 european rock mechanics symposium, Vol. 1, pp. 153-166 (год публикации - 2018)

7. Рассказов И.Ю., Саксин Б.Г., Аникин П.А., Гладырь А.В., Потапчук М.И., Усиков В.И., Терешкин А.А, Сидляр А.В. Methods and technical facilities for the assessment of geodynamic risk and Geomechanical monitoring of burst-hazard rock massif Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses: Proceedings of the 2018 european rock mechanics symposium, Vol. 2, pp. 1501-1506 (год публикации - 2018)