Развитие экспериментальнотеоретических основ нелинейной геотомографии. Часть III: Перспективные системы контроля деформационно-волновых процессов в подземных и наземных условиях ведения горных работ

В развитие инструментального обеспечения основ нелинейной геотомографии на волнах маятникового типа — регистрации сложных деформационно-волновых и анализа сопряженных с ними сейсмоэмиссионных процессов, индуцируемых подземными и открытыми горными работами, а также землетрясениями и мощными взрывами — представлены современные перспективные приборно-измерительные комплексы ИГД СО РАН. Технические требования к их созданию во многом учитывают необходимость регистрации динамико-кинематических характеристик волн маятникового типа в напряженных геосредах блочно-иерархического строения, формализованные связи которых с сопутствующими им сейсмоэмиссионными процессами отражены в предыдущей части (II) настоящей статьи. Дано описание двух базовых измерительно-вычислительных комплексов для осуществления мониторингового вида измерений абсолютных смещений и деформаций в реальных по строению геосредах в динамическом режиме для их эксплуатации в подземных горных выработках, а также на карьерах в экстремальных природно-климатических условиях Сибири. Работоспособность измерительных комплексов при регистрации низкоскоростных (менее 10 м/с) волн маятникового типа иллюстрируется, соответственно, их натурными записями от технологических взрывов на медно-никелевых месторождениях Норильска (приборный комплекс МОЭД-п) и на карьерах кимберлитовых трубок Якутии (многофункциональный деформационно-волновой измерительно-вычислительный комплекс ИГД СО РАН «Карьер»). Их сравнительный анализ со структурой записей «волновых пакетов» повышенной газодинамической активности угольных шахт Кузбасса, индуцированной землетрясениями, по каналам системы автоматизированного газового контроля (АКГ) показал наличие детерминированной связи последних с приходом низкоскоростной группы волн маятникового типа (менее ~5 м/с).

Ключевые слова: Геотомография на волнах маятникового типа, напряженные массивы горных пород, блочно-иерархическое строение, нелинейные деформационно-волновые процессы, измерительно-вычислительные комплексы для регистрации маятниковых волн, подземные выработки рудников Норильска, кимберлитовые трубки и карьеры Якутии, натурные записи от технологических взрывов, система газового контроля (АГК), индуцированная землетрясениями газодинамическая активность на шахтах Кузбасса.

Как процитировать:

Опарин В. Н., Адушкин В. В., Востриков В. И., Юшкин В. Ф., Киряева Т. А. Развитие экспериментально-теоретических основ нелинейной геотомографии. Часть III: перспективные системы контроля деформационно-волновых процессов в подземных и наземных условиях ведения горных работ // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2019. – № 12. – С. 5–29. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-12-0-5-29.

Благодарности:

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 17-17-01282).

Информация об авторах:

Опарин Виктор Николаевич¹ — член-корреспондент РАН,
д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий отделом,
e-mail: oparin@misd.ru,
Адушкин Виталий Васильевич¹ — академик РАН, советник РАН,
д-р физ.-мат. наук, e-mail: adushkin@idg.chph.ras.ru,
Институт динамики геосфер РАН,
Востриков Владимир Иванович¹ — канд. техн. наук,
зав. лабораторией, e-mail: vvi49@mail.ru,
Юшкин Владимир Федорович¹ — д-р техн. наук,
ведущий научный сотрудник, e-mail: L14@ngs.ru,
Киряева Татьяна Анатольевна¹ — канд. техн. наук,
старший научный сотрудник, e-mail: coalmetan@mail.ru,
¹ Институт горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН.

Контактное лицо:

Опарин В.Н., e-mail: oparin@misd.ru.

Список литературы:

1. Опарин В. Н., Адушкин В. В., Востриков В. И., Юшкин В. Ф., Киряева Т. А. Развитие экспериментально-теоретических основ нелинейной геотомографии. Часть I: Формулировка и
обоснование задачи исследований // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 1. — С. 5—25. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-01-0-5-25.
2. Опарин В. Н., Адушкин В. В., Востриков В. И., Юшкин В. Ф., Киряева Т. А. Развитие экспериментально-теоретических основ нелинейной геотомографии. Часть II: Динамико-кинематические характеристики волн маятникового типа в напряженных геосредах и сейсмоэмиссионные процессы // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 11. — С. 5—26. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-11-0-5-26.
3. Adushkin V. V., Oparin V. N. From the alternating-sign explosion response of rocks to the pendulum waves in stressed geomedia // Journal of Mining Science. Part I. 2012. V. 48. № 2, p. 203—222; part II, 2013. V. 49. № 2, p. 175—209; part III, 2014. V. 50. № 4, p. 623—645; part IV, 2016. V. 52. № 1, p. 1—35.
4. Методы и измерительные приборы для моделирования и натурных исследований нелинейных деформационно-волновых процессов в блочных массивах горных пород / Под ред. В.Л. Шкуратника. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. — 320 с.
5. Современная геодинамика массива горных пород верхней части литосферы: истоки, параметры, воздействия на объекты недропользования / Под ред. М.Д. Новопашина. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. — 449 с.
6. Геомеханические поля и процессы: экспериментально-аналитические исследования формирования и развития очаговых зон катастрофических событий в горнотехнических и природных системах / Под ред. Н.Н. Мельникова. — Новосибирск: Изд-во СО РАН. — т. 1. — 2018. — 549 с.; т. 2. — 2019. — 543 с.
7. Методы и системы сейсмодеформационного мониторинга техногенных землетрясений и горных ударов / Под ред. Н.Н. Мельникова. — Новосибирск: Изд-во СО РАН. — т. 1, 2009. — 304 с.; Т. 2, 2010. — 261 с.
8. Ковчавцев А. П. Тепловизор: лучше один раз увидеть // Наука из первых рук. — 2012. — № 5. — С. 34—43.
9. Шейнин В. Н. и др. Диагностика быстрых периодических измерений напряжений в горных породах по данным инфракрасной радиометрии // Физика Земли. — 2001. — № 4. — С. 24—30.
10. Oparin V. N., Usoltseva O. M., Tsoi P. A., Semenov V. N. Evolution of stress-strain state in the structural heterogeneities geomaterials under uniaxial and biaxial loading // Journal of Applied Mathematics and Physics. 2014;2:1039—1046, http://dx.doi.org/10.4236/jamp.2014.212118.
11. Курленя М. В., Опарин В. Н., Востриков В. И. О формировании упругих волновых пакетов при импульсном возбуждении блочных сред. Волны маятникового типа Uμ // ДАН. — 1993. — т. 333. — № 4. — С. 515—521.
12. Опарин В. Н., Курленя М. В., Акинин А. А. и др. Патент РФ № 2097558. Способ контроля напряженно-деформированного состояния в блочных структурах геосферы, базовая опора, деформометр и регистратор. Опубл. БИ. 1997, № 33.
13. Курленя М. В., Опарин В. Н., Акинин А. А. и др. Многоканальный оптоэлектронный деформометр продольного типа // ФТПРПИ. — 1997. — № 3. — С. 105—119.
14. Багаев С. Н., Орлов В. А., Фомин Ю. Н., Чеботаев В. П. Гетеродинные лазерные деформографы для прецизионных геофизических измерений // Физика Земли. — 1992. — № 1. — С. 85—91.
15. Oparin V. N., Tanaino A. S. Canonical ranking of sizes of structural units in rocks classifications // Journal of Mining Science. 2009;45(6):551—562.
16. Барях А. А. Южноафриканское техническое сафари // Горное эхо. — 2006. — № 6. — С. 49—53.
17. Борняков С. А., Салко Д. В. Инструментальная система деформационного мониторинга и ее апробация в кимберлитовом карьере // ФТПРПИ. — 2016. — № 2. — С. 172—178.
18. Потехина И. А., Маковчук И. В., Гладков А. С. Разрывная тектоника месторождения трубки «Комсомольская» // Вестник Иркутского государственного университета. — 2008. — № 4 (36). — С. 25—31.
19. Востриков В. И., Ружич В. В., Федеряев О. В. Система мониторинга обвалоопасных участков бортов глубоких карьеров // ФТПРПИ. — 2009. — № 6. — С. 118—127.
20. Vostrikov V. I., Oparin V. N. Multichannal Instrumentation System for Strain and Displacement Measurements / Proceeding of the 2009 International Symposium on Mechatronic and Biomedical Engineering and Applications, Taiwan, November 5, 2009, pp. 13—17.
21. Востриков В. И., Полотнянко Н. С. Многоканальная измерительная система «Карьер» для мониторинга бортов глубоких карьеров // ФТПРПИ. — 2014. — № 6. — С. 224—229.
22. Oparin V. N., Vostrikov V. I., Polotnyanko N. S., Trofimov A. S., Potaka A. A. Karier measurement system. Monitoring of geodynamic behavior of deep open pit mine rock mass / EUROCK 2018: Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses. Vol. 2. 2018 Taylor & Francis Group, London, UK, pp. 1477—1482.
23. Димаки А. В., Псахье С. Г. Распределенная измерительная система для мониторинга смещений по границам раздела блочных сред на базе комплекса «Сдвиг 4МР» // ФТПРПИ. — 2009. — № 2. — С. 110—117.
24. Hanssen R. F. Radar interferometry: Data interpretation and error analysis, Kluwer Academic Publisch, Dordrecht, 2001. 328 p.
25. Wang K., Dou L., Pan Y., Oparin V. N. Study on recognition of pendulum-type wave propagation in block rock mass // Journal of Advanced Oxidation Technologies. 2018;21(2):95—110.
26. Опарин В. Н., Адушкин В. В., Киряева Т. А., Потапов В. П., Черепов А. А., Тюхрин В. Г., Глумов А. В. О влиянии волн маятникового типа от землетрясений на газодинамическую активность угольных шахт Кузбасса // ФТПРПИ. — 2018. — № 1. — С. 3—15.
27. Еманов А. А., Еманов А. Ф., Фатеев А. В., Лескова Е. В. Техногенная сейсмическая активизация на юге Кузбасса (п. Малиновка) / Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2017. Международная научная конференция «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геология»: Сборник материалов, т. 3. — Новосибирск: СГУГиГ, 2017. — С. 66—71.
28. Опарин В. Н. К теоретическим основам описания взаимодействия геомеханических и физико-химических процессов в угольных пластах // ФТПРПИ. — 2017. — № 6. — С. 3—19.