Новый метод экспресс-анализа параметров трещиноватости массива горных пород

Представлен метод экспресс-определения геометрических параметров трещиноватости горного массива, в частности угла падения (α) и азимута простирания (β) трещин. Знание этих параметров критично для задач инженерной геологии и горнодобывающей промышленности, поскольку ориентация трещин влияет на устойчивость выработок, миграцию флюидов, напряженно-деформированное состояние и эффективность разработки месторождений. В отличие от дорогостоящих оптических и ультразвуковых телевьюеров, предлагаемый метод основан на анализе изображений, полученных с недорогих серийных эндоскопов с боковыми камерами. Метод опирается на гипотезу плоской геометрии трещины, пересекающей скважину, при которой ее проекция на развертке стенки может быть описана гармонической функцией. На основе двух изображений противоположных стенок скважины определяются углы наклона касательных к линии трещины в произвольных точках. Далее, с применением тригонометрических преобразований вычисляются параметры гармонической функции и, в конечном итоге, геометрические характеристики трещины. Описана реализация метода в виде программного обеспечения Dip-Strike Imager, обеспечивающего автоматизированный расчет по введенным изображениям. Интерфейс программы позволяет пользователю вручную задать точки измерения и получить значения углов. Проведены испытания на физической модели скважины с заданной трещиной. Результаты подтвердили точность метода: погрешность определения угла падения составила ±2°, азимута простирания – ±3°. Также подробно рассмотрена методика тарировки зонда с применением объект-микрометра. 

Николенко П. В., Винников В. А., Гуляев П. А. Новый метод экспресс-анализа параметров трещиноватости массива горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 4. – С. 5–15. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_4_0_5.

Николенко Петр Владимирович¹ — д-р техн. наук, e-mail: p.nikolenko@misis.ru, ORCID ID: 0000-0002-5126-6576, 
Винников Владимир Александрович¹ — д-р физ.-мат. наук, e-mail: vinnikovva@misis.ru, ORCID ID: 0000-0002-3011-053X, 
Гуляев Павел Александрович¹ — аспирант, e-mail: pavelgulaev722@gmail.com, 
¹ НИТУ МИСИС.

Николенко П.В., e-mail: p.nikolenko@misis.ru. 

1. Zhang Y., Zeng L., Luo Q., Zhu R., Lyu W., Liu D., Dai Q., Pan S. Influence of natural fractures on tight oil migration and production: A case study of permian lucaogou formation in Jimsar Sag, Junggar Basin, NW China // Journal of Earth Science. 2021, vol. 32, no. 4, pp. 927—945. DOI: 10.1007/s12583-021-1442-y.

2. Fatehimarji M., Pashapour A. The effect of fracture orientation and coupled stress-fluid flow on permeability and productivity index of naturally fractured hydrocarbon reservoirs / 45th U.S. Rock Mechanics. Geomechanics Symposium. 2011.

3. Soomro N. A. Development of an improved numerical model for fracture propagation in hydraulic fracturing of low-permeability formations using FracproPT Software // Unconventional Resources. 2025, article 100193. DOI: 10.1016/j.uncres.2025.100193.

4. Ren G., Ma X., Zhang S., Zou Y., Duan G., Xiong Q. Optimization of water injection strategy before re-stimulation considering fractures propagation // Processes. 2022, vol. 10, no. 8, article 1538. DOI: 10.3390/pr10081538.

5. Xie P., Huang B., Wu Y., Luo S., Jiao J., Tian C., Chen J. Stability analysis of rock fracture and support performance in steeply dipping ore deposits with massive mining stopes // Geomatics, Natural Hazards and Risk. 2023, vol. 14, no. 1. DOI: 10.1080/19475705.2023.2250529.

6. Wang K., Wang L., Ren B. Failure mechanism analysis and support technology for roadway tunnel in fault fracture zone: A case study // Energies. 2021, vol. 14, no. 13, article 3767. DOI: 10.3390/en14133767.

7. Dai Z., Yang L., Zhang X. On asymmetric failure characteristics of tunnels and surrounding rock control techniques under close-distance repeated coal mining // Advances in Civil Engineering. 2024, vol. 2024, no. 1. DOI: 10.1155/2024/8388259.

8. Hatzor Y., Feng X.-T., Li S., Yagoda-Biran G., Jiang Q., Hu L. Tunnel reinforcement in columnar jointed basalts: The role of rock mass anisotropy // Tunnelling and Underground Space Technology. 2015, vol. 46, pp. 1—11. DOI: 10.1016/j.tust.2014.10.008.

9. Barton N., Lien R., Lunde J. Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support // Rock Mechanics Felsmechanik Mecanique des Roches. 1974, vol. 6, no. 4, pp. 189—236. DOI: 10.1007/BF01239496/METRICS.

10. Palmstrom A., Broch E. Use and misuse of rock mass classification systems with particular reference to the Q-system // Tunnelling and Underground Space Technology. 2006, vol. 21, no. 6, pp. 575—593. DOI: 10.1016/j.tust.2005.10.005.

11. Жирнов А. А., Абдрахманов С. У., Шапошник Ю. Н., Конурин А. И. Оценка устойчивости массива горных пород и выбор типа и параметров крепления выработок на Орловском полиметаллическом месторождении // Горный журнал. — 2018. — № 3. — С. 51—57. DOI: 10.17580/gzh.2018.03.08.

12. Еременко В. А., Айнбиндер И. И., Марысюк В. П., Наговицин Ю. Н. Разработка инструкции по выбору типа и параметров крепи выработок рудников Талнаха на основе количественной оценки состояния массива горных пород // Горный журнал. — 2018. — № 10. — С. 101—106.

13. Криницын Р. В. Напряженно-деформированное состояние массива горных пород при отработке месторождений Урала // Горная промышленность. — 2022. — № 5. — С. 79—82. DOI: 10.30686/1609-9192-2022-5-79-82.

14. Токсаров В. Н., Асанов В. А., Бельтюков Н. Л., Ударцев А. А. Напряженное состояние и трещиноватость массива горных пород Сарбайского карьера // Проблемы недропользования. — 2018. — № 3(18). DOI: 10.25635/2313-1586.2018.03.054.

15. Lavoine E., Davy P., Darcel C., Mas Ivars D., Kasani H. A. Assessing stress variability in fractured rock masses with frictional properties and power law fracture size distributions // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2024, vol. 57, no. 4, pp. 2407—2420. DOI: 10.1007/s00603-023-03683-8.

16. Wu F., Deng Y., Wu J., Li B., Sha P., Guan S., Zhang K., He K., Liu H., Qiu S. Stress-strain relationship in elastic stage of fractured rock mass // Engineering Geology. 2020, vol. 268, article 105498. DOI: 10.1016/j.enggeo.2020.105498.

17. Cai Y., Wu J., Liu Y., Gao S. Advances in seismological methods for characterizing fault zone structure // Earthquake Science. 2024, vol. 37, no. 2, pp. 122—138. DOI: 10.1016/j.eqs.2024.01.019.

18. Vlastos S., Liu E., Main I.G., Schoenberg M., Narteau C., Li X. Y., Maillot B. Dual simulations of fluid flow and seismic wave propagation in a fractured network: effects of pore pressure on seismic signature // Geophysical Journal International. 2006, vol. 166, no. 2, pp. 825—838. DOI: 10.1111/j.1365-246X.2006.03060.x.

19. Schoenberg M., Douma J. Elastic wave propagation in media with parallel fractures and aligned cracks // Geophysical Prospecting. 1988, vol. 36, no. 6, pp. 571—590. DOI: 10.1111/j.1365-2478.1988.tb02181.x.

20. Яскевич С. В., Гречка В. Ю., Дучков А. А. Обработка данных микросейсмического мониторинга геодинамических событий с учетом сейсмической анизотропии массива горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2014. — № 6. — С. 41—52.

21. Prensky S. E. Advances in borehole imaging technology and applications // Geological Society of London, Spec. Publ. 1999, vol. 159, no. 1, pp. 1—43. DOI: 10.1144/GSL.SP.1999.159.01.01.

22. Гупало В. С., Печатников В. А., Шрамко И. В., Николенко П. В., Чумаков А. А., Неуважаев Г. Д. Отработка методов и оборудования, планируемых к применению в ходе выполнения исследований при проходке выработок подземной исследовательской лаборатории // Радиоактивные отходы. — 2025. — № 1 (30). — С. 88—97. DOI: 10.25283/2587-9707-2025-1-88-97.

23. Николенко П. В., Зайцев М. Г. Комплексный оптико-акустический каротаж приконтурного массива. Oборудование и физическое моделирование // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 1. — С. 95—106. DOI: 10/25018/0236_1493_2023_1_0_95.

24. Morin R. H., Descamps G. E., DeWayne Cecil L. Acoustic televiewer logging in glacier boreholes // Journal of Glaciology. 2000, vol. 46, no. 155, pp. 695—699. DOI: 10.3189/172756500781832684.

25. Williams J. H., Johnson C. D. Borehole-wall imaging with acoustic and optical televiewers for fractured-bedrock aquifer investigations. 2000.

26. Николенко П. В., Винников В. А., Гуляев П. А. DIP-STRIKE IMAGER: Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ RU 202566593. Заявка № 2025663745; зарег. 04.06.2025; опубл. 20.06.2025.