Исследование и моделирование поведения породного массива при физических воздействиях, модернизация и создание способов и средств мониторинга состояния породного массива при добыче твердых полезных ископаемых в сложных горно-геологических условиях

Объектом исследования является структурно-неоднородный массив горных пород, обладающий иерархической внутренней структурой. Цель проекта заключается в повышении информативности наблюдений за изменением состояния недр при разработке месторождений твердых полезных ископаемых для обеспечения эффективного и безопасного ведения горных работ в сложных горно-геологических условиях, в разработке теории и методов моделирования процессов деформирования массива горных пород как активной многомасштабной среды при воздействиях природного и техногенного характера с целью предотвращения катастрофических проявлений горного давления. Задачи этапа проекта: 1) исследование микросейсмического излучения при аккумулировании упругой энергии и разрушении горных пород, в т.ч.: - экспериментальные исследования поведения образцов сланцевого песчаника при одноосном сжатии с регистрацией микросейсмических событий; - лабораторные исследования акустической эмиссии при фильтрации газа в нагруженных образцах угля, обработанных жидким азотом; - лабораторные исследования деформационно-прочностных свойств и параметров сигналов микросейсмической эмиссии (МСЭ) грунтов, а также их взаимосвязи на различных стадиях процесса деформирования и разрушения; 2) обоснование способа локации и восстановления параметров фильтрационных потоков в трещинах по эмиссионному излучению; 3) лабораторные исследования и обоснование способа контроля за напряженно-деформированным состоянием массива горных пород методом пассивной томографии; 4) исследование особенностей распространения поверхностных сейсмических волн вдоль горных выработок; 5) модернизация многоканальной измерительно-вычислительной системы для мониторинга геомеханического состояния приразломных зон и бортовых откосов на глубоких карьерах алмазоносных трубок: разработка модулей передачи измерительной информации по радиоканалу от датчиков на ретрансляторы и в центр сбора данных. 6) разработка многомасштабной математической модели деформирования блочного массива, математическое и численное моделирование напряженно-деформированного состояния и устойчивости массива вблизи выработанного пространства; 7) развитие метода дискретных элементов для описания процессов влияния подвижного флюида с учетом адгезии и капиллярных сил; 8) экспериментальное определение скорости упругих волн и характеристик электромагнитного излучения в образцах геоматериалов; 9) развитие комплексной системы геомеханического мониторинга за состоянием массива, основанной на применении скважинных инструментальных и визуальных методов наблюдений. Место и роль отчетного этапа в выполнении НИР состоит в лабораторном исследовании и теоретическом моделировании поведения горных пород при физических воздействиях, теоретическом и экспериментальном обосновании способов мониторинга состояния породного массива, включая исследование сейсмоакустической эмиссии, параметров распространения сейсмических волн в массиве горных пород. В результате работ по проекту: Установлены закономерности микросейсмического излучения при аккумулировании упругой энергии и разрушении горных пород, в т.ч. при одноосном сжатии образцов сланцевого песчаника, при фильтрации газа в нагруженных образцах угля, обработанных жидким азотом, при объемном деформировании рыхлых пород. Дано обоснование, разработаны алгоритмы и исследовательская версия программного обеспечения локации и восстановления параметров фильтрационных потоков в трещинах по эмиссионному излучению. Выполнены лабораторные исследования и дано обоснование способа контроля за напряженно-деформированным состоянием массива горных пород методом пассивной томографии. Исследованы особенностей распространения поверхностных сейсмических волн вдоль горных выработок. Показана возможность их использования для контроля состояния породного массива в окрестности протяженных горных выработок. Проведена модернизация многоканальной измерительно-вычислительной системы для мониторинга геомеханического состояния приразломных зон и бортовых откосов на глубоких карьерах алмазоносных трубок. Разработана многомасштабная математическая модель деформирования блочного массива, проведено математическое и численное моделирование напряженно-деформированного состояния и устойчивости массива вблизи выработанного пространства с учетом структурной неоднородности и последовательности отработки. Развит метод дискретных элементов для учета сил адгезии и капиллярных сил. Экспериментально исследована скорость упругих волн и характеристик электромагнитного излучения в образцах геоматериалов. Развита комплексная система геомеханического мониторинга за состоянием массива, основанная на применении скважинных инструментальных и визуальных методов наблюдений. Все заявленные цели проекта на этапе 2022 года выполнены в полном объеме.