Юбилей конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли». история и современность

Геодинамика и напряженное состояние недр Земли ▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬ Труды ХХ Всероссийской конференции с участием иностранных ученых, 7–11 октября 2013, г. Новосибирск

Юбилей конференции «Геодинамика и напряженное
состояние недр Земли». история и современность

Когда мы говорим о профессиях, связанных с опасностью, то называем, прежде всего, военного, пожарного, космонавта. Понятие риска и ответственности для них неоспоримо и оправданно. Однако, эти профессии связаны с чрезвычайными, неординарными, разовыми ситуациями. Особенно это касается космоса. Но есть профессия, в которой каждый день непредсказуем и едва ли не каждый шаг опасен. Конечно, речь идет о профессии горняка, чьими усилиями, а иногда и жизнями, оплачена нелегкая дорога в «подземном космосе».

С первых шагов развития горного промысла людям, добывающим полезные ископаемые из недр, приходилось постоянно сталкиваться с вопросами, которые ныне относятся к механике горных пород. Прежде всего, это касалось оценки устойчивости пространств, образующихся в результате извлечения полезных ископаемых. На первых порах эти вопросы решались на основе практического опыта рудокопов, передаваемого из поколения в поколение. Горный мастер был подземным кудесником. Его тонкая интуиция позволяла при помощи ушей, глаз и чутья, то есть «на ощупь» ставить диагноз состоянию забоя, кровли, выработки. Он как древний эскулап, с помощью молоточка и собственных знаний, простукивая грудь пациента для определения у него того или иного недуга, диагностировал состояние породного массива.

Однако таким образом удавалось лишь как-то констатировать уже развивающуюся болезнь. Но в горном деле, связанном с риском для жизни, как и в медицине, важна профилактика, то есть необходимо уметь предвидеть поведение «живого» организма – породной среды. Как сегодня для постановки диагноза медикам недостаточно фонендоскопа и простейших анализов, так и горнякам трудно обходиться «дедовскими» методами и методиками – «простукиванием», «прослушиванием», осмотром и интуицией.

Нынче, как и полвека назад, в поисках полезных ископаемых человек все больше и больше «терзает чрево матушки Земли», а если учесть, что эффективность использования их, к великому сожалению, растет непростительно медленно и наиболее богатые и легкодоступные запасы истощаются, приходиться идти в районы со сложными условиями отработки (Норильск, Урал (калийные соли), месторождения нефти и газа на Арктическом шельфе), погружаться на большую глубину (Кольский полуостров, Дальний Восток, Горная Шория), идти в сейсмоактивные районы (руда – Шория, Удокан), тревожить мерзлоту (алмазы – Якутия), добывать ископаемые под урбанизированной территорией (Кузбасс, Урал), и эти проблемы не только у нас, а у всех добывающих стран (Китай, Индия, США, Польша, ЮАР и др.).

Известно крылатое выражение отечественного естествоиспытателя : «В природе мера и вес есть главные орудия познания. Наука начинается тогда, когда начинают измерять». Так на рубеже 1960–1970-х годов ХХ века в СССР возникли предпосылки к развитию исследований в области экспериментальной геомеханики и, в частности, по проблеме измерения напряжений в массиве горных пород.

Увеличивающиеся объемы добычи, повышенные требования к качеству полезных ископаемых, особенно когда речь идет о получении специальных сплавов для оборонной промышленности и космоса, участившиеся аварии в подземных выработках на всей территории союза (и за рубежом), привели к необходимости приобретения новых знаний по поведению породного массива под воздействием техногенных факторов.

Накопленный практический опыт разработки месторождений полезных ископаемых, возведения и эксплуатации различного рода подземных сооружений во все более ухудшающихся горно-геологических условиях, и, в частности, при неуклонном увеличении глубины горных работ, все ярче обнаруживал несоответствие существующих в то время подходов и методов изучения деформационных процессов натурным условиям, поскольку в их основе лежали представления, неполно отражающие изменения напряженно-деформированного состояния горных пород под воздействием техногенных процессов при недропользовании.

В 1959 году под патронатом заместителя Председателя Сибирского отделения чл.-корр. АН СССР Тимофея Федоровича Горбачева для координации и согласования работ по исследованию горного давления, обмена опытом и взаимной помощи при Институте горного дела СО АН СССР организован Научный совет по проблеме горного давления, тогда же стали проводиться ежегодные научно-координационные совещания. Так, 25–26 мая 1965 г. в Новосибирске Научный совет провел седьмое научно-координационное совещание. В ней приняли участие более 100 представителей научно-исследовательских, проектно-конструкторских организаций и учебных заведений: ИГД и ИТПМ СО АН СССР, ВНИМИ, КузНИУИ, ВостНИИ, КузНИИшахтострой, ВНИИгидроуголь, ВостНИГРИ, АН КазССР, АН КиргССР, КНИУИ, СНИИГиМС, МакНИИ, ПермНИУИ, Сибгипрошахт, Сибгипрогормаш, Кемеровского и Карагандинского политехнических институтов. В решении, принятом на совещании, рекомендовалось «при исследованиях обратить особое внимание на обобщение накопленного материала для выявления закономерностей явлений и процессов в горном массиве, разработку эксплуатационных классификаций условий проявления горного давления и соответствующих им расчетных схем и методов расчета». Материалы этих совещаний освещались в выпускаемом Институтом сборнике «Вопросы горного давления». А в 1965 году Сибирским отделением АН СССР был основан журнал «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых» (ФТПРПИ). Несколько лет спустя журнал ФТПРПИ начали переводить на английский язык, он получил широкое распространение в мире под названием «Горная наука».

В 1968 г. Институт провел Первую всесоюзную конференцию по механике горных пород и горному давлению. Подобного рода совещания на протяжении многих лет собирали научный и производственный актив для совместной работы. Со временем они трансформировались в серию специализированных семинаров по проблемам: горное давление в капитальных и подготовительных выработках; влияние горного давления на передвижные механизированные крепи; математические методы и модели в механике горных пород; физико-механических свойств горных пород и др.

В числе первых был Всесоюзный семинар по измерению напряжений в массиве горных пород, который призван был объединить ученых-горняков, геомехаников и геофизиков страны, ведущих исследования в области контроля, диагностики и прогнозирования напряженно-деформированного состояния породных массивов при добыче полезных ископаемых и подземном строительстве. К тому времени география научно-исследователь-ских учреждений страны, помимо Института горного дела СО РАН, изучающих напряженно-деформированное состояние массива горных пород, была уже достаточно широкой: ГМИ КФ АН СССР (Апатиты), ВНИМИ, ЛГИ (Ленинград), ИФЗ АН СССР, ИГД им. , МГУ, МГИ, институт «Гидропроект» (Москва), ИГД МЧМ СССР (Свердловск), ИГТМ АН УССР (Днепропетровск), НИГРИ (Кривой Рог), ИГМ АН ГрузССР (Тбилиси), ИФиМГП АН КиргССР (Фрунзе), ВостНИГРИ, КузПИ (Кемерово) и др. Несмотря на то, что экспериментальные исследования проводидлись в большом объеме на различных месторождениях и гидротехнических объектах, они оказались разрозненными. Отсутствовала строгая методическая основа работ, поэтому результаты определения напряжений часто оказывались несопоставимыми, а порой и противоречивыми.

Первый семинар по измерению напряжений в массиве горных пород состоялся в мае 1967 года. Он не был многочисленным по числу участников, однако на нем сразу был проявлен интерес к методическим вопросам и интеграции результатов измерения, развитию геофизических методов контроля состояния массива и устойчивости подземных сооружений, созданию приборов для экспериментальных наблюдений в натурных уловиях. Семинар дал общую оценку изученности напряженного состояния геологической среды и сформулировал перечень вопросов, которым следует уделить первостепенное внимание. А именно: организация и координация исследований в рамках проблемы контроля напряжений, увеличение объема исследований в интересах горнодобывающих предприятий, разработка методических руководств по отдельным способам определения напряжений, создание типовых приборов и оборудования для экспериментальных работ особенно в натурных условиях.

Второй семинар состоялся 16–19 июня 1969 г. и был более представительным. В его работе приняли участие сотрудники большинства научно-исследовательских институтов и вузов страны, работающих в области экспериментальной геомеханики. Важным решением семинара было избрание Оргкомитета на постоянной основе. Его возглавил , заместителем был избран , а ответственным секретарем . В состав оргкомитета вошли представители институтов, имеющие практический опыт выполнения исследований в данной области, энтузиасты и изобретатели: , , -Компониец, , -ков, , .

Вот что пишет в своей книге о работе  Курленя (. Грани моей судьбы. – Новосибирск: Наука, 2008). «Будучи общественной организацией, оргкомитет, опираясь на своих членов, выполнял координацию исследований по измерению напряжений и разрабатывал механизм внедрения научных результатов, организовывал выпуск специальных приборов и оборудования, занимался издательской деятельностью и обменом информацией, готовил предложения по наиболее актуальным проблемам развития экспериментальной геомеханики и выносил их на обсуждение и для принятия решений на достаточно высокий уровень научной общественности, руководителей министерств угольной промышленности, цветной и черной металлургии».

Заседания Оргкомитета обычно проводились один раз в два года между работой семинара. Они проходили в различных городах, в их программу входили посещение горнодобывающих предприятий и обязательный анализ геомеханической обстановки на них, обсуждение перспектив экспериментальных исследований, развития измерительно-вычислительной техники и формирование очередной повестки научного семинара.

Оргкомитет побывал в г. Тбилиси в ИГМ АН ГрузССР, на шахте им. Ткибули-Шаорского каменноугольного месторождения и на руднике Чиатурского марганцевого месторождения; в Кривом Роге в НИГРИ и на шахтах Криворожского железорудного бассейна; в г. Фрунзе в Институте физики и механики горных пород и на станциях, выполняющих мониторинг напряженно-деформированного состояния массива горных пород в окрестности Токтогульской ГЭС и тела плотины; в г. Свердловске в ИГД МЧМ СССР и на шахте «Северопесчанская» и т. д. Такая системная научно-организационная работа оказалась на редкость плодотворной и способствовала интеграции интересов науки и производства.

Состав Оргкомитета с годами менялся. В разные годы в его составе работали: академик Евгений Иванович Шемякин (ИГД СО АН СССР), д. т.н. Геннадий Алексеевич Катков (ИГД им. ), чл.-корр. АН СССР Петр Николаевич Кропоткин (Геологический институт АН СССР) и Игорь Васильевич Лучицкий (Институт геологии и геофизики СО АН СССР), д. т.н. Игнатий Макарович Петухов (ВНИМИ), д. ф.-м. н. Сергей Васильевич Кузнецов (ИПКОН АН СССР), д. т.н. Петр Васильевич Егоров (Прокопьевский филиал ВНИМИ, Кемеровский политехнический институт), д. т.н. Геннадий Александрович Марков (Горный институт КФ АН СССР), д. т.н. Валерий Сергеевич Ямщиков (Московский горный институт), к. т.н. Евгений Петрович Чистяков (Криворожский НИГРИ), д. т.н. Анатолий Александрович Козырев (Горный институт КФ АН СССР).

В период с 1967 по 1990 гг. семинар проводился с периодичностью раз в два года. Эти встречи специалистов-геомехаников, геофизиков и экспериментаторов «обобщали большой объем исследований геологической среды и вносили посильную лепту в становление геомеханики как научной дисциплины. Другая немаловажная их роль состоит в объединении крупнейших советских (а теперь и российских) и зарубежных научных школ. Конечно, этому способствовала поддержка таких выдающихся ученых, как , -кин, , . Они принимали непосредственное участие в дискуссиях по докладам, создавая творческую атмосферу, и подчас давали толчок новым идеям. Выступление их рождало представление о безграничных возможностях науки».

Двенадцатый по счету семинар состоялся в 1994 году в Екатеринбурге. Он был организован совместно с Институтом горного дела Уральского отделения РАН, когда инициативу по возобновлению деятельности семинара предпринял профессор . Совещание было проведено как Всероссийская конференция под названием «Управление напряженно-деформированным состоянием массива горных пород при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых».

В 1999 году Институт горного дела СО РАН решил возродить традицию обсуждения насущных проблем контроля, диагностики и прогнозирования напряженно-деформиро-ванного состояния массива горных пород в Новосибирском научном центре. Это возрождение началось с проведения Международной конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли», которая стала приемницей семинара по измерению напряжений.

Конференцией руководил Оргкомитет в составе: акад. РАН – председатель (ИГД СО РАН), д. т.н. – ученый секретарь (ИГД СО РАН), члены: акад. НАН РК (ИФиМГП, Бишкек), д. т.н. (ГИ УрО РАН, Пермь), д. т.н. (ИГД УрО РАН, Екатеринбург), проф. Й. Дубинский (ГИГД, Польша), д. т.н. (КузГТУ, Кемерово), чл.-корр. РАН (ИГД им. , Москва), к. т.н. (ВНИМИ, Санкт-Петербург), к. т.н. (ВостНИИ, Новокузнецк), проф. П. Кноль (Германия), д. т.н. (ГоИ КНЦ РАН, Апатиты), д. ф.-м. н. (ИПКОН, Москва), д. т.н. (НАН Грузии, Тбилиси), к. т.н. (НИГРИ, Кривой Рог), д. т.н. (МГГУ, Москва).

Тематические направления конференции в 1999 году затрагивала следующие вопросы:

– современные методы и технические средства контроля, диагностики и прогнозирования напряженно-деформированного состояния породных массивов;

– геодинамические поля и процессы, вызванные техногенной деятельностью;

– управление геомеханическими процессами при освоении недр.

Организационный комитет конференции с 2001 года возглавляет чл.-корр. РАН . За истекший период состоялось шесть созывов.

В последние годы и в настоящее время тематика конференции остается неизменной и включает следующие научные направления.

1. Современные методы контроля, диагностики и прогнозирования напряженно-деформированного состояния породных массивов.

2. Геодинамические поля и процессы, вызванные техногенной деятельностью. Модели массива горных пород и методы их идентификации.

3. Теории прогноза и предотвращения техногенных катастроф. Управление геомеханическими процессами при освоении недр.

4. Приборы и оборудование для геомеханических исследований и контроля напряженно-деформированного состояния массива в промышленных условиях.

Труды конференций, регулярно издаваемые отдельным сборником, в большинстве своем являются отражением длительных исследований разных научных коллективов и школ. Так в Горном институте КНЦ РАН (Апатиты) традиционно много внимания уделяется мониторингу геомеханического состояния апатитовых рудников с выработкой рекомендаций производственникам по организации эффективных и безопасных технологий добычи. Точно также обширные исследования уральских геомехаников (Екатеринбург, Пермь) посвящены контролю геодинамических полей и процессов, вызванных техногенной деятельностью, на основе геофизических методов, а также с использованием технологий спутниковой геодезии. Специалисты Института горного дела СО РАН (Новосибирск) развивают аналитические методы решения квазистатических и динамических задач механического поведения геоматериалов; изучают основы теории предсказания динамических событий и горных ударов; ведут комплексные натурные наблюдения за развитием геомеханико-геофизических процессов в экстремальных климатических условиях Норильска, Якутии, Забайкалья; создают современные измерительные комплексы для выполнения наблюдений в натурных условиях. В Физико-техническом институте им. РАН (Санкт-Петербург) активно развивается теория горных ударов и катастроф. Практические методы оценки и прогноза напряженно-деформированного состояния породного массива, в том числе в условиях действующих производственных объектов, совершенствуются учеными из Томска, Хабаровска, Якутска, Иркутска, Донецка, Красноярска. Уникальные эксперименты по воздействию на нетронутый породный массив электромагнитными полями проводят исследователи Научной станции РАН в Бишкеке.

Оргкомитет конференции «Геодинамика – 2009» (слева направо): к. т.н. , д. т.н. , д. ф.-м. н. , д. ф.-м. н. (сидит), д. г.-м. н. ,
чл.-корр. НАН КР , д. т.н. (сидит), чл.-корр. РАН , д. г.-м. н. , чл.-корр. РАН , д. т.н.

На выявление и изучение связей между сейсмическими процессами в сейсмоактивных зонах, отдельными землетрясениями и деструктивными процессами в районах сильного техногенного влияния (рудники, шахты), а также на определение механизмов этих связей нацелены исследования Института нефтегазовой геологии и геофизики и Западно-Сибирского филиала Геофизической службы СО РАН (Новосибирск). Новый взгляд на некоторые проблемы физики земли развиваются в трудах ИФЗ им. , Института динамики геосфер РАН (Москва), а идея взаимосвязи вращательного момента блоков земной коры с происходящими на горных предприятиях катастрофическими явлениями выдвинута в Институте вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (Петропавловск-Камчатский).

Все перечисленные выше важные и актуальные проблемы горной науки настолько сложны и динамичны, что требуют для своего решения привлечения ученых многих специальностей. Только на основе кооперации, комплексного подхода в решении современных проблем теоретической и экспериментальной геомеханики, особенно в части построения адекватных модельных представлений о движениях породной среды с учетом нелинейных факторов с привлечением современных инструментальных комплексов для качественных измерений свойств и поведения геосред в лабораторных и натурных условиях можно рассчитывать на выработку обоснованных рекомендаций горному производству по организации эффективных и безопасных технологий отработки месторождений.

Участники конференции – руководители академических учреждений СНГ (слева направо): директор ГИ УрО РАН, д. т.н. , директор ИГД Севера им.  СО РАН, чл.-корр. РАН , директор ИГиОН НАН КР чл.-корр. НАН КР -гулов, директор ИГД ДВО РАН, д. т.н. , директор Геофизической службы СО РАН, д. г.-м. н. , директор ИГД СО РАН чл.-корр. РАН , ученый секретарь конференции, д. т.н.

Какова же научная и научно-организационная значимость конференции, которая сохранила свои традиции и тематическую направленность на фоне многочисленных научных форумов в стране, особенно в реалиях новой российской истории? Начнем с того, что на протяжении прошедших лет ее участниками были и остаются безусловные лидеры научных школ и творческих коллективов в разных регионах страны и ближнего зарубежья – акад. НАН КР (Бишкек), д. ф.м. н. (Санкт-Петербург), акад. и акад. (Новосибирск), чл.-корр. АН ССР и д. т.н. (Апатиты), д. т.н. (Москва), чл.-корр. РАН и д. т.н. (Владивосток), д. ф.-м. н. (Алматы), д. т.н. (Екатеринбург), д. т.н. (Пермь) и многие другие.

Конференция была и остается площадкой для широкого обсуждения научных (новых, прорывных) результатов, что чрезвычайно важно для молодых и начинающих ученых, получающих информацию из первых рук и имеющих возможность вовремя найти и занять «свою» нишу в безбрежном потоке знаний. На конференции рождалась и крепла новая отрасль знаний – геомеханика во всех ее формах развития – в части фундаментальных положений, в экспериментальной части, в области практических приложений. Все ее корифеи были в ранге организаторов и основных докладчиков, и это продолжается до сих пор. Авторы большинства монографий по основам геомеханики – участники конференции. Вот только некоторые примеры: «Техника экспериментального определения напряжений в осадочных породах» (, , 1975); «Основы механики горных пород» (, , 1977); «Тектонические напряжения в земной коре и устойчивость горных выработок» (, , 1978); «Теоретические основы определения напряжений в горных породах» (, , 1983); «Напряженное состояние пород и горное давление в структурах гористого рельефа» (, , 1984); «Эмиссионные эффекты памяти в горных породах» (, , и др., 1986); «Геомеханика и геотехнология» (, 2001); «Геомеханика» (, , 2006); «Современная геодинамика массива горных пород верхней части литосферы: истоки, параметры, воздействие на объекты недропользования» (, , и др., 2008); «Практическая механика горных пород» (-Компониец, 2013) и многие др.

Уже многие годы финансовую поддержку организаторам конференции оказывает РФФИ. Сам факт поддержки говорит об актуальности ее тематики, а Фонд таким образом имеет возможность через труды конференции увидеть современное состояние данного раздела знаний. Надо заметить, что материалы конференции проходят жесткую научную редакцию и доказывают эффективность предоставляемых Фондом средств. К тому же для экспертов Фонда они являются неким «пробником» при выборе номинантов при оказании поддержки в инициативных исследованиях.

Конференция стимулирует и способствует росту научных кадров страны. Многие из ее участников ныне возглавляют отделы, лаборатории и в целом академические, отраслевые и учебные институты и университеты, являются руководителями научных школ в этих учреждениях. Высшей оценкой актуальности обсуждаемых на конференции проблем явилось присуждение в 1989 году большой группе исследователей, сформировавшейся в процессе регулярных контактов, Государственной премии СССР «За создание и внедрение методов управления горным давлением при подземной разработке рудных месторождений на основе исследований напряженного состояния массива горных пород».

Наконец следует заметить, что параллельно с конференцией развивался и «мужал» журнал ФТПРПИ – один из немногих отечественных и единственный среди изданий горного профиля, признанный за рубежом и включенный в Web of Science, академический научный журнал, страницы которого периодически предоставлялись наиболее интересным докладам, озвученным на конференции.

Накопленный к настоящему времени задел знаний и практический опыт показывают, что, чем больше информации о геологии и тектонике месторождения, чем качественнее сделан проект рудника и чем строже он исполняется, чем лучше организован геодинамический мониторинг и качественно выполняется противоударная профилактика, тем более стабильно работает предприятие и тем меньше вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций, в том числе горно-тектонических ударов и техногенных землетрясений.

Научное сообщество, объединяемое конференциями «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли», несет ответственность за научное обоснование приемов эффективного и безопасного недропользования как в России, так и за рубежом.

Неизменный Ученый секретарь конференции, д. т.н.

Ученый секретарь ИГД СО РАН, к. т.н.