Лаборатория механики горных пород

Лаборатория организована в 1970 г. как кабинет академиком М. В. Курленей. В 1984 г. кабинет преобразован в лабораторию. С 1988 по 2003 гг. лабораторией заведовал д.т.н. Г. И. Кулаков, с 2003 по 2009 гг. — д.т.н., проф. В. Е. Миренков, с 2009 по 2021 гг. — д.т.н., проф. В. М. Серяков, в настоящее время — к.ф.-м.н. А. А. Красновский.

Основные направления научной деятельности

• разработка бесконтактных методов неразрушающего контроля деформирования массивов и динамических процессов на основе регистрации в них электромагнитной эмиссии;
• разработка аналитических методов и технических средств для определения и контроля напряжений в массиве.

Важнейшие результаты фундаментальных исследований

• Учитывая, что разрушение, как правило, начинаются с поверхности, необходимо знать параметры напряженно-деформируемого состояния на границе двух взаимодействующих областей. Доказана связь всех компонент напряжений и смещений на контуре произвольной области, выделяемой из кусочно-однородного массива пород с выработками, получена система сингулярных интегральных уравнений, явно описывающая эту связь, что позволяет единообразно решать задачи двухмерной механики горных пород, включая априорные предположения о процессе деформирования по контактам взаимодействия однородных тел. Установлено, что в задачах механики вырожденные уравнения — результат несовместных с основами теории априорных предположений о процессе деформирования.
• Квазирезонансные процессы. При исследовании электромагнитного излучения деформируемых горных пород с использованием специального лабораторного стенда, обеспечивающего регистрацию процесса разрушения в электромагнитных образцах, впервые установлено наличие нелинейной автоколебательной стадии, предшествующей нарушению сплошности образца (рис. 1), которая в электромагнитном сигнале представлена переходом от стационарной стадии с отдельными высокочастотными импульсами к возникновению нелинейного процесса периодических низкочастотных автоколебаний с увеличивающимися по мере возрастания нагрузки амплитудами и периодами, при этом низкочастотные колебания являются несущей модулирующей частотой для высокочастотных составляющих, а в момент разделения сплошности составляющие сигнала резко возрастают по амплитуде и частоте.

Рис.1. Осциллограмма процесса возникновения периодических автоколебаний сигналов ЭМИ (а) и падения нагрузки в образце при его разрушении (б)

• Максимальные спектральные составляющие электромагнитного сигнала в координатах спектральная частота — время образуют S-образную траекторию, состоящую из трех ветвей, соответствующих трем стадиям процесса разрушения материала (рис. 2). При этом на этапе перехода от второй стадии к третьей в сигнале возникает и недолго по времени существует высокочастотная составляющая.

Рис.2. S-образная диаграмма процесса ЭМИ

• В подземных горных выработках Алтае-Саянской сейсмической зоны на глубине 760 м выполнены эксперименты по измерению напряжений в областях формирования землетрясений, при этом установлено, что приросты геодинамических напряжений в них соизмеримы с величиной γH.
• Установлено, что фоновое электромагнитное излучение в подземных горных выработках, расположенных вне зон влияния очистных работ и выработанных пространств, подчиняется равномерному закону распределения.

Важнейшие результаты прикладных исследований

• Создан прибор ИЭМИ-1 — измеритель электромагнитного излучения горных пород (совместная разработка ИГД СО РАН и НГТУ). Предназначен для контроля и прогноза удароопасности в подземных горных выработках (рис. 3). Промышленная партия приборов изготовлена ОАО «Вега».

Рис.3. Прибор ИЭМИ-1

• Создан комплект фотоупругих датчиков «Оптика-2» для измерения напряжений в массиве (рис. 4). Может использоваться как учебный экспонат.

Рис.4. Комплекс «Оптика-2»

• Разработан прибор 3ЭМИ-1 — зонд для регистрации электромагнитного излучения в скважинах в массиве горных пород. Опытный образец прошел испытания на руднике «Октябрьский». Разработана антенна АЭМИ-2 (рис. 5) для регистрации электромагнитного излучения в лабораторных и натурных условиях. Испытана на руднике «Таймырский».

Рис.5. Тарирование зонда «ЗЭМИ-1», снятие диаграммы направленности антенны АЭМИ-2

• Создана сборная железобетонная тюбинговая крепь для горных выработок глубоких горизонтов. Промышленные испытания — на руднике «Таштагольский».
• Предложен и разработан экспресс-метод экспериментальной оценки вида контактных условий в задачах геомеханики, основанный на использовании скважинных фотоупругих датчиков.
• Разработан экспресс-метод оценки тектонической составляющей напряжений в массиве на основе использования опережающего скважинного кольцевого фотоупругого датчика.
• Предложен и испытан в натурных условиях метод механизированной ликвидации зависаний отбитого угля в перепускных выработках при отработке крутопадающих пластов, в том числе при щитовой системе.
• Предложены способ измерения полного вектора смещений и планшет для его осуществления, способ измерения геодинамической компоненты исходных напряжений в сейсмоопасных регионах.

  Версия для печати