Изучение механики разрушения гетерогенных пород, зарождения и развития трещин имеет практическое применение для геоконтроля и выявления зоны трещиноватости при скважинной добыче углеводородов. Рассмотрены особенности формирования зоны микротрещиноватости в зависимости от типа неоднородностей горной породы при разрушении образцов в условиях объемного напряженного состояния. Исследования проводились на сервогидравлической прессовой установке MTS 815 с интегрированной в нее системой акустической эмиссии Milne DAQ (Itasca International Company, UK). Представлены результаты разрушения образцов различных литологических типов, изготовленных из кернов постмагматических пород. Испытаны мелкозернистые образцы гнейсовой и полосчатой текстуры и крупнозернистый образец массивной текстуры. В процессе испытаний производилась регистрация акустической эмиссии (АЭ) с помощью 12 пьезокерамических датчиков. Для описания геометрии зоны трещиноватости рассчитывались координаты гипоцентров событий АЭ, затем проводился анализ конфигурации распределения гипоцентров с помощью процедуры томографии (послойное построение карт плотности событий АЭ) и определялись углы β между направлением макроразрыва и осевым напряжением σ₁. С целью интерпретации эволюции разрушения рассчитывались тренды b-фактора и активности АЭ, интервалы критического поведения которых сопоставлялись с данными локации и томографии. После испытаний образцов выявлены виды их деформирования и механизм разрушения с явлением дилатансии. Установлено, что для рассмотренных типов неоднородностей образцов формируются различные структуры микротрещиноватости при одинаковых условиях объемного нагружения. В мелкозернистой породе гнейсовой текстуры образуется линейное распределение гипоцентров АЭ, указывающее на формирование микротрещиноватости вдоль направления слоистости. Для мелкозернистой породы полосчатой текстуры характерно распределение гипоцентров с образованием ярко выраженных кластеров, отражающих области наиболее интенсивного разрушения. В образце крупнозернистой массивной текстуры наблюдается объемное распределение гипоцентров с проявлением свойства дилатансии и образования обширной сети микротрещин.

С целью изучения механизма разрушения горных пород различного генезиса и формирования трещинных коллекторов на больших глубинах проведены лабораторные исследования образцов горных пород при нагружении в условиях всестороннего давления с регистрацией акустической эмиссии (АЭ) и параметров процесса изменения прочностно-деформационных свойств образцов. Исследованы пространственные распределения гипоцентров событий АЭ для каждого образца. По характеру распределений геометрия разрушения описана, затем визуально сопоставлена с положением сформированных макротрещин в образцах в результате испытаний. Рассчитаны временные тренды амплитудного распределения b, задаваемого законом Гуттенберга – Рихтера, которые сравнивались с кривыми нагружения и трендами рассчитанной активности АЭ. На основании анализа процесса АЭ для трех типов пород – магматических (уртиты), метаморфических (апатит-нефелиновые руды) и осадочных (известняки) – проведена параметризация акустической эмиссии для определения особенностей деформационного процесса и связанной с ним дилатансией. В результате выявлены три вида разрушений образцов, установлены их геометрия и изменения прочностных и сейсмических критериев.

Приведены результаты определения прочности на одноосное сжатие и предела пропорциональности для образцов бетона с различным содержанием полимерной фибры.

Представлена методика наблюдений за смещением глубинных реперов, состав локальной подземной наблюдательной станции. Выполнен анализ результатов натурных наблюдений за смещением целика рудной толщи, представлены изолинии оседаний и средних скоростей оседания массива богатых железных руд.

Предлагается методика расчета нагрузок на арочную крепь односторонних прямоугольных сопряжений в рудном массиве Яковлевского месторождения КМА. Расчетная схема соответствует жесткопластической модели деформирования рудного массива в кровле сопряжений. Основным фактором, определяющим величину нагрузки на перекрытия сопряжений, являются пустоты в кровле после забутовки. Выявлены низкая эффективность плоских перекрытий сопряжений по камерным рамам и преимущества перекрытий сопряжений арками из спецпрофиля СВП с горизонтальными стяжками из арматурной стали. Обоснована возможность оперативного расчета нагрузок и выбора параметров перекрытий по условиям прочности и устойчивости несущих элементов крепи в рудах различных типов.

Приведены результаты и выполнен анализ численного моделирования формирования естественного напряженного состояния массива горных пород до и после проведения мероприятий по его осушению. Для описания поведения пород применялась упругая и упругопластическая модели деформирования. 

По геологическим данным, полученным на Яковлевском месторождении, была разработана пространственная модель, предусматривающая проходку ортовой выработки через зону ослабления. В ходе анализа напряженно-деформированного состояния вокруг выработки были выявлены характер распределения и численные значения тангенциальных и продольных напряжений. Установлено, что зона ослабления существенно влияет на распределение напряжений и перемещений вокруг выработки. При выборе параметров крепи необходимо учитывать наличие ослаблений и контактов в рудном массиве и расстояние до этих зон.

Приведены результаты математического моделирования формирования полей напряжений в слоистом массиве при различном соотношении вертикальных и горизонтальных напряжений. Сделана оценка степени влияния наличия и расположения крупного геологического нарушения на напряженное состояние вокруг горной выработки.

Рассмотрены проблемы, связанные с геомеханическим прогнозом напряженно-деформированного состояния станций глубокого заложения. Показан комплексный подход изучения статической работы станций, включающий натурные исследования на различных этапах их строительства и численное моделирование методом конечных элементов.

Проведено обследование 12 характерных сопряжений с различными видами крепи. Измерялись фактические геометрические размеры крепи сопряжений и закрепного пространства, определялась зона отжима пород в боках выработки, оценивались эксплуатационное состояние и величины деформирования элементов крепи в районе сопряжения выработок.

Рассмотрена проблема взаимного влияния горных выработок в районе их сопряжения. Задача решена математическим моделированием, основанным на методе конечных элементов. Показан характер формирования напряженно-деформированного состояния массива в районе сопряжения выработок. Найдены закономерности распределения вертикальных напряжений и смещений по длине выработок. 

Характер деформирования рыхлых и плотных железно-слюдковых мартитовых руд вокруг выработки с крепью КМП-А3 различен. В плотной руде процесс смещений характеризуется знакопеременными деформациями руды во времени и вглубь массива. Большая часть смещений реализуется через 10-80 сут. Размеры зоны деформаций рудного массива в лежачем боку (1,2-1,3)R_пр, в кровле (1,0-1,1)R_пр, в висячем боку (1,3-1,4)R_пр.Приконтурная зона размером 0,8-1,5 м склонна к разрушению. Размеры зоны деформаций вмещающего рудного массива в лежачем боку (1,0-1,1)R_пр и висячем боку (1,1-1,2)R_пр, в кровле (1,1-1,2)R_пр. Стабилизации смещений вмещающего рыхлого и плотного рудного массива не зафиксировано.

Рассмотрено формирование естественного напряженно-деформированного состояния в массиве, сложенном различными средами, и изменение его вследствие проведения горной выработки. Задача решена математическим моделированием, основанным на методе конечных элементов. При моделировании было рассмотрено шесть схем с различными углами падения пород.

Описана методика определения прочностных и деформационных свойств руд. Представлены табличные и графические результаты проведенных исследований характеристик руд Яковлевского месторождения. Сделан вывод о характере разрушения руд в условиях одноосного сжатия.