На основе 2D интегральных и интегро-дифференциальных уравнений разработан итерационный процесс решения теоретической обратной задачи для случая определения конфигураций 2D иерархических включений l-го, m-го и s-го рангов, расположенных друг над другом в разных слоях N-слойной среды для акустического мониторинга. Верхнее - аномально напряженное, среднее - аномально упругое и нижнее - аномально плотностное. Степень заполнения включениями каждого ранга для всех трех иерархических включений различна. При интерпретации результатов мониторинга необходимо использовать данные таких систем наблюдения, которые могут быть настроены на исследование иерархической структуры среды. К таким системам относятся акустические (в динамическом варианте) и электромагнитные мониторинговые системы. По данным электромагнитного мониторинга, были выявлены особенности морфологии распределения этих зон в ортах шахты Таштагол, склонных к явлениям нарушения устойчивости. Системы акустического динамического мониторинга более предпочтительны для изучения состояния массива с точки зрения миграции и динамики интенсивности зон дезинтеграции, так как отклик массива реагирует на изменение большего количества его физико-механических свойств: аномальную упругость, плотность пластичность, вторичную напряженность. Полученные результаты могут быть использованы для анализа динамического состояния горного массива глубокозалегающих месторождений.

Based on 2D integral and integral-differential equations, an iterative process has been developed for solving a theoretical inverse problem for the case of determining the configurations of 2D hierarchical inclusions of the l-th, m-th, and s-th ranks located one above the other in different layers of the N-layer medium for acoustic monitoring. The upper layer is abnormally stressed, the middle one is abnormally elastic, and the lower one is abnormally dense. The degree of filling with inclusions of each rank is different for all three hierarchical inclusions. When interpreting the results of monitoring, it is necessary to use data from such observation systems that can be configured to study the hierarchical structure of the environment. Such systems include acoustic (in the dynamic version) and electromagnetic monitoring systems. According to the electromagnetic monitoring data, the features were identified of the distribution morphology for these zones in the orts of the Tashtagol mine, which are linked with the effects of stability problems. Acoustic dynamic monitoring systems are preferable for studying the state of the array in terms of migration and dynamics of the intensity of disintegration zones, since the array responds to a change in a greater number of its physical and mechanical properties: anomalous elasticity, density, plasticity, and secondary intensity. The obtained results can be used to analyze the dynamic state of formation for deep-lying deposits.

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геофизики Уральского отделения РАН

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры вычислительной математики, ИЕНиМ, ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» (УрФУ)

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математического анализа, ИЕНиМ, ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» (УрФУ)

Гольдин С.В. Деструкция литосферы и физическая мезомеханика // Физическая мезомеханика. 2002. Т. 5. №5. C. 5-22.

Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир. 1979. C. 300.

Николис Г. Динамика иерархических систем. М.: Мир. 1989. C. 486.

Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М.: Мир. 1990. C. 344.

Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск.: СО АН СССР Наука. 1985. C. 226.

Хачай А.Ю. Алгоритм решения прямой динамической задачи сейсмики при возбуждении горизонтальной точечной силой, расположенной в произвольном слое n-слойной упругой изотропной среды // Информатика и математическое моделирование. Екатеринбург. 2006. C. 170-278.

Хачай А.Ю. Алгоритм решения прямой динамической задачи сейсмики при возбуждении точечным источником вертикальной силы, расположенной в произвольном слое n-слойной упругой изотропной среды // Информатика и математическое моделирование. Екатеринбург. 2006. C. 279-310.

Хачай О.А. К вопросу об изучении строения и состояния геологической гетерогенной нестационарной среды в рамках дискретной иерархической модели // Российский геофизический журнал. 2004. №33-34. C. 32-37.

Хачай О.А. Исследование развития неустойчивости в массиве горных пород с использованием метода активного электромагнитного мониторинга // Физика Земли. 2007. №4. C. 65-70.

Хачай О.А., Хачай А.Ю. Определение поверхности флюидонасыщенного пористого включения в иерархической слоисто-блоковой среде по данным электромагнитного мониторинга // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. №4. C. 150-154.

Хачай О.А., Хачай А.Ю. Моделирование распространения сейсмического поля в слоисто-блоковой упругой среде с иерархическими пластическими включениями // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. №12. C.318-326.

Хачай О.А., Хачай А.Ю. Определение поверхности аномально напряженного включения в иерархической слоисто-блоковой среде по данным акустического мониторинга // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. №4. C. 354-356.

Hachay O., Khachay A. Acoustic wave monitoring of fluid Dynamic in the Rock Massif with Anomaly Density, Stressed and Plastic hierarchic Inclusion. Computational and experimental studies of Acoustic waves. Intechopen 2017. Chapter 4. Pp. 63-80. http://dx.doi/org/10/5772/intechopen 70590.

Хачай О.А., Новгородова Е.Н., Хачай О.Ю. Новая методика обнаружения зон дезинтеграции в околовыработочном пространстве массивов горных пород // Горный Информационно-аналитический бюллетень. 2003. №11. C. 26-29.

Хачай О.А., Хачай А.Ю., Хачай О.Ю. К вопросу о моделировании акустического мониторинга иерархической двухфазной геологической среды с различными физико-механическими свойствами // Мониторинг. Наука и технологии. 2018. №1. C. 45-49.

Hachay O.A., Khachay A.Yu. and Khachay O.Yu. Modeling algorithm of acoustic waves penetrating through a medium with composite hierarchical inclusions // AIP Conference Proceedings 2053, 030023 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5084384.

Хачай О.А., Хачай О.Ю., Хачай А.Ю. Новые методы геоинформатики мониторинга волновых полей в иерархических средах // Геоiнформатика. 2015. №3. C. 45-51.

Хачай О.А., Хачай О.Ю., Хачай А.Ю. Новые методы геоинформатики для комплексирования сейсмических и гравитационных полей в иерархических средах // Геоiнформатика. 2016. №3. C. 25-29.

Хачай О.А., Хачай О.Ю., Хачай А.Ю. Комплексирование акустических, гравитационных, и геомеханических полей в иерархических средах // Горный Информационно-аналитический бюллетень. 2017. №4. C. 328-336.

Хачай О.А., Хачай О.Ю., Хачай А.Ю. К вопросу об обратной задаче активного эдектромагнитного и акустического мониторинга иерархической геологической среды // Геофизические исследования. 2017. V.18. №4. C. 71-84. DOI:10.21455/gr2017/4-6.

Хачай О.А., Влох Н.П., Новгородова Е.Н., Хачай А.Ю., Худяков С.В. Трехмерный электромагнитный мониторинг состояния массива горных пород // Физика Земли. 2001. №2. C. 85-92.

Шемякин Е.И., Фисенко Г.Л., Курленя М.В., Опарин В.Н. и др. Эффект зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок //ДАН СССР. 1986. Т. 289. №5. C. 1088-1094.

Шемякин Е.И., Курленя М.В., Опарин В.Н. и др. Открытие №400. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок // Бюллетень изобретений. 1992. №1.