Горные удары — одни из самых страшных и внезапных врагов шахтеров. Это когда многотонные толщи породы буквально взрываются под землей, разрушая выработки за доли секунды. Человечество борется с этой проблемой столетиями, но предсказать, где и когда случится беда, всегда было невероятно сложно. Однако российские ученые из Дальневосточного федерального университета, судя по их новой работе, совершили настоящий прорыв: они научились слышать «крик» породы перед тем, как она разрушится.
Скала под колоссальным давлением ведет себя как живой организм. Авторы исследования выяснили, что процесс ее гибели проходит три стадии, и на каждой из них можно поймать уникальный сигнал SOS. Первый сигнал — «долгосрочный» — возникает, когда порода начинает необратимо трескаться на микроуровне. Второй — «среднесрочный» — фиксируется в области вокруг будущего эпицентра разрушения. Но самое интересное — это третий, «краткосрочный» предвестник. Непосредственно перед катастрофой материал ведет себя парадоксально: он начинает деформироваться в обратную сторону. Это похоже на то, как если бы сжатая пружина вдруг дернулась назад перед тем, как сломаться. Это и есть последнее предупреждение.
Но просто увидеть эти сигналы недостаточно. Главное ноу-хау — технология «многоканальной слежки». Ученые не полагаются на один прибор. Они одновременно используют акустические датчики, которые ловят ультразвуковой «шепот» ломающихся кристаллов, и сверхточные деформационные системы, следящие за изменением формы образца. Информация стекается из двух независимых источников, и если они подтверждают друг друга, ошибка практически исключена. Это позволило добиться надежности прогноза в 80–85%, что является феноменальным результатом для такой непредсказуемой среды, как скальные породы.
Почему это важно не только для лаборатории, но и для реальных шахт? Ученые уверены, что открытые ими закономерности работают на всех уровнях — от маленького куска камня до многокилометрового горного массива. То, как умирает образец в лаборатории, точно так же, по принципу «транзита», умирает и порода вокруг подземного тоннеля. Это значит, что разработанную систему предвестников можно масштабировать. В будущем, соединив акустические сети и датчики деформации в шахтах с алгоритмами машинного обучения, мы сможем не просто констатировать факт опасности, а получать четкое расписание: «Внимание, до выброса осталось несколько часов». Это переворот в безопасности, который превращает горное дело из лотереи со смертью в высокотехнологичное и контролируемое производство.
Исследование опубликовано в журнале «Недропользование»
