Четвертая Школа молодых ученых
"Мониторинг природных и техногенных систем"
30 ноября – 1 декабря 2022 г. Пермь
Андрейко Сергей Семенович
Доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией геотехнологических процессов и рудничной газодинамики «Горного института Уральского отделения Российской академии наук» – филиала Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук. Более 45 лет занимается вопросами повышения безопасности ведения горных работ в калийных рудниках в условиях Верхнекамского, Старобинского и Гремячинского месторождений калийных солей. Под его руководством разработаны и внедрены на практику ведения горных работ инновационные методы прогнозирования и способы предотвращения газодинамических явлений в калийных рудниках. Автор более 300 печатных работ по проблеме газодинамических явлений в калийных рудниках, из них 7 монографий по данной тематике исследований. По совместительству является заведующим вузовско-академической кафедрой «Разработка месторождений полезных ископаемых» Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ). Лауреат Премии I степени Правительства Пермского края в области наук о Земле, лауреат премии им. академика Л.Д. Шевякова Уральского отделения РАН за 2020 год.
Газодинамические явления в калийных рудниках
Представлена проблема газодинамических явлений при подземной разработке месторождений калийных солей. Приведены характерные случаи газодинамических явлений при разработке месторождений калийных солей в условиях Верхнекамского, Старобинского и Индерского месторождений в странах СНГ и за рубежом. Рассмотрены существующие представления о механизмах образования очагов газодинамических явлений в соляном породном массиве. Представлены существующие теории механизмов развития и протекания основных видов газодинамических явлений в калийных рудниках. Дана характеристика региональных, локальных и текущих методов прогнозирования газодинамических явлений на стадиях разведки и подземной разработки месторождений калийных солей. Рассмотрены способы предотвращения газодинамических явлений на стадиях ведения подготовительных и очистных горных работ при подземной разработке сильвинитовых и карналлитовых пластов, опасных по газодинамическим явлениям, в различных горнотехнических условиях применения камерной и столбовой систем разработки в калийных рудниках.
Ватульян Александр Ованесович
Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой теории упругости Института математики, механики и компьютерных наук им. И.И. Воровича Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону). Почетный работник высшего профессионального образования РФ. член Российского национального комитета по теоретической и прикладной механике. Основные научные результаты: разработаны эффективные аналитические и численные методы решения широкого класса обратных задач (граничных, геометрических, коэффициентных) в механике деформируемого твердого тела при наличии связанности полей, предварительного напряженного состояния, дефектов различного типа, представлены приложения к неразрушающему контролю конструкций, идентификации градиентных материалов, механике углей, биомеханике тканей; предложен новый тип граничных интегральных уравнений, не требующих построения фундаментальных и сингулярных решений, развиты экономичные методы численного решения граничных интегральных уравнений; развиты методы исследования волновых процессов в однородных и неоднородных средах при наличии связанности полей (электроупругость, термоупругость, пороупругость), полей предварительных напряжений. Автор более 500 научных работ, среди них 6 монографий, 1 учебник.
Мониторинг технических систем и обратные задачи
В настоящее время в связи с усложнением структуры новых технических систем и старением существующих систем контроль текущего состояния является одной из важнейших задач прогноза их ресурса и предотвращения масштабных аварий. Среди объектов ответственного назначения, требующих контроля, отметим фундаменты зданий и гидротехнических сооружений, трубопроводы. Отметим, что в процессе эксплуатации сооружений, особенно в условиях динамического нагружения и при наличии взаимодействия с агрессивной средой, возможно появление дефектов типа полостей в основаниях и сильных коррозионных повреждений в трубопроводах. Основная причина отказов нефтегазовых сооружений — коррозионные повреждения, которые включают как внутритрубную, так и наружную коррозию. Мониторинг таких объектов возможен при использовании различных технологий неразрушающего контроля, в первую очередь при использовании акустического воздействия.
Распознавание дефектов различной структуры и геометрии возможен при использовании аппарата обратных (ОЗ) геометрических и коэффициентных задач. В обзоре представлены основные способы анализа таких задач в рамках неоднородных моделей теории упругости и пороупругости (применительно к обводненным основаниям и заглубленным участкам трубопроводов), обсуждены главные трудности проблемы идентификации, способы сведения к конечномерным ОЗ, методы построения итерационных процессов, вопросы выбора воздействия для наиболее успешной процедуры реконструкции.
Демежко Дмитрий Юрьевич
Доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник лаборатории геодинамики Института геофизики УрО РАН (г. Екатеринбург). Область научных интересов – тепловое поле Земли и методы его изучения, в том числе, палеоклиматическая интерпретация данных скважинной термометрии, температурный мониторинг в скважинах для решения задач геодинамики, методы измерений температуры в скважинах, тепловые свойства горных пород. Член Международной комиссии по тепловому потоку (IHFC IASPEI IUGG), член Научного совета РАН по проблемам геотермии. Автор и соавтор нескольких монографий, патентов на изобретения и более 200 публикаций в российских и зарубежных научных изданиях
Температурные исследования в водонаполненных скважинах в условиях свободной тепловой конвекции
Температурные измерения в буровых скважинах широко используются в нефтегазовой геофизике, гидрогеологии, геоэкологии, геокриологии, при эксплуатации гидротермальных ресурсов. Круг задач, которые могут решаться с помощью термометрии, неуклонно растет, при этом растут и требования к точности температурных измерений. Этому, однако, препятствует явление свободной тепловой конвекции (СТК), возникающее в скважинах при положительном температурном градиенте и вызывающее температурный шум, уровень которого может превышать полезный сигнал.
В докладе рассмотрены результаты исследований свободной тепловой конвекции в водонаполненных буровых скважинах, проведенных в Институте геофизики УрО РАН. Разделы доклада:
- Традиционные представления о структуре течений, характеристиках СТК и методах ее подавления.
- Структура течений и основные характеристики СТК по данным численного математического моделирования в полости квадратного сечения.
- Применение метода инфракрасной термографии для изучения СТК. Конструкция лабораторной установки и полученные результаты.
- Обобщение лабораторных и in situ температурных измерений в условиях СТК.
4.1. Обоснование меры оценки температурного шума СТК;
4.2. Классификацию термических эффектов СТК: нестационарный и квазистационарный эффекты.
4.3. Зависимость температурного шума СТК от геотехнических условий.
4.4. Применение модели Рамея для оценки квазистационарного эффекта. - Результаты испытания технических средств подавления СТК.
Джана Рагавендра Белур
(Dr. Raghavendra B. Jana)
Dr. Jana is a Senior Research Scientist and Lead of the Envirotyping and Digitalization thrust of the Center for AgroTechnologies at the Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech), Moscow. The primary focus of Raghu’s current research is on observation and modeling of environmental processes, and their application in enhancing agricultural productivity. He utilizes data science and artificial intelligence techniques in conjunction with process-based modeling to help improve the efficiency of water and nutrient use in agriculture, especially in the context of climate change. Raghu received his Ph.D. in Biological and Agricultural Engineering (focus: Soil Hydrology) from Texas A&M University in College Station, Texas, USA in 2010. His doctoral research was funded by a NASA Earth System Sciences Fellowship. Before coming to Russia, Raghu worked at the Indian Institute of Science (India), King Abdullah University of Science and Technology (Saudi Arabia), University of Stuttgart (Germany), and Texas A&M University (USA). He has been involved in projects funded by NASA, NSF (USA), USDA, Russian Science Foundation, and the World Bank, among others. He is currently collaborating with agro holdings in Russia to improve crop yield and resource use efficiency.
Envirotyping: A vital tool for better understanding of nature’s dynamics
Global climate change and population dynamics have made the use of cutting -edge digital technologies necessary in the pursuit of improved understanding of their impacts. Envirotyping is a relatively new approach of analyzing and classifying regions of similar environmental signatures. It incorporates multivariate analyses encompassing such diverse factors as soils, climate and weather, vegetation type, topography, and land use, among others. The approach relies upon the availability of earth observation data – primarily from satellite remote sensing – to a large extent. It brings together skills from multiple disciplines such as environmental sciences, data sciences such as artificial intelligence and machine learning, and life sciences.
Currently, the primary application of envirotyping is in agriculture for determining and assimilating the effects of the environment on crop or animal health for more environment - friendly, sustainable processes. In conjunction with genotyping and phenotyping, envirotyping also facilitates creation of superior inputs such as seeds by aiding the modern genome-based breeding process. This talk will introduce envirotyping to the audience, along w ith basics of remote sensing that underlie the envirotyping process pipeline. Specific examples of usage instances will also be presented, making a case for its fast adoption by the agro industry.
Костоусов Виктор Борисович
Заведующий отделом прикладных проблем управления Института математики и механики им. Н.Н.Красовского Уральского Отделения РАН (г. Екатеринбург). Кандидат физико-математических наук, действительный член Академии навигации и управления движением, лауреат Премии Ленинского комсомола, лауреат премии Правительства РФ. В сферу научных интересов входят управление динамическими системами, математическое моделирование датчиков геофизических полей, обработка и анализ спутниковых изображений, навигация по геофизическим полям.
Построение трёхмерной модели местности по данным спутниковой стереосъёмки с применением методов глубокого машинного обучения
Костоусов В.Б., Дунаева А.В., Корнилов Ф.А.
Технология построения детальной цифровой трёхмерной модели земной поверхности, которая позволяет оперативно отслеживать существенные изменения местности, является мощным средством решения многих задач мониторинга территорий, включая задачи своевременного обнаружения опасных антропогенных и природных воздействий на окружающую среду и задачи отслеживания их последствий. С точки зрения оперативности и площади охвата территории наиболее предпочтительным источником исходных данных для построения модели местности являются данные космической спутниковой мультиспектральной стереосъёмки. Современные спутниковые системы дистанционного зондирования обеспечивают точности пространственного разрешения на уровне десятков сантиметров, что позволяет создавать модели местности соответствующей точности в составе матрицы высот, а также слоя классификации объектов и типов подстилающей поверхности.
В докладе речь пойдёт о двух ключевых задачах, на решении которых основано построение модели местности: стереосопоставление и классификация изображений. Несмотря на то, что эти задачи являются хорошо известными, их применение к спутниковым данным по-прежнему затруднено вследствие высокой вариативности типов объектов и их спектральных характеристик на изображениях земной поверхности. Будут рассмотрены алгоритмы решения этих задач: как стандартные, не теряющие актуальности благодаря независимости от набора входных данных, так и современные, основанные на обучении свёрточных нейронных сетей. Обзор и сравнение различных типов сетей будет также включать в себя наиболее перспективное направление, связанное с разработкой методов автоматической генерации архитектур сетей, оптимальных для решения конкретных прикладных задач.
Кочарян Геворг Грантович
Доктор физико-математических наук, профессор, зам. директора по научной работе Институт динамики геосфер им. акад. М.А. Садовского РАН. Область научных интересов: деформационные процессы в земной коре, инициированные внешними воздействиями. Им разработан новый сейсмический метод определения механических свойств нарушений сплошности и разломов разного масштаба земной коры in situ, созданы научные основы методологии геомеханического сопровождения проектирования, строительства и эксплуатации подземных сооружений, подверженных динамическим воздействиям высокой интенсивности. Специалист в области геофизики, геомеханики и механического действия подземного взрыва, автор свыше 200 научных работ, из них 3 монографии и 3 патента. член редколлегии журнала «Геодинамика и тектонофизика», международного общества по Механике скальных пород, экспертного совета ВАК, 2-х квалификационных советов, правления Тоннельной ассоциации России.
Перспективы проведения мониторинга разломных зон с целью снижения риска крупных землетрясений в окрестности горнодобывающих предприятий
Многие крупные землетрясения, инициированные горными работами, связаны с подвижками по тектоническим разломам. В лекции будет представлен концептуальный обзор состояния исследований сопротивления разломных зон сдвигу в контексте развития новых подходов к мониторингу разломных зон. В основе развиваемого подхода лежат новые представления о закономерностях и условиях реализации различных режимов скольжения по разломам – от крипа до динамического срыва. Анализ результатов, полученных в последние два-три десятилетия, демонстрирует, что определяющее значение для закономерностей инициирования и распространения разрыва, играют фрикционные свойства материала-заполнителя зоны скольжения. Выполненные исследования показали, что эти свойства проявляются как в очаговых параметрах отдельных индуцированных микросейсмических событий, так и в характеристиках сейсмоакустического шума, источники которого локализованы в зоне разлома. Регистрируя волновые формы событий, наведенных горными работами, можно статистически оценивать величину приведенной сейсмической энергии и, тем самым, "медленности" микроземлетрясений, приуроченных к зоне разлома. Основываясь на этом параметре можно судить о вероятности реализации накопленной в массиве упругой энергии в виде крупных динамических событий.
Кривовичев Сергей Владимирович
Академик РАН, генеральный директор Федерального исследовательского центра Кольский научный центр. Почетный профессор Восточно-Китайского технологического университета и Мурманского государственного технического университета. Иностранный член Туринской академии наук. Область научных интересов: минералогия, кристаллохимия и кристаллография, радиохимия и проблемы захоронения радиоактивных отходов, минералогия высоких температур и давлений, наноминералогия и наногеохимия, минералогическое материаловедение, рентгеноструктурный анализ минералов и неорганических соединений, минералогия и кристаллохимия урана, свинца. Награжден Медалью РАН с премией для молодых ученых в области геологических наук, Золотой медалью Алферовского фонда поддержки образования и науки, Медалью Европейского Минералогического Союза (European Mineralogical Union), Медалью им. А.П. Карпинского в области геологических и геофизических наук Правительства Санкт-Петербурга и Санкт-Петербургского центра РАН, Медалью Шлюмберже (Нойманн) Минералогического общества Великобритании и Ирландии, Медалью им. Дж. Дэна Минералогического общества Америки. Получатель Премии Президента РФ в области науки и техники для молодых ученых.
Минералогия и кристаллохимия урана: от урановых месторождений до техногенных систем
Минералогия и кристаллохимия урана - быстро развивающаяся область минералогии. Ежегодно в мире открываются и описываются несколько новых урановых минералов. Исторически всплеск открытий и исследований в этой области приходится на 1950-е годы, что было связано с необходимостью добычи урана для развития ядерной энергетики и производства делящихся материалов. В последние 20-25 лет минералогия урана переживает своеобразный ренессанс, что связано как с проблемами безопасного захоронения и переработки отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов, так и с обеспечением экологической безопасности зон окисления урановых месторождений и заброшенных урановых рудников. Немаловажной стала и проблема создания новых материалов на основе обедненного урана. В лекции будут кратко освещены основные аспекты современного развития минералогии и кристаллохимии урана.
Мерсон Дмитрий Львович
Директор Научно-исследовательского института прогрессивных технологий Тольяттинского государственного университета, доктор физико-математических наук (2002), профессор (2006), «Почётный работник высшего профессионального образования Российской Федерации» (2009), «Заслуженный работник образования Самарской об-ласти» (2020), Лауреат премии губернатора Самарской области за выдающиеся результаты в решении технических проблем (2022), заведующий кафедрой «Нанотехнологии, мате¬риа¬ловедение и механика» (2002-2013), инициатор проведения и бессменный председатель локального оргкомитета Международной школы «Физическое материаловедение» (2004-2021), редактор многотомного учебного пособия «Перспективные материалы». Специалист в области физического материаловедения, природы явления акустической эмиссии (АЭ), разработки методик и средств метода АЭ, автор 16 патентов и 26 статей, опубликованных в журналах Q1 в 2016-2022 гг.
Успехи и перспективы метода акустической эмиссии в области контроля процессов деформации и разрушения
В докладе рассматриваются следующие основные вопросы:
- Краткая история развития метода акустической эмиссии (АЭ);
- Вопросы природы явления АЭ при пластической деформации металлических материалов;
- Ограниченность (недостатки) традиционного способа регистрации АЭ по превышению уровня дискриминации;
- Примеры новых возможностей применения спектрального анализа сигналов АЭ для идентификации источников АЭ и контролируемых процессов;
- Новый подход к диагностике состояния зашумленных объектов контроля с использованием безпорогового способа регистрации сигналов АЭ;
- Типичные ошибки в применении метода АЭ и нереализованные ожидания от его результатов.
Рамасуббу Сундер
(Ramasubbu Sunder)
Кандидат технических наук, BISS Labs, Bangalore, India Директор НИОКР фирмы ITW-BISS, разработчик и производитель испытательной техники, член Indian Academy of Sciences (IASc) и Indian National Academy of Engineering (INAE), предыдущий президент, Индийского общества целостности конструкций (InSIS).
Обеспечение долгосрочной безопасной эксплуатации авиационной техники
Развитие коммерческой авиации в последние десятилетия отличается, с одной стороны широким внедрением технического обслуживания по состоянию, и с другой, принятием мер по продлению сроков между осмотрами техники. При этом, как свидетельствует практика эксплуатации авиатехники, надежность авиационной техники с года в год только растет.
Переход эксплуатации авиационных конструкций и авиадвигателей на обслуживание по состоянию прежде всего построено на развитии дисциплин механики разрушения, методов неразрушающего контроля и слежения за состоянием индивидуальных единиц на всем протяжении их многолетней эксплуатации.
Все большее внедрение видят композиты, а также аддитивные материалы. Современные расчетные модели, совмещенные с бортовыми датчиками способствуют созданию и работе «цифровых двойников», отражающих текущее состояние техники. Авиация традиционно несет лидерство в продвижении высокотехнологичных разработок, которые в последствии находят применение в других областях.
Нынешние обстоятельства работы гражданской авиации открывают перед молодыми учеными Российской Федерации небывалые возможности удовлетворения профессиональных амбиций в широком ряде научных дисциплин. Перед страной вдруг представился вызов на решение разнообразия проблем. Они все актуальны, требуют срочного решения, носят потенциал коренных изменений стратегического плана.
Рассказов Игорь Юрьевич
Специалист в области геомеханики и горного дела, координатор НИР по проблемам геодинамической безопасности при подземной разработке месторождений востока России. Автор более 300 научных работ, включая 5 монографий и 25 изобретений и патента. Эксперт РАН. Руководитель Дальневосточного отделения Евразийского союза экспертов по недропользованию. Член президиума Российского отделения международного общества по механике горных пород (ISRM). Член Международного комитета по науке и технике в области безопасности горных работ.
Оценка и контроль удароопасности и техногенной сейсмичности при подземной разработке рудных месторождений: методы, технические средства и результаты исследований
Лекция посвящена проблеме прогноза и предотвращения горных ударов при подземной разработке рудных месторождений. Дано определение горного удара. Приведены примеры и последствия опасных геодинамических явлений на некоторых рудниках России.
Рассмотрены основные методы и подходы к исследованию удароопасности, включая геодинамическое районирование месторождений, численное моделирование напряженно-деформированного состояния и инструментальный контроль состояния массивов горных пород в шахтных условиях.
Показано, что в условиях проявления техногенной сейсмичности ключевое значение имеет комплексный геомеханический мониторинг с применением ряда взаимодополняющих методов и технических средств. Раскрыты принципы построения измерительно-вычислительного комплекса и организации комплексного мониторинга на примере системы, созданной на геодинамическом полигоне в районе Стрельцовсокого рудного поля. Рассмотрены особенности и технические характеристики измерительных и программных средств, входящих в состав системы мониторинга. Изложены научно-методические подходы к изучению предельно напряженных сложнострутурных геосред и прогнозированию в них опасных динамических проявлений горного давления, в том числе основанные на выделении и параметризации формирующихся в удароопасном массиве геомеханических полей и очагов разрушения.
Приведены результаты комплексного геомеханического мониторинга на ряде удароопасных рудников России и показана возможность эффективного управления горным давлением в удароопасных условиях.
Стефанов Юрий Павлович
Профессор РАН, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики им. Трофимука СО РАН (г. Новосибирск). Научная деятельность связана с математическим моделированием в геомеханике, численным исследованием процессов деформации и разрушения твердых тел, построением определяющих соотношений и разработкой алгоритмов расчета. Член Российского Национального комитета по теоретической и прикладной механике, член междисциплинарного научного совета Российской академии наук «Геодинамика, геофизика, геомеханика».
Моделирование необратимой деформации и разрушения горных пород
Неоднородное строение горных пород, наличие пор и трещин разного масштаба приводят к их нелинейному поведению под нагрузкой. Их упругие и прочностные свойства зависят от напряженного состояния. Необратимая деформация горных пород может сопровождаться разрыхлением или уплотнением, а зоны локализации иметь разную ориентацию. Причем указанные особенности поведения пород определяются не только направлением главных осей напряжений, но и средним напряжением. В связи с этим важную роль для описания их поведения играет адекватный выбор математической модели и определение ее параметров.
В докладе кратко описаны методы экспериментальных исследований поведения горных пород и анализ диаграмм нагружения для выбора модели поведения и определения ее параметров, а также уточнения/построения дополнительных определяющих соотношений. Показаны важнейшие особенности поведения и соответствующие проявления на диаграммах нагружения.
Основное внимание уделено математической модели описания деформации за пределом упругости, которая основана на комбинированной предельной поверхности с использованием неассоциированного закона течения. Такая модель позволяет описывать процесс необратимой деформации с учетом дилатансии и компакции. Приведены примеры численного моделирования поведения образцов горных пород иллюстрирующие адекватность модели. Рассмотрен ряд примеров моделирования процессов деформации в геологической среде, включая формирование зон локализации в окрестности скважин, при сдвиговой деформации осадочного слоя и др.
Чайковская Ольга Николаевна
Доктор физико-математических наук, профессор, физический факультет Томского государственного университета, главный научный сотрудник лаборатории фотофизики и фотохимии молекул, член Европейского фотохимического общества. Область научных интересов - изучение методами квантовой химии и электронной спектроскопии механизмов первичных фотофизических и фотохимических процессов, протекающих в устойчивых токсичных соединениях при возбуждении ультрафиолетовым излучением различного спектрального состава. Автор более 280 научных работ и учебных курсов «Люминесцентные методы анализа в медицине и охране окружающей среды» и «Physics fields and forces in biological systems».
Мониторинг жидких веществ катодолюминесцентным методом
Чайковская О.Н., Соломонов В.И., Бочарникова Е.Н., Макарова А.С., Майер Г.В., Осипов В.В., Чайковский С.А.
В последние десятилетия активно используется и представляет интерес сильноточный импульсный электронный пучок в различных областях технологичных производств для прикладных исследований в области радиационной химии, плазмохимии, генерации мощного СВЧ-излучения, производства органических электронных устройств, исследования фотопроводимости при электронной бомбардировке и других.
Решение задач защиты окружающей среды связано с использованием измерительных приборов, предназначенных для контроля состава веществ и измерения параметров явлений как находящихся в природе, так и поступающих в нее в результате жизнедеятельности человечества. Из-за сложности и разнообразия таких приборов возникают проблемы для работы с жидкими веществами. Механизм действия электронного пучка различной интенсивности на растворенные органические соединения до сих пор остается до конца не раскрытым.
В докладе будут представлены результаты измерения люминесценции окружающего воздуха и растворов органического соединения, при их облучении сильноточным импульсным электронным пучком со средней энергией Ee=170 keV длительностью 2 нс, формируемым ускорителем РАДАН-303.
