ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

В работе предлагается способ косвенной оценки напряженного состояния горного массива, основанный на регистрации локального естественного электромагнитного излучения в диапазоне видимого света.

Триболюминесценция - свечение, обусловленное разрушением твердого тела. Гравитационные силы Земли и связанные с ними тектонические давления вызывают появление реакции электрических сил межатомных связей и, преодолевая их на локальных участках, приводят к механическим разрушениям краевой части горных выработок, сопровождающиеся взаимодействием энергии поля и вещества - превращением электрической энергии в энергию излучения от радио диапазона до гамма-диапазона шкалы электромагнитных волн.

Механическая деформация и разрушение горных пород вызывают разрывы межатомных связей, приводящих к образованию трещин. Между противоположно заряженными поверхностями трещин и происходят газовые разряды. В моменты разрыва связей в углах трещин в разряженном промежутке возможны и электрические, подобные разряду в вакууме.

Релаксация возбужденных поверхностей трещин сопровождается эмиссией квантов света и электронов, торможение которых в воздухе вызывает его ионизацию и свечение.

Рабочие характеристики фотоэлектронных умножителей ФЭЗ-83 и ФЭУ-112 (изучались на заводе ''Экран'' г. Новосибирска) приведены на рис. 1.

На рис. 2 представлены фотографии триболюминесценции образцов горных пород, появляющиеся при их одноосном сжатии гидравлическим прессом и трении с применением электродвигателя. Светлые точки на рис. 2, а, б, в, изображают газовые и электрические разряды. По траектории движения угла трещины визуально наблюдаются тлеющие разряды, менее яркие и большие по размеру. На рис. 2, г видно постоянное свечение в точке соприкосновения трущихся поверхностей образца и контр-образца и менее яркое свечение некоторых диспергированных частиц.

Повторные эксперименты с образцами тех же пород и с пленкой большей чувствительности существенных различий не имели. Достоверность эксперимента проверялась кадром, снятым без нагружения образца и проявлением чистой фотобумаги из той же пачки.

По количеству точек на фотографиях, их яркости и литотипу пород можно судить, что световая активность горных пород растет с увеличением их твердости и прочностных характеристик, что согласуется с данными других опытов.

Лабораторные исследования НЩГК проводились с использованием ФЭУ-79 и спектрографа ДФС-12. Визуальные наблюдения свечения кристаллов и образцов горных пород показывают, что спектральный состав свечения зависит от состава газовой среды, окружающей образцы и их химического состава. Величина интенсивности свечения линейна в зависимости от повышения давления и температуры.

Изучение механического разрушения образцов с использованием интерференционных светофильтров показало, что интенсивность свечения зависит квадратично от прочности образцов и скорости их деформации.

На на рис. 2 представлено распределение интенсивности и формы фотонной эмиссии в пространстве, а на рис. 3 представлено распределение интенсивности и формы фотонной эмиссии во времени.

Так как импульсное световое излучение горных пород в натурных условиях сильно зависит от их электрического возбуждения и интенсивности образования трещин при деформации от механического напряжения, способ позволяет обнаруживать зоны повышенного (опасного) давления.

Изучение интенсивности триболюминесценции, зависящей как от хрупких и прочностных свойств горных пород, так и от испытываемых ими нагрузок, может быть использовано при изготовлении аппаратуры для прогнозирования удароопасности массива в натурных условиях.

Исследованы частоты 45-6240 нм, пригодные для предсказания горного удара.

Освещенность относит.единицы

Освещенность относит.единицы

Рис. 1. Счетные и токовые рабочие характеристики фотоэлектронных
умножителей: 1 - ФЭУ-83; 2 - ФЭУ-112.

Рис.2. Фотографии феномена свечения при разрушении методом
диаметрального сжатия керновых образцов горных пород:

а- песчаника (Анжерское месторождение); б - мрамора и в - гранита (Берикульское месторождение); г - при разрушении методом трения керновых образцов магнетитовых руд (Таштагольское месторождение).

Рис 3. Форма осциллограммы импульса фотонной эмиссии, сопровождающей

раскалывание хрупкого кернового образца кварцита

t_п.= 2Ч10 ^-4 с - передний фронт;t_р.= 10 ^-3 с - время релаксации; А = 3,5 В.

(Осциллограф С8-13, ФЭУ-83).