ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Частное техническое решение, имеющее самостоятельное значение.

Действие силы любой природы на массивы горных пород - гравитационной, электрической, ядерной в конечном итоге приводит к изменению расстояний между атомами в минеральных частицах и цементирующем их веществе. Атомы могут находиться лишь на дискретных расстоянияхl₁,l₂,l₃, ... с дискретными значениями энергий Е, Е, Е, ...

Если на ион, находящийся в возбужденном состоянии, действует внешняя миграция квантов энергии, то возникает вынужденный переход в основное состояние с испусканием кванта той же энергии. Возникающее в результате подобных переходов излучение на обнажениях пород представляет вынужденную геоэмиссию фотонов. Для характеристики состояний массивов горных пород существенно, что регистрируемые вторичные фотоны неотличимы по величине энергии от первичных квантов, мигрирующих к обнажениям.

Нагружение участка массива горных пород может осуществляться за счет притока механической энергии, переносимой волновыми процессами и процессами миграции возбуждений. По этой причине, породы, состоящие из атомов с меньшими номерами, раньше оказываются на уровне своих возможных предельных значений энергии. Это играет существенную роль при раздавливании, например, рудным штоком сиенитовых прослоек или дайк. Поскольку для руды данный уровень энергии не является предельным, то накачка в руде продолжается, что и приводит к динамическому проявлению в виде выброса или горного удара массива менее прочных пород, все ионы которых возбуждены.

При медленном механическом нагружении пород в натурных условиях наблюдается последовательность в порядке возбуждения, процесс которого совершается в направлении от уровней с меньшей энергией к уровням с большей энергией. Механическое воздействие связано с изменением межионных расстояний. Сначала нарушается имеющееся равновесие слабо связанных ионов, na, s и других, затем ионов с более сильными связями - Тi, mn, fe, co и других элементов. Увеличение амплитуды колебаний ионов приводит к их столкновениям, при этом осуществляется передача квантов энергии (0,014-0,197 эВ), которая при достижении величины 0,197 эВ и более приводит к возбуждению внешних электронов. Закономерность квантования энергий связи и расстояний между частицами обуславливает возможность обмена энергией и ее перераспределения между реально существующими микро- и макрочастицами в массиве горных пород. На рис. 1 приведены значения энергий связи химических элементов, соответствующие процентному содержанию минералов, составляющих породы Горной Шории, а также значения длин волн, излучаемых ими фотонов.

При нагружении массива частота ФЭ горных пород возрастает, что характеризует процесс заполнения возбуждениями атомных уровней. На обнажениях пород происходит обратный процесс: релаксация возбужденных уровней и высвечивание.

Сначала определяют минеральный и химический составы исследуемого участка массива. По периодической системе элементов Д.И. Менделеева определяют валентность, относительную атомную массу и заряд (атомный номер) элементов. Определяют удельную энергию возбужденных энергетических уровней химических элементов, табл. 1 - табл. 2. Далее, регистрируют диапазоны частот ЭМИ с поверхностей выработки и скважины до глубины в 10 м методом ФЭ. Удельную энергию элементарных возбуждений определяют по энергиям регистрируемых с единицы поверхности пород фотонов с граничной частотой. Удельные энергии используют для определения объемных плотностей потенциальных энергий деформируемых участков массива пород, очагов горных ударов.

Как показали многочисленные экспериментальные исследования, каждому диапазону уровней энергии соответствует свое динамическое состояние массивов пород. В работе использованы также результаты измерений, выполненные до и после горных ударов и массовых взрывов и в периоды землетрясений.

Наибольшая потенциальная энергия в период землетрясения мощностью 4,5-5 баллов, определенная с помощью прибора ИФЭ-1 при измерении с поверхности скважины, пробуренной по руде в северном борту орта 9 гор. -210 м, составила 4,97Ч10 ¹⁰ Дж/м ³.

В горных породах атомы находятся на дискретных расстояниях с дискретными значениями энергий. Регистрируемая скорость прохождения потока фотонов на обнажениях пород пропорциональна плотности распространяющихся квантов энергии в массиве. Сумма энергий возбуждений участка массива характеризует его потенциальную энергию.

Равенство энергий фотонов с граничной частотой и энергий соответствующих основных уровней атомов с учетом правил строения и состояния атомов позволяет описывать энергетические характеристики массивов пород.

Преобладание определенных диапазонов излучаемых частот связано с различными стадиями процесса разрушения горных пород. Чем меньше размеры компонентов, тем больше их прочность и более высокие частоты они излучают при разрушении. Повышение нагрузки на массив одновременно с увеличением частот излучаемых фотонов сопровождается превращением связей химических элементов, составляющих породы, в частности, увеличением ковалентных связей за счет уменьшения ионных. Подобные преобразования химических связей приводят к увеличению прочности пород и накапливанию ими еще больших потенциальных энергий.

Рис. 1. Распределение средних значений энергий химических связей и
соответствующих им длин волн ФЭ элементов, составляющих породы Горной Шории:

1 - сиениты, микросиениты и сланцевые туфы, 2 - диорит-порфириты,
3 - скарны эпидот-гранатовые, 4 - магнетитовые руды

Таблица 2

Энергия основных уровней электронов в атомах,
входящих в состав исследованных горных пород ( = 8-30)

Таблица 3

Параметры объемной плотности потенциальной энергии и фотонной эмиссии
участков массива горных пород при различных стадиях из разрушения