ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

«Результат выполнения научно-исследовательской работы».

Установка содержит «мягкий» механический пресс для раскалывания образцов методом диаметрального сжатия или методом растяжения, измерительную камеру и регистрирующую аппаратуру, рис.1.

Измерительная камера изготовлена из плотного светонепроницаемого материала. В средней части камеры диаметрально-противоположно друг другу закреплены диски, изготовленные из не магнитной нержавеющей стали. Камера устанавливается соосно пуансонам своими дисками. С одной стороны в камеру помещается датчик (объектив фотоаппарата, детектор). Камера резиновыми кольцами прижимается к корпусу датчика. Между металлическими дисками симметрично им помещается керновый образец, который разрушается методом диаметрального сжатия. Другой свободный конец камеры закрывается с помощью зажима или используется для другого измерительного прибора, а также для визуального наблюдения свечения, возникающего в момент разрушения образца. После этого во внутреннем пространстве камеры достигается полное затемнение.

Рис. 1. Схема установки для исследования
светового излучения образцов горных пород при разрушении
методом диаметрального сжатия:

1 - камера, 2 - металлические диски, 3 - резиновые кольца,
4 - зажим, 5 - резиновые прокладки зажима, 6 - металлическая сетка,
7 - фотоэлектронный умножитель, 8 - измеритель фотонной эмиссии,
9 - верхний и нижний пуансоны, 10 - образец горной породы.

При исследовании электрических величин на камеру надевается металлическая сетка для экранирования от внешних помех и заземляется.

Исследование зависимости интенсивности фотонной эмиссии (ФЭ) от механических свойств различных горных пород разных месторождений было проведено в лаборатории физики горных пород КузГТУ. Образцы размерами 59ґ59, 59ґ30, 59ґ20, 59ґ15 и 42ґ42, 40ґ30, 40ґ20, 40ґ10 мм в виде цилиндров и дисков изготовлялись из кернов.

Основные экспериментальные результаты средних значений исследованных величин приведены на рис. 2. Величины интенсивности ФЭ расположены в порядке перечисления типов пород месторождений: 1. Таштагольского (магнетитовая руда, скарн, сиенит, диоритовый порфирит, сланцевый туф; 2. Берикульского (гранит, порфирит, диабаз, порфирит - руда и мрамор); 3. Анжерского (песчаник, алевролит, аргиллит); 4. Артемовского (кварцевый диорит, кварцевый диорит-руда, габбро-диабаз, доломит, мраморный известняк и кальцит).

Исследованиями параметров ФЭ большого количества образцов горных пород как рудных, так и угольных месторождений установлено, что световое излучение синхронно с процессом образования и развития магистральной трещины отрыва и охватывает область оптического спектра 6240 - 45 нм. Излучение наблюдалось практически у всех исследованных образцов хрупких горных пород.

Энергия межатомных связей в плоскости разрыва, приходящаяся на единицу площади, прямо пропорциональна пределу прочности раскалываемой породы. Интенсивность ФЭ связана с количеством ионов и с числом разрываемых атомных связей. Разрушение образца горной породы представляет процесс кинетического накопления разорванных связей и их ассоциатов (дефектов) под действием геомеханической нагрузки, критическое значение которой приводит к разрушению образца.

Однако, имеются существенные отличия в механизмах разрушения массивов от разрушения образцов пород, которые приведены в результатах исследований.

Теоретические исследования и лабораторный эксперимент в обобщенном виде помогают избегать грубых ошибок на начальном этапе шахтных исследований.

Рис. 2. Диаграммы средних значений:

а- свечения и б - пределов прочности
горных пород разных месторождений:
1 - Таштагольского; 2 - Берикульского; 3 - Ажерского, 4 - Артемовского.