ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

С целью определения механических характеристик горных пород разных месторождений проведены исследования параметров электромагнитного излучения при хрупком разрушении их образцов.

Разрушение образцов горных пород осуществлялось методом диаметрального сжатия, поскольку при этом трещины выходят на плоские поверхности дисковых и цилиндрических керновых образцов, что удобно для регистрации фотонной эмиссии (ФЭ) при фронтальном положении плоскости торца образца относительно окна детектора, чувствительным элементом которого является фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), (А.С. Денисов. Квантово-физическая теория строения и геодинамического состояния компонентов литосферы Земли. - Кемерово: КузГТУ, 1998. - 164 с.).

Лабораторные измерения в режиме счета фотонов выполнялись с помощью ФЭУ-83, ФЭУ-142 (100-1200 нм) и электронного счетчика регистратора, а в токовом режиме - микроамперметра.

В качестве объектов исследований были отобраны образцы горных пород различных месторождений:

1. Таштагольского (железная руда, скарны, диориты, порфириты, туфы и сланцы);

2. Берикульского (гранит, гранодиорит, порфирит, диорит-порфирит, скессартит, плагиоклаз-порфирит, габбро-диабаз, диабаз, рудный порфирит, мрамор);

3. Анжерского (песчаник, алевролит, аргиллит);

4. Константиновсого (кварцевый диорит, кварцевый диорит-руда, габбро-диабаз, доломит, мраморизованный известняк, кальцит);

5. Соликамского (галит, сильвинит, карноллит);

6. Талнахского (кубанитовая руда, халькопирит-пирротиновая руда, моихукитовая руда).

Графики ФЭ представлены на рис. а.

При разрушении прочных образцов магнетитовых руд, гранита, габбро и других ФЭ начинается при достижении действующей нагрузки, равной 0,7-0,9 предельного значения, далее световая вспышка (наблюдаемая визуально в измерительной камере) синхронна одноактному раскалыванию образца. При повышении действующей нагрузки до разрушения образца повышается и световая энергия. Суммарная энергия ФЭ на несколько порядков больше, чем энергия, выделяющаяся при разрушении осадочных пород. Это отражает способность крепких образцов пород накапливать больше энергии без интенсивного предварительного накопления трещин.

Поскольку наибольшая часть светового излучения приходится на момент появления магистральной трещины, то максимальная энергия (или мощность) излучения такого одиночного импульса при хрупком разрушении характеризует потенциальную удароопасность пород.

Для осадочных пород алевролитов, аргиллитов, а также мраморов и солей характерна большая деформация и ее последовательное развитие, что указывает на дисперсное, рассеянное разрушение за счет большого количества трещин сдвига. Накопленная энергия расходуется за счет многократного выделения мелкими порциями в течение почти всего периода нагружения, рис. б.

Однако прочные песчаники по характеру разрушения и ФЭ близки к железным рудам и гранитам. В мраморах слюдяные пленки создают системы скольжения, которые способствуют микро сдвигам, рис. б.

Руды цветных металлов менее прочны, чем железные руды и соответственно имеют меньшую по величине ФЭ, что объясняется различием свойств их атомов.

Атомы железа образуют прочные связи, и при деформации ячейки кристаллических решеток не «плавают», как ячейки цветных металлов (свойство «текучести» или ковкости при деформации), так как свободных электронов мало для образования «смазки».

В рудных образцах излучение света в оптическом диапазоне частот сопровождает развитие магистральной трещины и заканчивается по окончании разрушения.

В осадочных породах чередующиеся вспышки света соответствуют образованию многочисленных трещин, и свечение продолжается в течение всего процесса деформирования и разрушения.

Рис. Средние значения зависимости мощности излучения ФЭ

от прочности образцов пород при их разрушении:

а) 1 - Таштагольского, 2 - Берикульского,

3 - Константиновского месторождений и

4 - Анжерского месторождения.

б) 1 - мрамора и 3 - гранита Берикульского и

2 - сиенита Таштагольского месторождений.