ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

В настоящее время, процессы горного давления оцениваются приближенно по результатам производимых ими разрушений и сейсмических эффектов, то есть после динамического проявления массива.

При хрупком разрушении горных пород наблюдаются эмиссионные процессы. Низкочастотное электромагнитное излучение (от десятков герц до десятков мегагерц) происходит согласно известным представлениям, главным образом, благодаря перемещению дислокации, их торможению вблизи препятствий, ускорению зарядов, ускорениям тре­щины в процессе её устойчивого развития.

Высокочастотное излучение в диапазоне длин волн от 10 ^-6 до 10 ^-11 м возможно только возбуждёнными атомами при переходе электронов с более высших орбит на более низшие. Возбуждаться атомы могут при нагревании, облучении, химической реакции, воздействии электрическим током и механическом воздействии.

Электромагнитное излучение в радиодиапазоне возникает за счёт колебания свободных зарядов в кристаллической решётке минералов. Возбуждение зарядов происходит под действием колебаний ионов решётки при её деформировании.

Оптическое излучение обусловлено изменениями состояния электронов, находящихся на внешней электронной оболочке. Атомы с избытком или с недостатком внешних электронов представляют ионы. Поэтому возбуждённые ионы имеют оптический спектр излучения. Возбуждение электронов атома вызывает излучение в диапазоне ультрафиолетового света. Чем ближе электрон к ядру, тем выше излучаемая им при переходах частота и сильнее связь с ядром, рис. 1.

Рентгеновское излучение исходит из внутренней ближайшей к атомному ядру электронной оболочки, что подтверждается высокой частотой излучения. Диапазон энергий квантовых состояний электро­нов, соответствующий рентгеновскому излучению, составляет (5,976Ч10 ^-16ё8,187Ч10 ^-14 Дж).

Рентгеновские спектры атомов с увеличением их порядкового номера сдвигаются в сторону более высоких частот и в отличие от оптических спектров не проявляют периодических изменений.

В породах, включающих радиоактивные элементы, существует гамма-излучение, которое возникает в процессе естественного распада этих элементов. Гамма-кванты, сталкиваясь с молекулами воздуха и атомами пород на берегах трещин, выбивают из них световые фотоны.

В горных выработках в условиях динамических проявлений массива пород регистрируется выше перечисленный диапазон частот фотонной эмиссии. Излучение наблюдается и при относительно равновесном спокойном состоянии массива. Оно связано с процессами образования микротрещин на поверхностях пород, релаксацией возбуждённых кристалликов минералов и отдельных атомов химических элементов.

В зависимости от степени деформирования массива и возбуждения атомов пород свет может испускаться отдельными фотонами, импульсами-пачками фотонов и непрерывным потоком фотонов, рис. 1.

При образовании микротрещин, в зависимости от их величины, излучаются импульсы, состоящие из фотонов различной интенсивности. Релаксация элементарных возбуждений, возникающих в нагруженном массиве при больших давлениях, сопровождается непрерывным потоком фотонов, рис. 2.

В создании свечения, вызываемого хрупким разрушением пород, участвуют процессы нескольких видов свечений: трибо-, электро-, катодо- и хемилюминесценции. Общее свечение пород и руд представляет механолюминесценцию,

Величина фотонной эмиссии, регистрируемая в натурных усло­виях, составляет 10 ^-15ё10 ^-12 Вт. Но она возрастает на много порядков во время горных ударов. Причем, если ЭМИ пород включает широкий спектр частот радио- и оптического диапазонов, то при динамических проявлениях массива появляются излучения также высокочастотных диапазонов, рис. 1.

В процессе образования трещин в массиве горных пород их свежие поверхности вначале имитируют электроны высоких энергий, которые могут ионизировать молекулы газа или атомы противоположных бортов, переводя их электроны на более высокие энергетические уровни. При последующем переходе удалённых от ядра электронов на освободившиеся уровни испускаются кванты, длины волн которых со­ставляют широкую область, включающую рентгеновский диапазон.

Регистрируемые в подземных рудных шахтах процессы фотонной эмиссии с поверхностей нагруженных горных пород, залегающих во­круг выработок, относятся к вынужденному излучению.

Действие любого вида энергии в массивах горных пород - грави­тационной (тектонические процессы, давление выше лежащих слоев пород), тепловой (взрыв ВВ), механической (ударные волны), электро­магнитной (излучение силовых электрических кабелей) - приводит к изменению расстояний между ионами в минеральных частицах и це­ментирующем их веществе. Основная доля массы вмещающих пород и руд приходится на химические элементы с номерами от 8-го до 30-го. Элементы с большими номерами вплоть до атома урана входят в виде включений и составляют в среднем 5-8 % от общей массы.

Рис. 1. Измерения интенсивности фотонной эмиссии во времени:

а - микросиениты, х = 1 м, орт 23, гор. -210 м;

б - дайка диорит порфиритовая, х = 1,2 м,

разведочная выработка, репер № 679, гор. -140 м;

в - руда, х = 2,5 м, блок 21, западный борт, гор. -210 м.

Рис. 2. Изменения интенсивности ФЭ по замерам,
проведенным 1 - 19.03.88, 2 - 18.03.88, 3 - 24.03.88, 4 - 23.03.88
по скважинам 2, 3 и 4, пробуренным в северном борту орта 9, гор. -210 м.