ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Волновое число спектральной линии для любых атомов, ионов или молекул вычисляется как разность двух спектроскопических термов Т:

n¹ = Т _m- T _n

где n^{1 -} волновое число.

Причем, в пределах одной серии величина Т _m постоянна. Каждый атом имеет определенное значение термов, которые могут относиться ко многим сериям. Разность двух термов определяет волновое число одной спектральной линии (комбинационный принцип Ридберга-Ритца). Для данных атомов характерны не столько частоты спектральных линий, сколько спектроскопические термы. Одной из важнейших задач исследования структуры атомов явилось выяснение физического смысла термов, что позволила сделать квантовая теория. Спектроскопический терм есть мера энергии атома в определенном состоянии.

Оптические спектры (видимого света, ультрафиолетового и инфракрасного излучений) дают информацию о внешней области электронной оболочки атома, а рентгеновские спектры - о строении внутренних оболочек. Вещество излучает, если его атомы получают энергию, достаточную для их возбуждения. Энергия возбуждения высвечивается в виде излучения фотона. Обычно возбуждение возникает в результате соударения атомов, при их столкновениях с электронами, при поглощении света, химических реакциях.

Квантовая интерпретация спектроскопических термов позволила сделать спектральные исследования важнейшим средством изучения структуры атома: по изменению состояния атомов можно судить о структуре электронных оболочек. В результате соударений атомов электроны переходят на орбиты с более высокими квантовыми числами, а затем непосредственно или через ряд промежуточных переходов возвращаются с них на наиболее низкую орбиту. Энергия возбуждения излучается в виде света или передается другим атомам путем соударений в виде равного по величине кванта энергии.

Величина максимальной интенсивности ФЭ характеризует глубину заполнения возбуждениями атомных уровней и позволяет определять диапазон уровней энергии связи для расчета энергетических параметров потенциальной геомеханической энергии.

Из анализа результатов экспериментальных и теоретических исследований следует, что различные диапазоны фотонной эмиссии сопровождаются эмиссией определенных заряженных частиц.

Регистрируемый диапазон энергий оптических фотонов, соответствующий химическим связям, составляет 1,0-12 эВ. Расчетный диапазон квантов энергии химических связей и связей валентных электронов с ядрами равен 0,19874-27,22738 эВ. При насыщении энергиями связей валентных электронов происходят разрывы химических связей. При этом в поле их излучения появляются диспергированные заряженные частицы, ионы и электроны с соответствующими энергиями. При насыщении энергиями связей внутренних и ближних к ядру электронов излучаются фотоны ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов и в их поле появляются электроны с соответствующими диапазонами энергий 27,22738-3,73015 Ч10 ³ эВ и 3, 73015 Ч10 ³-5,11031 Ч10 ⁵ эВ. При электрическом возбуждении протонов излучаются гамма-кванты с энергиями, относящимися к диапазону 6,84828 Ч10 ⁶-0,93800 Ч10 ⁹ эВ, и выбрасываются нейтроны.

Геофизические исследования параметров геоэмиссии, размеров, расстояний взаимодействий и энергий связи микро- и макрокомпонентов массивов пород в натурных условиях Таштагольского и Константиновского месторождений, выполненные при решении проблем строения и состояния компонентов литосферы, а также задач прогноза горных ударов, имеют определенные погрешности измерений.

Расхождение результатов сопоставительных измерений:

Выполненных с поверхностей неосвещенных горных выработок методом телескопического обзора в ультрафиолетовом диапазоне частот и методами регистрации искусственного (дипольного электромагнитного профилирования) и естественного электромагнитного излучений не превышает 3, 5-5 %;

Выполненных с поверхностей скважин методом ФЭ и каротажа сопротивлений в опережающих скважинах, пробуренных в забоях выработок, находящихся в проходке, а также по всем имеющимся скважинам на участках исследований методом подземного электрометрического зондирования составляет около 2,1-3,0 %.

Совпадение результатов сопоставительных измерений методами ФЭ с поверхностей скважин и дискования керна составляет 99,8 %.

Расчетные параметры фотонной эмиссии и энергетических характеристик горных пород получены на ЭВМ-ЕС 1022 по программе, составленной на языке ФОРТРАН. Расчеты фотонной эмиссии, параметров строения и состояния компонентов литосферы Земли выполнены по программе А SD.

Регистрация информации выполнялась с помощью измерителей фотонной эмиссии в диапазоне частот 100…1200 нм. Эмиссия фотонов в данном диапазоне непосредственно связана с деформированием и разрушением пород. Регистрируемые фотоны не активны по отношению к окружающей среде. Измерения ультрафиолетового света (160-300 нм), излучаемого поверхностями выработок, видимого и инфракрасного света (400-1200 нм), излучаемого поверхностями скважин, в режиме счета импульсов без сложной обработки результатов позволяют оценивать состояние участка массива пород в течение 15 мин. Использование метода фотонной эмиссии по сравнению с базовым методом электрометрии при выполнении текущего контроля состояния массивов вокруг горных выработок позволяет сокращать время и количество людей на проведение операций прогноза. Экономический эффект за счет безопасного ведения горных работ и снижения материальных затрат на проведение текущего контроля составляет 11 тыс. руб. на один прибор (цена 1988 г.).

Величина полезного сигнала позволяет проводить измерения на более грубых пределах чувствительностей приборов и полностью подавлять белый шум их электрических схем и помехи, создаваемые явлением естественной радиоактивности. Измерители мощности (амплитуды импульсов) приборов градуировались с помощью измерителя средней мощности и энергии лазерного излучения ИМО-2Н. Приборы ИФЭ-1 и ИФЭ-2 аттестованы в Восточном научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности и прошли промышленные испытания. Опытный образец прибора ИФЭ-1 в 1991 г. прошел межведомственные промышленные испытания в условиях шахты Таштагольского рудоуправления с положительной оценкой. Приборы и способы нового бесконтактного геофизического метода прогноза степени удароопасности массива по фотонной эмиссии горных пород защищены авторскими свидетельствами №№ 1460257, 1452983, 1552722 и другими. Датчики применяются не в обводненных породах с предельной прочностью 8-10 МПа и более.

Общая длина исследованных горных выработок с 1984 по 1990 годы составляет около (3,3 ё3,5) Ч10 ⁴ м.

Реализация работы. Результаты научных исследований и практические рекомендации, разработанные автором, используются на Таштагольском удароопасном месторождении, в котором внедрены «Способ предупреждения горных ударов и внезапных выбросов при ведении горных работ» по авторскому свидетельству № 1276829, измеритель фотонной эмиссии ИФЭ-1 и «Методика оценки степени удароопасности массива по фотонной эмиссии горных пород». При уточнении степени удароопасности участков массива в сложных горнотехнических условиях используются «Программы вычислений энергетических состояний пород и их фотонной эмиссии».