ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Напряженное состояние массивов пород обусловлено местоположением месторождения в системе «Земля». Напряженное состояние Земли как планеты по данным А.В. Пейве, А.И. Суворова и других существует постоянно и повсеместно. При этом, на первое место ставится тангенциональное сжатие в земной коре, свойственное Земле как космическому телу. Напряжения в земной коре едины как для коры, так и для мантии в связи с тем, что они вызваны планетарными причинами.

Строительство и эксплуатация подземных шахт на больших глубинах сопряжены с дополнительными материальными затратами и опасностью для жизни горнорабочих в связи с динамическими явлениями в рудниках, как горные удары и внезапные выбросы пород. Проблема имеет народнохозяйственное и социальное значение.

Потенциальные энергии в массивах могут возрастать на 5-6 порядков. Горные породы в отличие от образцов испытывают всенаправленное сжатие и участвуют в строении Природы. Горное давление складывается из вертикального давления Рв = gН, боковых давлений, связанных с тектоническими процессами, которые в некоторых местах превышают вертикальное давление до 5 раз.

Интенсивность фотонной эмиссии в основном зависит от величины испытываемых нагрузок исследуемым участком массива горных пород, а также от глубины шахты интенсивности ведения горных работ, в особенности в выработках вокруг очистной зоны. Измерениями в скважинах установлено, что по максимуму фотонной эмиссии можно обнаружить максимум концентрации механических напряжений. Отмечено, что зона опорного давления вокруг выработок в условиях шахты Таштагольского РУ находится на глубине 0,9 ё 1,6 м от их контуров.

Экспериментально, путем сравнительных измерений, найдены величины критериев степени удароопасности участков массива пород, которые уточнены в ходе промышленных испытаний приборов и проверок способов измерений. С использованием значений критериев прогноза удароопасности массива и характерных размеров выработок построены номограммы для оценки степени удароопасности участков пород. Скорость счета и её отличия по категориям позволяют выполнять оперативный прогноз состояния массивов в виду визуальной обозреваемости интенсивности критической информации, которая нейтральна по отношению к окружающей среде в скважине, а поэтому помехоустойчива. По результатам натурных проверок и промышленных испытаний приборов составлена «Методика оценки степени удароопасности массива по фотонной эмиссии горных пород».

На основе выполненных исследований установлена возможность применения детекторов в системах контроля состояния массивов пород вокруг горных выработок (с использованием волоконных световодов и светотехники), а также в системах управления состоянием массива пород вокруг выработок электроимпульсным методом с автоматическим выбором экономного режима работы, схемы которых защищены авторским свидетельством.

На основании исследований в подземных выработках глубоких рудников энергий связи, размеров и расстояний взаимодействий компонентов массива до и после горных ударов, проведения массовых взрывов ВВ, в периоды землетрясений и при их состояниях с первой категорией удароопасности установлено, что прочности атомов, минеральных частиц и микро- и макроблоков можно описывать одним уравнением вида , табл. Прочность равна:

,

где s - механическая прочность горных пород (или компонента); Е - энергия связи атомов (или компонентов); b = 1, 2, …, 136 - возможное число состояний компонента; b_м = 137; k - номер диапазона компонента; m _e - масса электрона; с - скорость света в вакууме; r - радиус компонента ( , r _e - радиус электрона; k - номер диапазона); К _с.о. - коэффициент структурного ослабления (для вмещающих пород Горной Шории К _с.о.» 40…200).

Прочность компонентов с увеличением их размеров уменьшается. При экстремальных давлениях прочности всех компонентов увеличиваются за счет превращения ионных связей в ковалентные, увеличения атомных связей при сокращении расстояний между ними. «Устойчивость горной выработки» характеризуют размеры и прочности блоков. Устойчивость поверхности выработки на определенном участке выше, если размер блока превосходит в 2-3 раза размер сечения выработки. Выработки менее устойчивы и не устойчивы, если они проходят сквозь блоки, размеры которых меньше или близки к размерам сечения выработки, тем боле, если блоки сложены из слоистых или не плотных пород.

Параметры энергий связи и расстояний взаимодействий являются также основными параметрами для прогнозирования степени удароопасности компонентов массива. Регистрация информации ведется на фиксированных частотах, что освобождает от помех при измерениях в радиочастотном диапазоне 1-120 кГц.

Вместо геомеханического напряжения s (Па) используется объемная плотность энергии Е (Дж/м ³), вместо расстояния х (м) - расстояние взаимодействий l (м), причем Дж/м ³ = Н Чм/м ³ = Н/м ² = Па. Приведенные замены позволяют теорию массива описывать в рамках единой теории массива.

Дискретность величин информации удобна, для ее цифровой передачи в системах контроля горного давления с применением кабелей связи из волоконных световодов.

Таблица

Физико-механические характеристики компонентов литосферы Земли