ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

На основании многолетних исследований процессов геоэмиссии вокруг горных выработок в условиях эксплуатации подземных рудников на больших глубинах установлены в рамках физической теории единой материи фундаментальные зависимости между геометрическими и энергетическими величинами регистрируемых фотонов и соответствующими величинами излучающих их деформируемых и разрушаемых компонентов массива, а также установлены методы расчета энергии связи и радиусов взаимодействий компонентов массива, с использованием которых определены прочности компонентов горных массивов и коэффициенты структурного ослабления горных пород.

Прочности естественных твердых тел, проявляющиеся при их деформировании и разрушении, изучались с древнейших времен в связи с использованием природного камня для строительства жилищных, фортификационных и других видов сооружений (возведение жилых зданий в горах, прохождение тоннелей и штолен, строительство горных дорог с высокими бортами, метрополитенов под крупными городами, глубоких подземных шахт, рудников и т.п.). При этом происходило изменение научных представлений о прочности образцов твердых тел и прочности природных тел. Любой компонент в пределах своего диапазона может иметь от одного до 136 связей с другими компонентами b = 1, 2 …, 136, то есть иметь от одного друзья 136 состояний, 137 квантом является энергия покоя самого компонента. Постоянные a^-1 и b являются естественными безразмерными величинами и обладают масштабной (относительной) и зарядовой (силовой) независимостью. Принципы квантовая одинаково справедливы для поля (фотона) и вещества (компонента), (Кемерово, ЦНТИ, ИЛ № 032, 2001; ИЛ № 018, 2001). Экспериментально установлено в натурных условиях, что по величинам длин волн фотонов, излучаемых компонентами, можно определить их размеры и расстояния взаимодействий l_ф/(2 p) = a^-1r _k = l (где l_ф - длина волны фотона, r _k - радиус компонента, l - расстояние взаимодействий), (патент РФ № 2159452).

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

s = ,

где v - объем компонента; k - номер диапазона; m _e - масса электрона; с - скорость света в вакууме, r _k - радиус компонента; r _e - радиус электрона.

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.

Известные способы определения прочности образцов твердых тел могут быть использованы в гражданстрое, машиностроении, металлургии и т.п.

Исследования механических свойств горных пород, проведенные за последние десятилетия в натурных условиях, показали их отличие от механических характеристик образцов твердых тел и горных пород, полученных в лабораторных условиях. В образцах, вырезаемых из массива, происходят быстрые процессы изменения плотности, прочности, цвета, превращения химических связей (ковалентных в ионные), уменьшения потенциальной энергии всех уровней.

Часть массива, соответствующая по своему объему размеру образца в естественных условиях, взаимодействует с окружающей средой.

Исследования геоэмиссии - излучения фотонов, сопровождаемого эмиссией нуклонов и электронов, диспергированием частиц, стрелянием и выбросом кусков пород, являющихся квантами соответствующих уровней диапазонов физических полей, выполнялись в условиях от спокойного состояния массивов в зоне отстаиваемых выработок до их состояния при разрушении тектоническими силами и технологическими взрывами ВВ с применением измерителей фотонной эмиссии в радиодиапазоне ЕГ-6 (ВНИМИ) и РВИНДСа (лаборатория ЭДИПТПИ), в оптическом - ИФЭ-1М и ИФЭ-2М (КузПИ), в c- и g- диапазонах - ДРГЗ-01 и ДРГЗ-02 (ПО «Изотоп», Свердловская обл.). Регистрация информации производилась в режиме счета фотонов, импульсов и в токовом режиме в единицах мощности излучения , градуировка последней выполнена с помощью измерителя средней энергии и мощности лазерного излучения ИМО-2Н.

Оптические датчики снабжены механическими устройствами для регистрации информации с определенной величины площади поверхности горной выработки.

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 и близки к размерам сечения выработки, тем более, если блоки сложены из слоистых или не плотных пород.

Коэффициенты структурного ослабления равны К _с.о. = : магнетитовой руды - 30…40; скарнов - 40…80; диорит-порфиритов - 40…80; сиенитов - 80…120; габбро-диабазов - 90…130; сланцевых туфов - 140…220.

Прочности компонентов литосферы Земли составляют: атомов - 8,72 Ч10 ²⁹…1,81 Ч10 ¹⁹ Па; минеральных частиц - 1,81 Ч10 ¹⁹…7,04 Ч10 ¹² Па; блоков и плит - 7,04 Ч10 ¹²…2,00 Ч10 ⁴ Па;

В структурах естественных компонентов, взаимодействующие силы локализованы по стационарным уровням в диапазонах: в атоме электрон может взаимодействовать от одного до 136 другими электронами (протонами), в кристалликах (ячейках) атома также могут иметь от одного до 136 связей с другими атомами, в минералах подобным образом ведут себя кристаллические ячейки, в микроблоках - минералы и т.д.

Точность счетчиков и измерителей мощности излучения контролировалась с использованием источника g - излучения с известными параметрами:

Ф _еДж/с Ч( n фот/с) ^-1 = Е Дж/фот.

Определение в приведенных условиях энергий регистрируемых фотонов с помощью ИФЭ-1М и ИФЭ-2М, образцовых светофильтров и кварцевых, литиевых и других пластин производилось при малой интенсивности, которую устанавливают за счет выбора величины площади исследуемой поверхности породы.

Компонентами массива являются электроны, атомы, минеральные частицы, микро- и макроблоки, энергии связи и расстояния взаимодействий которых кратны друг другу при рассматривании материи вширь и дольны друг другу при рассматривании вглубь, что характеризует принципы заполнения компонентами объемов шахтного поля, месторождения.

Длины волн и радиусы компонентов отличаются друг от друга в 137 или a^-1 раз, что характеризует принцип деления пространства на диапазоны, механизм в иерархии размеров компонентов повторяется до мегаблоков, (патент РФ № 2159452).

С точки зрения прочности структур компонентов материи при разрушении ядер преодолеваются силы взаимодействия (энергии связи) между нуклонами, при разрушении атомов разрываются электровалентные (химические) и атомные связи между электронами и ядрами своих и соседних ядер, при разрушении кристалликов - между атомами и ячейками атомов, при локальном дроблении блоков на микроблоки - между минеральными частицами и мономинералами, …, при локальном дроблении плит - между мегаблоками.

Если при разрушении атомов внешними силами основную роль играют электрические силы связей между электронами и ядрами и превращения химических связей, при разрушении кристалликов участвуют еще и микродефекты, при разрушении минеральных частиц - поры и микротрещины, при разрушении микроблоков - системы микротрещин и трещин и т.п.

При увеличении размеров компонентов меняются длительности времени их взаимодействий от 10 ^-20 … 10 ^-10 с (электроны), 10 ^-9 … 10 ^-6 с (атомы) до 10 ^-5 … 10 ^-3 с (минералы) и 10 ^-2 … 0,1 с и более (блоки и плиты).