ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Цель - оценка прогнозных характеристик массивов горных пород методом фотонной эмиссии (ФЭ) для определения их динамических состояний.

В образцах, вырезанных из массива, происходят быстрые процессы изменения плотности, прочности, цвета, превращения химических связей, уменьшения потенциальной энергии всех уровней. Часть массива, соответствующая по своему объему размеру образца участвует в натурных условиях в строении Природы, то есть взаимодействует с окружающей средой основными силами. В описании связанных компонентов массива должны использоваться только физические величины и процессы, исследованные в натурных условиях.

Измерения параметров фотона не влияют на параметры натурных процессов, так как фотон нейтрален к излучившей его среде.

Интенсивность излучаемого потока фотонов пропорциональна плотности мигрирующих квантов энергии (возбуждений) в массиве, для характеристики динамического состояния массива существенно, что регистрируемые фотоны неотличимы по величине энергии от первичных квантов, мигрирующих к обнажениям.

Экспериментально установлена последовательность заселения возбуждениями (потенциальной энергией) уровней атомов, происходящая в направлении от внешних уровней к внутренним уровням, а атомов - в направлении от меньших номеров к большим. Это объясняет раздавливание дайк и менее прочных пород штоком после проведения массовых взрывов при рассматривании химического состава руд, сиенитов и диоритов: состав руды отличается содержанием атомов с большими номерами, способными накапливать большую энергию.

Измерениями с поверхностей горных выработок и скважин установлено, что величина фотонной эмиссии зависит как от величины горного давления, так и процессов миграции энергии в зоне повышенного давления относительно контура выработки в результате распределения энергии во времени. На величину ФЭ массивов пород вокруг выработок влияют близость очистного фронта и активность ведения горных работ. Схема по определению расстояния от обнажения выработок до максимума зоны опорного давле­ния различными методами приведена на рис. 1.

С увеличением глубины нахождения горизонтов растёт величина горного давления, а вместе с тем и интенсивность ФЭ.

Результаты экспериментов с целью выяснения средних значений параметров ФЭ на разных горизонтах представлены графически на рис. 2. Экспериментально полученная зависимость показывает, что с увеличением глубины горизонтов растёт величина ФЭ, но она имеет примерно одинаковые средние параметры по мощности, амплитуде и числу импульсов в единицу времени на каждом горизонте. Импульсное излучение характеризует динамическую активность массива в виде интенсивного трещинообразования и разрушения.

Величина ФЭ на горизонтах оценивалась по средней мощности постоянной составляющей светового излучения. Для оценки степени удароопасности пород изучалось также среднее фоновое излучение массивов, находящихся в статическом равновесии. Исследовалась зави­симость параметров ФЭ от глубины скважин. В среднем на глубине 0,9-1,6 м интенсивность излучения несколько возрастает, что соответствует положению максимумов зон опорного давления. Зависимость средней величины ФЭ от глубины скважины показана на рис. 2в. Часто величина ФЭ имеет второй небольшой максимум у самого устья скважины. Это, вероятно, связано с более активной релаксацией потенциальной энергии напряжённого массива у поверхностей выработок.

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 материи.

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

Рис. 1. Принципиальная схема к определению расстояния от обнажения выработки:

расстояние до максимума опорного давления разными методами - х ₁ и методами фотонной эмиссии - х ₂; 1 - горная выработка; 2 - распределение напряжений в зоне опорного давления; 3 - распределение числа дисков с одного метра скважины; 4 - распределение электросопротивлений; 5 - распределение скоростей сейсмических волн;
6 - распределение усилий вдавливания индентора в забой и стенки скважины; 7 - распределение фотонной эмиссии; 8 - скважина

Рис. 2. Экспериментальные исследования свойств фотонной эмиссии:

а - определение зависимости ФЭ от величины горного давления и направления миграции энергии в процессе ее распределения во времени вдоль скважины, 1-Ф _е и 3- r; через 5 часов, 2-Ф _е и 4- r, СЗПШ гор. -140 м;

б - зависимость интенсивности ФЭ от глубины нахождения горизонтов;

в - изменение интенсивности ФЭ по длине скважины; 1 - разгруженного массива; 2 - нагруженного массива.