ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Цель - установление связи различных диапазонов ЭМИ с различными стадиями разрушений массивов горных пород и влияния гамма- излучений на величину интенсивности оптического диапазона ЭМИ.

При разрушении горных пород наблюдаются эмиссионные процессы, связанные с излучением ЭМИ в широком диапазоне частот. 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 ^-66 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.

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 (5,976 Ч10 ^-16ё 8,187 Ч10 ^-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.

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.

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.

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.

Исследования гамма-излучения урановой руды при перемещении окна датчика параллельно поверхности на расстоянии около 5 см от нее показывают, что величина максимального излучения более 8 Ч10 ^-9 Кл/кг. Эффект гамма-помех заключается как в их величине, так и в неравномерности излучения от точки к точке (ДРГЗ-02, Артемовское РУ). Измерять световое излучение в данных условиях не рекомендуется. Однако исследования гамма-помех в условиях Таштагольского рудника, где средний уровень их не превышает 2 Ч10 ^-9 Кл/кг, привели к убеждению, что параметры регистрируемого свечения горных пород на фоне естественного гамма-излучения достоверно характеризуют НДС исследуемых массивов горных пород.

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

Естественные и техногенные процессы, создающие геомеханические напряжения в массивах горных пород, приводят к изменению расстояний взаимодействий и энергий связи между компонентами.