ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Цель - определение закономерностей изменения величины мощности фотонной эмиссии от процентного содержания минералов в горных породах разных месторождений полезных ископаемых.

Руды цветных металлов выделяются слабым свечением, как кварцевые диориты и порфириты. Цветные металлы входят в виде вкраплений во вмещающие породы, химически чистые зёрна, сохраняя свою структуру, могут деформироваться за счёт скольжения кристал­лических ячеек. В них сказывается «электронная смазка». На линиях трещин магматических пород с содержанием цветных металлов такие зёрна не способствуют накоплению электрической энергии и искрению. Разрыв ковалентных связей кристаллов при разрушении пород с содер­жанием цветных металлов не накапливает центры свечения, как в поро­дах, содержащих железо, или в породах без металлических включений. Большая проводимость и пластичность цветных металлов, их слабая химическая связь с остальной породой и «электронная смазка» создают в местах вкраплений зоны, обладающие способностью поглощения энергии. При раскалывании образца вкрапления, например золота, ос­лабляют его прочность.

Рудные кварцевые диориты и порфириты также имеют широкий диапазон прочностных свойств и интенсивностей ФЭ, в данном случае величина ФЭ зависит от предела прочности. Это отмечается при срав­нении графиков на рис.

Графики на рис. б характеризуют средние значения интенсив­ности ФЭ месторождений соответственно: б - Таштагольского, г - Берикульского, в - Константиновского и а - Анжерского. Отобранные образцы представляют вмещающие породы данных месторождений. Содержание железа в руде в среднем может меняться в пределах от 18 % до 68 %. Содержание минералов в породах не меняется в таком большом диапазоне, кроме кварца в песчаниках. Кроме того, изменения содержания металлов в рудах, особенно цветных, сильнее влияют на величину интенсивности ФЭ, чем изменения содержания минералов в породах. В рудных образцах излучение света в видимом диапазоне со­провождает развитие магистральной трещины с момента её появления и заканчивается по окончании разрушения. В осадочных породах чере­дующиеся вспышки света соответствуют образованию многочисленных трещин и свечение продолжается в течение всего процесса деформиро­вания.

В отличие от руд цветных металлов железные руды обладают большой прочностью. Атомы железа образуют очень прочные кисло­родные соединения. При деформации ячейки кристаллических решёток не «плавают» как в цветных металлах (свойство ковкости и текучести при деформации), так как свободных электронов мало для образования «смазки». Химически прочные соединения в магнетитовых рудах спо­собны накапливать большую упругую энергию. При разрушении атом­ные связи рвутся без пластического скольжения ячеек решётки с выде­лением большой энергии и свечения

На шахте Таштагольского РУ магнетитовая руда, реже вмещаю­щая порода, а также дайковые сиениты и диориты встречаются с про­жилками и друзами кальцита. Стенки некоторых нарушений также по­крыты «щётками» кальцита. При разрушении магматических пород с содержанием кальцита отмечено, что предел прочности пород умень­шается, вместе с тем уменьшается величина ФЭ, однако при нагружении ФЭ начинается раньше.

Для образцов магнетитовой руды, скарнов, сиенитов, гранита, порфирита, спессартита, габбро, диабаза и диорита выделение световой энергии наблюдается при достижении действующей нагрузки 0,7-0,9 предельного значения. При дальнейшем увеличении действующей на­грузки до разрушения образца возрастает и величина выделяющей­ся световой энергии, причём величина суммарной энергии на несколько порядков больше, чем величина энергии, выделяющейся при разруше­нии осадочных пород. Таким образом, генерация светового излучения, так же как и акустической эмиссии, приходится на большие нагрузки. Это отражает способность указанных образцов пород накапливать большие энергии без интенсивного трещинообразования. Наибольшая часть выделяющейся световой энергии приходится на момент разруше­ния образцов. Максимальная энергия таких одиночных импульсов при хрупком разрушении характеризует потенциальную удароопасность пород.

Таким образом, установлено, что в исследуемых образцах пород при деформировании накапливается большая энергия без микроразру­шения. На заключительной стадии макроразрушения выделяется значи­тельная энергия, сопровождаемая интенсивным свечением.

Из лабораторных экспериментов в целом следует, что сущест­венное влияние на величину ФЭ оказывает минеральный и химический состав пород. Цветные металлы платиновой группы (платина, золото, серебро) уменьшают величину ФЭ рудных диоритов и порфиритов.

. Образцы с заметным содержанием цветных металлов представляют большую редкость.

Величина средних значений интенсивности свечения во времени при раскалывании образцов представлена графиками на рис. г. Гори­зонтальная часть графиков косвенно характеризует различную энерго­ёмкость образцов, их способность накапливать упругую энергию. На­копление энергии происходит на уровне взаимодействия валентных электронов и ионных связей, где квантами связи являются электриче­ские поля с энергией от a³Чm _eЧc² до a²Чm _eЧc² , которые при достижении значения a²Чm _eЧc² могут перейти на энергетические уровни электронов в атоме. Это приводит к накоплению энергии внутри вещества, в данном случае, на «глубине» возбуждённых энергетических уровней атомов/

Результаты выполненных лабораторных экспериментов можно использовать для объяснения физических процессов, происходящих в горных породах на контуре выработок, а также для интерпретации во­просов текущего контроля состояния горных выработок с помощью ин­струментальных методов.

Для объяснения процессов, происходящих в глубине массива горных пород, где потенциальная энергия создаётся возбуждениями в атомах или электронными переходами в пределах уровней a²Чm _eЧc² до aЧm _eЧc², необходимо в экспериментах иметь условия всенаправленного сжатия образцов горных пород, идентичные условиям горного давления в натурных условиях.

Рис. Зависимость величины мощности светового излучения пород от содержания:

а - кварца в сиенитах;

б - железа в магнетитовой руде;

в - кальцита в дайке;

г - металлов платиновой группы в рудных 1 - порфиритах Берикульского
и 2 - кварцевых диоритах Константиновского месторождений.