ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Конверсия механической энергии пород в электрическую за счет трения в блоках, нарушения контактов разнородных пород, деформации пьезоэлектрических минералов, электризации бортов развивающихся трещин создает условия для возбуждения атомов и молекул окружающего газа. Распад возбуждений сопровождается свечением. Любой вид разрушения пород сопровождается одновременным возникновением электрических явлений и свечением. При этом нарушение равновесия зарядов в ионах пород связано с выбросом потока электронов, с созданием поверхностного натяжения на свежих бортах, на которые выходят дислокации и дефекты ближних решеток минералов. Это поддерживает процессы экзоэлектронной эмиссии и послесвечения. Процесс электрической стабилизации свежих поверхностей скола образца породы может продолжаться в течение многих часов. На обнажениях массива пород происходят непрерывные подобные процессы, которые по причине не постоянства величины механических напряжений имеют неравновесный характер.

В натурных условиях основанная доля излучения информативного оптического диапазона связана с процессами перехода валентных электронов и микроразрушний. Частота оптического диапазона равна 3,00 Ч10 ¹⁴ - 4,15 Ч10 ¹⁶ Гц (6238,9-45,5) нм.

Образец любой породы в основном состоянии имеет определён­ное, свойственное его химическому составу, энергетическое состояние ионных, атомных, электронных и нуклонных связей.

В натурных условиях литотип данной породы имеет некоторый диапазон энергетических состояний с предельными значениями от состояния в условиях нетронутого массива до состояния в зоне опорного давления вокруг горных выработок, где сопротивление разрушению (разрыву) у пород зависит от концентрации систем микротрещин и трещин.

В любом случае при механическом нагружении пород их разрушение начинается только после насыщения энергиями связи всех ионов. Энергия накапливается в объёме определённого участка. Сначала разрушаются более слабые связи. Разрушение происходит по одной плоскости или нескольким плоскостям неправильной формы.

В реальных породах микротрещины и микродефекты приводят к нарушению их структуры и строения, уменьшают количество химических связей. Поэтому удельная энергия реальных горных пород определяется с учётом коэффициента структурного ослабления:

, (1)

где К _с.о. - коэффициент структурного ослабления.

Величины объёмных плотностей энергий, согласно уравнениям (П. 1717817), равны:

· для ионных связей

e _uv = e _usn ₁; (2)

· для связей внутренних электронов

eў_ev = a^-1e _usn _e; ( 3)

· для связей ближних к ядру электронов

eІ_ev = a^-2e _usn _e; (4)

где n₁ - количество атомов, приходящихся на один погонный метр; a^-1 = 137 - постоянная.

Приведённые выше уравнения позволяют с использованием данных химического состава пород и таблицы химических элементов определять спектры основных уровней энергий ионов, атомов и энергетические параметры горных пород при их равновесном стационарном состоянии, колонки 2 и 3 табл.

В результате выполненных экспериментальных исследований были найдены параметры ФЭ, излучаемые массивом горных пород (Ф _е = 10 ^-14ё10 ^-10 Вт, n = 10 ё10 ⁵ имп/с, l = 100-1200 нм), которые использовались при разработке метода оценки динамических состояний массивов по ФЭ горных пород.

Измерения показали удовлетворительную сходимость при оценке НДС массива метода ФЭ с известными методами.

Бесконтактный геофизический метод ФЭ, основанный на регистрации света в диапазоне 100-1200 м, излучаемого при деформировании и разрушении пород, обладает информативностью и оперативностью, поскольку непосредственно отражает интенсивность этих процессов.

Новый метод исследовался с целью выяснения возможности его использования для решения задач прогноза горных ударов и землетрясений. Результаты исследований показали, что метод ФЭ по регистрируемой частоте, интенсивности и мощности излучения позволяет оценивать динамическое состояние массивов пород вокруг горных выработок и определять категорию их удароопасности. По энергетическим параметрам пород можно судить о размерах возможных разрушений.

Таблица

Энергетические характеристики горных пород