ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Цель - установление механических коэффициентов и критериев удароопасности массивов горных пород Таштагольского рудника.

Исследования выполнены с применением инструментальных методов, результатов анализа минерального и химического составов пород.

По результатам большого количества экспериментальных исследований сделаны аналитические расчеты физико-механических характеристик геодинамического состояния массивов горных пород, а также экспериментально определены критерии их удароопасности.

В табл. 1 представлены объемные плотности энергий вмещающих пород Таштагольского месторождения и коэффициенты их структурного ослабления. В колонке 2 приведены их значения, рассчитанные по формулам, с использованием анализа минерального и химического состава пород. Для сравнения приведена теоретическая оценка объем­ной плотности энергии стали рельсовой под номером 7. Значения величин, приведенных в колонке 3, получены с помощью формулы, в которой преобладающие по своим величинам частоты определялись экспериментально в условиях активного разрушения горных пород в забоях подземных выработок после технологических взрывов ВВ.

Построчные отношения значений величин объемных плотностей энергий стационарного состояния, представленных в колонке 2, к значениям энергий разрушения горных пород, приведенных в колонке 3, характеризуют величины коэффициентов структурного ослабления вмещающих пород, которые представлены в колонке 4.

Результаты исследований показывают, что реальная прочность горных пород и устойчивость массивов вокруг подземных выработок за счет присутствия в них дефектов, дислокации, микроразрывов, пор, трещин и т.п. имеют величины, значения которых меньше значений полуэмпирических величин для различных литотипов пород от 30-ти до 220-ти раз.

Потенциальная, опасная по горным ударам, энергия вмещающих пород на момент достижения параметров фотонной геоэмиссии критических значений соответствующих величин определялась комплексными методами измерений фотонной геоэмиссии (КузПИ), электрометрии и камуфлетного взрывания ВВ (шахта Таштагольского РУ) и раскалы­вания массивов методами гидроразрыва (Горно-Алтайский педагогиче­ский институт), колонка 2, табл. 2.

Отношение объемной плотности потенциальной опасной энергии горных пород к объемной плотности энергии, необходимой для их разрушения, Е І_v/ E^ў_v представляет показатель удароопасности, близкий по смыслу и значению к известному показателю удароопасности В, получаемому в лабораторных условиях.

В колонке 4 табл. 2 представлены критические значения мощно­сти излучения Ф _е фотонной геоэмиссии, полученные с помощью приборов ИФЭ-1М и ИФЭ-2М, модернизированных совместно с В.Т. Сидо­ровым с учетом недостатков, выявленных при промышленных испыта­ниях прибора ИФЭ-1.

Таким образом, научные разработки, приведенные в способе, представляют теоретические и экспериментальные основы нового бесконтактного оперативного метода прогноза горных ударов и землетрясений. Кроме того, разработки имеют и самостоятельное научное значение для естественных наук.

Потенциальная энергия участка массива представляет совокупность энергий возбужденных ионов и атомов, химический состав которых и их связи определяют прочность пород. Интенсивность излучения зависит от количества элементарных возбуждений, то есть от величины потенциальной энергии, которая создается горным давлением. В создании прочности большую роль играет взаимодействие ядер атомов с электронными оболочками соседних атомов. На участке пород зоны опорного давления потенциальная энергия не превосходит величины максимальной энергии связей валентных электронов, так как насыщение энергией последних означает, что геомеханическое напряжение достигло величины предельной прочности пород, которые при дальнейшем поступлении внешней энергии на участок, разрушаются. Чем прочнее породы, тем в большем объеме накапливается энергия. Например, при горных ударах в выработку выбрасывается 2 ё10 м ³ пород с общей площадью разрушения в несколько десятков квадратных метров. При этом глубина разрушения находится в пределах зоны опорного давления. Если очаг накопления энергии расположен в глубине массива, то его потенциальная энергия должна быть достаточной для разрыва ионных и атомных связей промежутка пород до обнажения, то есть величина разрушающей энергии зависит от размера промежутка от очага до мест возможной ее релаксации. В этом случае энергия может накапливаться за счет возбуждения внутренних электронов. Эта энергия в 137 раз больше энергий связей валентных электронов. При этом соответственно возрастают размеры сотрясания массива. Действие на выработку может быть в виде толчка или горного удара. Потенциальная энергия в зоне ее накопления может при этом достигать величины Е І = 10 ¹⁰...10 ¹⁶ Дж/м ³.

Таблица 1

Физико-механические параметры горных пород Таштагольского месторождения

Таблица 2

Критерии удароопасности массивов горных пород Таштагольского месторождения