ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Цель - выяснение общих характеристик фотонной эмиссии для ее практического применения в подземных рудниках.

Регистрируемая в подземных рудниках частота максимальной интенсивности ФЭ характеризует глубину заполнения возбуждениями атомных уровней и позволяет определять диапазон уровней энергий связи для расчета энергетических параметров потенциальной геомеханической энергии.

Из анализа результатов экспериментальных и теоретических исследований следует, что различные диапазоны фотонной эмиссии сопровождаются эмиссией определенных заряженных частиц.

Регистрируемый диапазон энергий оптических фотонов, соответствующий химическим связям, составляет 1,0-12 эВ. Расчетный диапазон квантов энергии химических связей и связей валентных электронов с ядрами равен 0,19874-27,22738 эВ. При насыщении энергиями связей валентных электронов происходят разрывы химических связей. При этом в поле их излучения появляются диспергированные заряженные частицы, ионы и электроны с соответствующими энергиями. При насыщении энергиями связей внутренних и ближних к ядру электронов излучаются фотоны ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов и в их поле появляются электроны с соответствующими диапазонами энергий 27,2738-3,73015 Ч10 ³ эВ и 3,73015 Ч10 ³-5,11031 Ч10 ⁵ эВ. При электрическом возбуждении протонов излучаются гамма-кванты с энергиями, относящимися к диапазону 6.84828 Ч10 ⁶-0,93800 Ч10 ⁹ эВ, и выбрасываются нейтроны.

Установлена возможность оценки блочного строения массивов пород методом измерений в радиодиапазоне. При выявлении минимальных частот (или максимальных длин волн) можно получить сведения о размерах блоков с помощью уравнения
r _а = Ll_а = Ll_ф/(2 p). Например, частотам 10 кГц и 100 кГц соответствуют блоки с радиусами 34,87 м и 3,49 м.

Способы регистрации фотонной эмиссии могут использоваться в выработках, в которых возможно бурение скважин, а также при измерениях с поверхностей выработок, в любых неосвещенных полостях.

Область мощности непрерывного излучения массивов пород по данным экспериментальных исследований составляет 10 ^-15…10 ^-9 Вт при длинах волн фотонов 100-1200 нм, регистрируемых с помощью ФЭУ-83 (ФЭУ-112) и ФЭУ-80 (ФЭУ-142).

При интенсивности 10 ⁵ имп./сек, имеющей флуктуационный характер, необходимо прекратить любые горные работы и покинуть данный участок, который обозначается предупредительными знаками.

В ходе шахтных исследований массивов горных пород с целью их текущего контроля и определения степени удароопасности локальных участков методами электрометрии, ЭМИ, дискования керна и фотонной эмиссии были обнаружены массивы пород с повышенным геомеханическим напряжением: забой орта 1 гор. -70 м (м.т. 665+38 м; скарны); западный борт 21-го блока гор. -210 м (руда); борт южной под­сечки блока 14, гор. -210 м (Восточно-буровая камера, скарн-руда); борт орта 26, гор. -210 м (район ВДПУ-15, руда) забой орта 9, гор. -210 м (руда). В результате исследований данных категорийных локальных участ­ков, а также сравнительных измерений в орте 13, гор.
-140 м (зона дизъюнктивных нарушений, в забое восточного заезда в насосную ка­меру (т. 155+10 м, туфы и альбитофиры) гор. -350 м, в забое орта 16 (т.335+30,5 м, микросиениты) гор. -280 м и в других горных выработках были установлены средние критические величины интенсивности и мощности ФЭ вмещающих пород для гор. -70 м, гор.
-210 м и гор. -280 м, табл.

Для нижних горизонтов были найдены значения критических величин интенсивностей ФЭ, соответствующие различным степеням удароопасности разных литотипов пород, табл.

На шахте Таштагольского РУ в 1988 году проведены промышленные испытания измерителя фотонной эмиссии ИФЭ-1 с двумя детекторами для регистрации ФЭ с поверхностей горных выработок в диапазоне 100-360 нм и поверхностей скважин в диапазоне 400-1200 нм, а в 1991 году проведены межведомственные промышленные испытания прибора усовершенствованной модификации с положительными результатами.

Прибор, защищённый а.с. № 1460257, способ, защищённый а.с .№ 1276829, рационализаторские предложения по а.с. № 1452983 и а.с. № 1552722 и результаты теоретических исследований внедрены на шахте. Для практического применения прибора и способа разработана «Методика оценки степени удароопасности массива по фотонной эмиссии горных пород».

В результате эксплуатации прибора ИФЭ-1 М в шахтных условиях сделаны выводы:

1) прибор может использоваться для текущего контроля состояний массивов и оценки степени удароопасности участков;

2) датчики могут применяться в системах контроля горного давления;

3) датчики могут применяться в необводнённых скважинах при прочности пород 5 МПа и более.

Таблица

Оценка степени удароопасности массивов по фотонной эмиссии горных пород