ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Цель - оперативная оценка опасности динамического состояния массива пород при ведении горных работ в подготовительных выработках.

Предварительно в лабораторных условиях определяют по минерально-химическому составу горных пород энергоемкость массивов вмещающих пород. Затем, в капитальных горных выработках на нагруженных участках массивов регистрируют частоту излучения и по максимальным значениям узких диапазонов частот изучают их соответствие различным состояниям горных пород.

По полученным данным оценивают в течение 2-3 минут состояние массивов вокруг подготовительных выработок при ведении горных работ.

По результатам исследования массивов горных пород Таштагольского месторождения в пределах шахтного поля методами фотонной эмиссии и эффективного электрического сопротивления, а также исследования горных массивов в зоне сдвижения и вне шахтного поля методом естественного электрического потенциала в периоды землетрясений с 1988 года по 1990 год отмечено, что сильные изменения электрического поля, сопротивления и ФЭ связаны с изменениями напряжённого состояния огромных объёмов горных пород, исчисляемых многими сотнями кубических километров, высвобождающих энергию в течение процессов, которые предшествуют и сопровождают землетрясения. Результаты лабораторных и натурных исследований приведены в табл.

Распределение потенциальной энергии в твёрдом теле (породе, между ионами), в атомах и ядрах осуществляется на кратные величины, пропорциональные постоянной Планка . Таким образом, горные породы, обладая сложной гетерогенной структурой, тем не менее совместно с образующими их ионами, атомами и ядрами образуют единую систему с единой закономерностью сквозного квантования всей структуры основных уровней энергии электрических связей.

Результаты исследований показывают, что величины квантов энергий ионных уровней, способствующих миграции потенциальной энергии, пропорциональны величинам энергий соответствующих регистрируемых фотонов.

Зная количество атомов в единице объёма (площади), можно определять энергоёмкость стационарного состояния пород на данной глубине, а по максимальной регистрируемой частоте можно определять глубину заселения возбуждений в атомах и рассчитывать накопленную потенциальную энергию пород исследуемого участка.

При экспериментальном определении потенциальной энергии и динамического состояния участков массива горных пород предварительно определяют химический состав пород исследуемого участка массива, валентности и атомные номера элементов.

Затем регистрируют диапазоны частот ФЭ пород исследуемого участка. Измерения выполняют с поверхностей скважин до глубины 10 м методом ФЭ. В натурных условиях нагруженные породы деформируются. Этот процесс сопровождается образованием микротрещин, излучением граничных фотонов, что подтверждается эмиссией электронов. Известно, что энергии регистрируемых с граничной частотой фотонов равны энергиям соответствующих основных уровней атомов,

Е _ф. = hn_r = e_в.ур., (1)

где n_r - граничная частота фотона.

По данным найденных величин и соотношению (2) определяют спектры энергий

Е _в.ур. = a^kzm _ec², (2)

где k - номер диапазона; a = 1/137; z - номе атома.

Используя уравнения (3)-(5) и энергию регистрируемых граничных фотонов, колонка 5, табл. можно получить аналитические выражения для определения потенциальной энергии (колонка 4, табл.) возбужденных валентных уровней:

Е _вал. = , (3)

где d - валентность; n - число атомов в 1 м ³,

уровней внутренних электров

Е ў_вн. = , (4)

и ближних к ядру электронов

Е І_бл. = . (5)

Таким образом, на основе известных представлений о том, что энергия граничных фотонов равна энергии соответствующих основных уровней, что связь фотона с атомом и электрона с ядром характеризуется постоянной тонкой структуры и результатов экспериментальных исследований фотонной эмиссии в натурных условиях, установлена закономерность квантования энергии в массиве горных пород. На рис. приведены графики, соответствующие различным степеням удароопасности участков массива пород.

Данный способ прогноза применяется для определения степени удароопасности массивов пород вокруг капитальных и подготовительных выработок.

Таблица

Параметры энергий и фотонной эмиссии массивов горных пород

Таштагольского месторождения

Рис. Изменение величины и длительности импульсов фотонной эмиссии
при разных категориях удароопасности массива:

а - в вертикальной скважине, пробуренной в почве буровой, гор. -210 м, руда;

б - в скважине, пробуренной в западном борту блока 21, гор. -210 м,

подэтажная выработка, руда;

в - в скважине, пробуренной в борту 26, гор. -210 м, район ВДПУ-15, руда.