ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы - исследование с помощью установки, содержащей мягкий механический пресс, измерительную камеру и средства регистрации, снабжены фотоэлектронными умножителями.

В экспериментах использовались керновые образцы горных пород Таштагольского, Берикульского, Константиновского, Норильского, Северо-Уральского и Анжерского месторождений.

Средняя плотность образца неоднородной горной породы, вырезанного из керна с определенного места массива, характеризует небольшой локальный его участок и представляет отношение массы m кернового образца к его объему V.

Плотности образцов горных пород, даже вырезанных из одного массива, отличаются по величине, поскольку в них изменяется количественное содержание составных атомов. Кроме того, плотность горных пород возрастает с глубиной. На глубине 1000 м плотность увеличивается от сотых до нескольких десятых долей.

В горной промышленности используется несколько точных способов определения плотности горных пород в естественных условиях. Поэтому по величине плотности легче выбрать и оценить эффективность применения метода фотонной эмиссии для разных месторождений.

Установка содержит мягкий механический пресс, измерительную камеру из плотного светонепроницаемого материала, в средней части которой диаметрально противоположено вставлены соосно пуансонам своими дисками. Между дисками устанавливается керновый образец одним из торцов параллельно окну детектора прибора ИФЭ-1М. Свободный конец камеры закрывается зажимом. На камеру надевается экран - металлическая сетка.

Образцы размерами 59 ґ59 и 42 ґ42 изготовлялись из кернового материала. Разрушение образцов производилось в измерительной камере методом диаметрального сжатия с помощью механического пресса. Регистрация мощности светового излучения велась с помощью переносных приборов типа ИФЭ-1. При этом разрушалось 25-50 образцов каждого литотипа породы, кроме моихутовой и кубанитовой руд, галита и карнолита, образцов которых было исследовано по 5 экземпляров. Основные экспериментальные результаты приведены в табл.

Исследованиями мощности светового излучения большого количества образцов горных пород при их раскалывании методом диаметрального сжатия как рудных, соляных, так и угольных месторождений установлено, что излучение синхронно с процессом образования и развития магистральной трещины отрыва и охватывает наиболее интенсивные оптические области спектра - инфракрасную, видимую и ультрафиолетовую. Излучение наблюдалось у всех исследованных образцов горных пород, хотя они и отличаются по своей плотности, степени вязкости и хрупкости, испытываемым нагрузкам и разрушающей силе, то есть, по испытываемым напряжениям и предельной прочности.

Величина мощности излучения зависит от генезиса пород. Сильное свечение наблюдается при разрушении образцов интрузивных и магматических пород. У пород метаморфизованных и осадочных пород величина мощности излучения на порядок и более меньше (образцы пород угольных и соляных шахт). Однако, некоторые образцы плотных и прочных песчаников светятся также сильно, до 10 ^-11 Вт.

Таким образом, из приведенных экспериментальных и известных исследований следует, что плотность горных пород может быть легко определена с точностью до десятых долей любых месторождений. Причем, с увеличением плотности любых пород возрастает величина мощности светового излучения. Поэтому, по данным результатов исследований можно рекомендовать следующее:

1. На рудных месторождениях - на Таштагольском, Берикульском и Норильском метод регистрации мощности светового излучения можно использовать для оценки состояний массивов горных пород и определения степени их опасности по динамическому проявлению;

2. На Константиновском месторождении можно проводить ежедневный (текущий) контроль состояний массивов пород, а при дальнейшей разработки полезных ископаемых метод можно применять и для оценки возможных вывалов и выбросов и опасности по падению породных пластин при заколообразовании в кровлях выработок;

3. На Северо-Уральском месторождении можно проводить текущий контроль состояний массивов пород;

4. На угольных месторождениях при условии заполнения приборов парафином (жидким) или эпоксидной смолой можно выполнять текущий контроль состояний массивов, состоящих из алевролитов и аргиллитов и определять степень опасности разрушения массивов, сложенных из песчаников.

Энергия межатомных связей в плоскости разрыва, приходящаяся на единицу площади, имеет параболическую зависимость от предела прочности разрываемой породы и, примерно, её плотности, поскольку величины межатомных связей прочности и плотности пород также имеют, примерно параболическую зависимость от атомного номера. Поэтому мощность излучения и плотность образцов пород связаны с количеством тяжелых атомов и количеством их разрывов.

Регистрация мощности светового излучения производилась с помощью детекторов, охватывающих инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый области спектра излучения.

Из экспериментальных данных следует, что связь мощности светового излучения от плотности исследованных образцов параболическая.

Таблица

Зависимость мощности светового излучения от плотности образца
горной породы при раскалывании