ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Описание включает исследование геодинамического состояния, геологического строения массивов и физико-механических свойств пород.

Цель - установление единых подходов оценки динамики массивов пород в подземных рудниках.

Прогнозирование динамических проявлений массивов пород в удароопасных подземных рудниках железорудных месторождений включает исследование геодинамического состояния и геологического строения массивов шахтного поля, а также физико-механических свойств компонентов массивов горных пород.

Геодинамическое состояние массивов месторождений сопряжено с энергетическими полями недр Земли, тектоническими процессами. На естественное поле напряжений накладываются техногенные поля напряжений, создаваемые горными работами и вызывающими перераспределение энергии геомеханического поля.

Трудности предсказания поведения массивов пород и управления этим поведением связаны также с их сложным структурно-текстурным и блочным строением, изменением физико-механических свойств горных пород за счет превращений химических связей составных атомов.

Перечисленные вопросы можно рассматривать в рамках концепций единой физической теории материи, объединяющей естественные науки, в том числе и горную (Денисов А.С. Естественная механика материи. - Кемерово: ЦНТИ, 2002. - 174 с.).

Вопросы геодинамики, геологии и физико-механических свойств массивов горных пород относятся к одним и тем же темам - к компонентам массива горных пород. Из массивов сложена земная кора, состоящая из плит, которые состоят из макро- и микроблоков, которые состоят из минеральных частиц, а последние - из атомов. Если тела данного иерархического ряда назовем компонентами материи, то они окажутся в единой цепочке компонентов материального мира от метагалактик до кварков. При этом строение компонентов земной коры определяется уравнением l = a^-kr _e, ( l - расстояние взаимодействий компонента; a^-1 = 137 - постоянная строения компонентов;
k = 1,2, … - номер диапазона; r _e - радиус электрона), а состояния компонентов - , (Е - энергия связи компонента; b_м. = 137; k - число диапазонов; b = 1,2, …, 137 - число связей компонента, определяющее его состояние; m _e - масса электрона; с - скорость света в вакууме).

В таблице приведены некоторые физические характеристики составных атомов вмещающих горных пород (колонка 1) Таштагольского рудника. В колонке 3 представлены химические элементы в порядке возрастания их атомного номера (колонка 2) или увеличения их числа связей. Колонка 4 представляет величину максимального содержания химического элемента в процентах, установленную в результате анализа минерального и химического состава образцов нескольких партий одних и тех же горных пород, взятых с различных мест рудника, колонка 1. Значения энергий фотонов с граничной частотой, равные энергиям связи основных уровней валентных электронов химических элементов, приведены в колонке 5: Е _св. = a³bm _ec² = Ф _еЧn^-1 = , (Е - энергия связи валентного электрона, Ф _е - мощность излучения, n - число фотонов , h - постоянная Планка, l₂ - длина волны фотона с граничной частотой). Длины волн фотонов приведены в колонке 6. Их значения можно рассчитывать, при этом берется z = b, где
z - атомный номер, определяется экспериментально с помощью прибора ИФЭ-1М в видимом и ближнем ультрафиолетовом диапазонах с применением револьверной насадки с соответствующими окнами.

Поскольку l_ф = 2 pa^-kr _e, то, используя данные таблицы, можно рассчитывать механические характеристики компонентов массивов горных пород, например, их прочность, а следовательно и устойчивость горных выработок, (сопоставляя их сечения с размерами блоков, через которые они проходят): s = Е / l³, . Используя данные таблицы, можно также рассчитывать количественное содержание элементов на единицу массы породы, что представляет дополнительный промышленный интерес, кроме прогноза динамики массивов пород.

Размеры компонентов массива и расстояния их взаимодействий, массы и энергии связи (состояния от спокойного до разрушения) могут быть определены экспериментально и теоретически с использованием основной физической теории, так как постоянные величины строения компонентов a^-к и их состояния b = 1,2,…,137 обладают относительной, пространственной и зарядовой независимостью.

При этом, проблемные вопросы прикладного характера должны быть освещены каждый в отдельности на уровне применения в производственных условиях горнорудной промышленности.

Таблица

Характеристики составных атомов горных пород

Таштагольского рудника