ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Метод включает принципы геометрии и энергии структур блоков, управляющих их поведением.

Целью разработки является рассмотрение названной темы с точки зрения нового подхода - внутреннего строения компонентов земной коры и изменения их механических свойств в условиях разрабатываемых железорудных месторождений.

Вопросы, касающиеся закономерности динамического взаимодействия системы подвижных блоков в районе месторождения и механизмы сдвигового разрушения в массиве горных пород достаточно полно освещены в работе (Батугина И.М., Петухов И.М. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников. - М.: «Недра», 1998 г. - С. 22-51).

С точки зрения новых представлений земная кора состоит из компонентов: плит, макро- и микроблоков, минеральных частиц, атомов. В этой иерархии компонентов действуют простые принципы - строения и геодинамического состояния:

l = a^-kr _e и ,

где l - расстояния взаимодействий и e - энергии связи (разрушения); a^-1 и b - постоянные строения и состояния (энергетического) компонентов ( a^-1 = b_макс. = 137, b = 1, 2, …, 136); k - номера диапазонов; r _e и m _e - радиус и масса электрона; с - скорость света в вакууме.

Энергия взаимодействия атомов электровалентными зарядами составляет 3,18 Ч10 ^-20 … 4,3610 ^-18 Дж, для внутренних электронов она равна 4,36 Ч10 ^-18 … 5,98 Ч10 ^-16 Дж, а для ближних к ядру электронов - 5,98 Ч10 ^-16 … 8,19 Ч10 ^-14 Дж. В поверхностных слоях пород преобладают ионные связи. С увеличением глубины до 300-500 м растет число ковалентных связей и прочность пород возрастает.

При больших глубинах 800-1000 м и более за счет уменьшения межатомных расстояний повышается роль атомных связей, то есть возрастает сила взаимодействия ядра каждого атома с электронными оболочками соседних атомов. Эта сила на несколько порядков выше силы химических связей. При этом растет также сила взаимного отталкивания электронных оболочек, но она меньше сил влияния ядер на них.

Взаимодействие кристалликов атомных ячеек в минеральных частицах также видоизменяется. Их внутренние энергии связи, отнесенные к единице объема, слабее атомных, но сильнее энергий связи частиц. То же самое можно сказать о характере внутренних взаимодействий микро- и макроблоков.

С увеличением размеров компонентов растет дефектность их структур, повышаются величины коэффициентов их структурного ослабления. Кроме того, повышаются гравитационные силы, действующие на их массы, и по мере увеличения размеров компонентов уменьшается их механическая прочность.

Так, плиты и мегаблоки размерами 4,79 Ч10 ⁴…6,56 Ч10 ⁶ м имеют небольшие прочности - 2,74 Ч10 ⁶…2,00 Ч10 ⁴ Дж. Их взаимодействия при поступательно-вращательном движении со скоростью несколько сантиметров в год приводят к нагружению краевых соприкасающихся частей, которые дробятся соответственно на блоки с радиусами взаимодействий 3,5 Ч10 ²…4,79 Ч10 ⁴ м. Образовавшиеся блоки имеют уже большие прочности - 3,75 Ч10 ⁸…2,74 Ч10 ⁶ Па, поскольку с уменьшением масс блоков уменьшаются силы их гравитационного взаимодействия и увеличиваются электрические. Динамика этих блоков может вызвать вывалы, выбросы, региональные разрушения. Известно, что все блоки участвуют во вращательно поступательном движении, то крупные блоки могут делиться за счет взаимодействия на средние блоки размерами 2,55…3,50 Ч10 ² м, прочностью соответственно 5,14 Ч10 ¹⁰…3,75 Ч10 ⁸ Па. Средние по размеру блоки имеют энергии связи 3,58 Ч10 ¹²...6,72 Ч10 ¹⁶ Дж. Поскольку их размеры начинаются с величин, соизмеримых с размерами сечений горных выработок, а энергии связи равны по своим значениям энергиям разрушений, то при таких параметрах массивов и происходят микро и собственно горные удары. Далее дробление компонентов таково.

Деление средних блоков на малые блоки с r = 1,86 Ч10 ^-2...2,55 м и s = 7,04 Ч10 ¹²...5,14 Ч10 ¹⁰ Па и минеральных частиц - с r = 1,86 Ч10 ^-2…1,36 Ч10 ^-4…9,93 Ч10 ^-7 м и s = 7,04 Ч10 ¹²…9,66 Ч10 ¹⁴…1,32 Ч10 ¹⁷. Динамические явления при разрушении средних блоков и малых блоков сопровождаются резким звуком, ярким свечением, выбросом разрушенных пород и мелкой фракции объемом 2…10 м ³ и более, клубами пыли и воздушным ударом.

Динамическая активность блоков активизируется интенсивным ведением горных работ, добавляющим техногенную энергию в процессы, совершающиеся под влиянием естественной энергии. Принципы геометрии и энергии структур блоков освещают картину их геомеханических взаимодействий.