ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Новизна - установление возможности оценки разрушения и геодинамического состояния массивов горных пород с использованием исследований их механических свойств.

В горнорудной промышленности, металлургии, гражданстрое и в других отраслях народного хозяйства при разработке эффективных технологий используются данные о физико-химических свойствах горных пород и руд и других твердых материалов. Поэтому разработка новых методов и способов определения и оценки физико-химических свойств промышленно-полезных материалов является актуальной и имеет как практическое, так и социальное значение для общества.

Исследования минерального и химического состава горных пород, руд Горной Шории по окислам их элементов показывают, что 94-95 % по массе составляют атомы с восьмого номера (0) по тридцатый ( zn), около 5 % массы составляют s, co, cu, ti, mn, mo, pв, u, все остальные атомы таблицы химических элементов составляют, примерно, 0,5-1 %. Наибольшей прочностью обладают магнетитовые руды и породы, содержащие тяжелые атомы.

В глубоких подземных рудниках на естественное состояние массивов горных пород вне зоны влияния горных работ накладываются дополнительные напряжения, вызванные тектоническими процессами. Это повышает суммарную энергию ионных и атомных взаимодействий, которая на отдельных участках горных пород может создать соизмеримые с прочностью пород предельные геомеханические напряжения, вызывающие разрушение массива в приконтурной части горной выработки.

Процессы геодинамического проявления массивов пород связаны с определенным сочетанием геологических и горно-технических условий, концентрации потенциальной энергии упругого сжатия локального участка горных пород и внезапным высвобождением этой энергии при мгновенном разрушении предельно напряженных участков горной породы с последующим проявлением деформаций сдвижения окружающего массива пород.

Обычно, сначала появляются шелушение и заколообразование в кровле горной выработки, затем стреляния пород бортов. Потом, по мере приближения участков производства массовых взрывов, могут проявиться в виде горных ударов массивов с разрушением от 2 м ³ до 10 м ³ пород.

Раскрытие трещин на обнажениях за счет уменьшения связей атомов на 50 % сопровождается эмиссией электронов, заряжением поверхностей скола и дискретным изменением (кратным величине элементарного электрического заряда) величин этих зарядов, сопровождающихся электромагнитным излучением. Параметры излучения - фотонной эмиссии - пропорциональны размерам излучающих их компонентов: атомов, кристаллических ячеек, минералов, микроблоков

,

где l и n - длина волны и частота фотона, a^-1=137 - постоянная строения; k - число или номера диапазонов; r_к - радиус компонента (расстояние взаимодействий); r _e - радиус электрона. Радиус компонента охватывает шаровой объем, равный объему компонента. Что согласуется с теорией энергии электронных орбит в атомах, не зависящих от конфигурации, и с теорией поля макрозарядов Гаусса.

Такие процессы возбуждаются при релаксации зарядов, возникающих и при разрушении образцов пород и твердых тел. Механизмы электризации связаны с процессами заряжения. Появление зарядов на свежих поверхностях трещин связано с разрывами химических связей, то есть с разделением зарядов, с выходом на поверхности дислокаций и других дефектов. Поэтому в моменты разрыва выбрасываются энергичные электроны с энергией 5-27 эВ и более, а затем экзоэлектроны с энергией 0,8-4 эВ. Но поскольку идет непрерывный процесс раскрывания и захлапывания трещин, то регистрируется широкий диапазон фотонной эмиссии от радиочастот до рентгеновских. В момент горного удара очевидцы наблюдали яркую световую вспышку.

На основании многолетних исследований при проведениях текущего прогноза динамического состояния массивов горных пород рекомендуется регистрировать информацию в радиодиапазоне на фиксированных частотах (с возможностью настройки входной части аппаратуры) 1-120 кГц, в оптическом диапазоне, связанном с переходами валентных электронов, - 2,5 Ч10 ¹⁴ - 3 Ч10 ¹⁵ Гц, в рентгеновском - 3 Ч10 ¹⁶ - 1 Ч10 ¹⁹ Гц,

При опасных состояниях массивов по динамическому проявлению рекомендуется делать оперативные выводы по визуальным наблюдениям. Образование заколов и шелушения кровель характеризует вторую категорию опасности, стреляния пород с бортов и забоев выработок в виде отскакивания дисков величиной с монету и более - первую категорию удароопасности участка массива горных пород.

При очень высоких геомеханических напряжениях в процессе вращательно-поступательного движения блоков, некоторые из них оказываются в условиях наибольшего сжатия. В блоках, нагруженных до предельного состояния, уменьшаются межатомные расстояния. Это приводит к превращениям химических и атомных связей, многие ионные связи переходят в ковалентные. Ядра атомов начинают сильнее взаимодействовать не только с электронами своих атомов, но и соседних. Изменение состояний внутренних электронов сопровождается излучением фотонов c- диапазона, а иногда и g- диапазона. Можно предположить, что это вызвано изменением энергетических состояний ближних к ядру электронов, а также изменением состояний электрических энергий связи протонов ядер. По расчетным данным величины этих энергий соответствуют второй половине диапазона энергий связи ближних к ядру электронов.