ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Номер

30-018-05

Наименование проекта

Способ определения коэффициента структурного ослабления массива пород

Назначение

Повышение информации о механических свойствах горных пород и компонентах массива.

Рекомендуемая область применения

В геофизике.

Описание

Результат выполнения технологической разработки

Задача изобретения - повышение информации о механических свойствах горных пород и компонентах массива, заключающееся в установлении постоянных величин структурного ослабления различных литотипов вмещающих горных пород месторождений.

Сначала рассчитывают объемную плотность энергии горных пород на основе анализа их минерального и химического состава с учетом энергий возможных химических связей атомов и их количества в единице объема. Затем объемную плотность энергии горных пород определяют по энергиям фотонов с граничной частотой, регистрируемых при разрушении краевой части массива, с учетом равенства этих энергий энергиям соответствующих возбужденных уровней валентных электронов атомов и их количества в единице объема. Коэффициент структурного ослабления пород определяют по отношению значений данных объемных плотностей энергий, найденных различными методами. При этом обнаруживается, что количество реальных атомных связей в натурных условиях примерно на два порядка меньше, чем в случае их определения методом анализа состава и расчета.

Установление в натурных условиях уменьшения количества атомных связей в горных породах за счет присутствия в них дефектов, пор, микротрещин и служит причиной ослабления структуры, обнаруживаемой при разрушении пород. Кроме того, коэффициент включает одновременно изменения значений, связанные с глубиной залегания пород и влиянием ведения горных работ.

Способ осуществляется следующим образом. Определяют объемную плотность энергии стационарного состояния массивов горных пород Е _v. Определяют объемную плотность энергии горных пород при их разрушении Е _v'. По отношению объемной плотности энергии стационарного состояния массива пород Е _v к объемной плотности энергии разрушения массива пород Е _v' определяют коэффициент структурного ослабления пород к _с.о.

Пример конкретного выполнения. Определяют процентное содержание минерального состава основных литотипов вмещающих горных пород, табл. 1 (например, Таштагольского месторождения). Затем определяют химический состав, валентность химических элементов, их относительную атомную массу и заряд (атомный номер), табл. 2.

Определяют процентное содержание железа в его закиси

где ^qfe₂o₃ - процентное содержание закиси железа; ^mfe₂- относительная атомная масса железа в его закиси; ^mo₂ - относительная атомная масса кислорода в закиси железа.

Процентное содержание железа в его окиси равно:

Энергия химических связей железа в его закиси fe ₂o ₃ и в его окиси feo соответственно равна

e _fe =_fezk = 163,55079 (Дж /м ²),

где d валентность; К=21,665685 Дж/м ^2µ содержание элемента в частях.

Аналогично определяют удельные энергии Е _s химических связей, приходящиеся на долю других элементов. Полная удельная энергия магнетитовой руды равна сумме удельных энергий химических связей составляющих ее элементов:

e _s=e _fe+e ₀+e _si+...+e _pb+e _nnn

В такой же последовательности определяют удельные энергии связи остальных литотипов горных пород.

Величины объемных плотностей энергий Е _v равны

где ^es_i удельная энергия связи горной породы;

n _l = 5 10 ⁹ - количество атомов, приходящихся на один (погонный) метр породы.

В табл. 3 (колонка 2) приведены объемные плотности энергий химических связей горных пород для массивов, находящихся в стационарном состоянии.

Энергии регистрируемых фотонов с граничной частотой равны энергиям соответствующих основных уровней атомов

e _Ф= _г= e _оср.ур

где e _ф - энергия фотона,

Дж; h=6,62607 10 ^-34 Дж с (справочная данная) - постоянная Планка;

_г - граничная частота фотона, Гц;

e _осн.ур - энергия основного уровня, Дж, используя которые определяют объемные плотности энергий разрушения пород:

e = _гn _осн.ур = _гn ,

где n _осн.ур. = n _v - все атомы возбуждены (состояние исследуемого массива горных пород, когда число мигрирующих квантов энергии в нем примерно становится равным числу атомов в единице объема).

Объемная плотность энергии разрушения горных пород представлена в табл.3 (колонка 3), которая определялась по энергии фотонов с граничной частотой регистрируемых в забоях горных выработок после взрывов взрывчатых веществ (ВВ) (Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983, с.73).

Коэффициенты структурного ослабления горных пород определяются из формулы (табл.1, колонка 4

где к _с.о - коэффициент структурного ослабления горной породы;

- сумма удельной энергии связи химических элементов, Дж/м ²;

n _l - число атомов, приходящихся на единицу длины, м;

n _v - число атомов в единице объема массива пород, м ^-3.

Из результатов экспериментов следует, что объемная плотность энергии реальных пород меньше объемной плотности их, определенной с учетом всех химических связей, примерно от 30 до 220 раз.

Преимущества перед известными аналогами

Установление в натурных условиях уменьшения количества атомных связей в горных породах за счет присутствия в них дефектов, пор, микротрещин.

Стадия освоения

Способ (метод) проверен в лабораторных условиях

Результаты испытаний

Соответствует технической характеристике изделия (устройства)

Технико-экономический эффект

Повышается точность определения механической прочности пород и критериев удароопастности массива на 25 %, увеличивается объем информации о механических свойствах горных пород на 35 %.

Возможность передачи за рубеж

Возможна передача за рубеж

Дата поступления материала

19.09.2005