ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Является результатом научно-исследовательской работы.

Эксперименты проведены в глубоких подземных выработках Таштагольского рудника с экстремальными условиями горного давления. Например, исследования микропроцессов взаимодействия химических элементов, входящих в состав горных пород, велись в орте 9 на гор. - 210 м, забой которого находился на глубине 1-1,5 м в отрабатываемом рудном штоке, а параллельно забою в 2, 5 м от него, сзади, выработку пересекала дайка шириной 0,6-0,8 м.

В течение почти трех месяцев рудное тело и массив из скарнов и магнетитовых руд в окрестности орта 9 находились в состоянии первой категории удароопасности. За это время очистной фронт приблизился к забою орта 9 от 130 м, примерно, до 66 м. Энергия нагруженного взрывами штока релаксировала в дайку, с поверхностей которой, особенно с южного борта, регистрировалось активное ультрафиолетовое излучение. Регистрация излучения производилась с помощью прибора ИФЭ-1 с датчиками, содержащими ФЭУ-142 (45-360 нм) и ФЭУ-83 (360-1200 нм).

Диапазон регистрированных длин волн составляет 4,55 Ч10 ^-8- 1,25 Ч10 ^-6 м. С помощью соотношения:

(1)

где r_комп - радиус компонента массива; l_f - длина волны регистрируемого фотона;
a ^-1=137 - постоянная строения компонентов, определяющая размеры диапазонов, определяют, какими компонентами горных пород излучаются регистрированные фотоны:

где dr_а - известный диапазон радиусов атомов.

Затем в шести скважинах, пробуренных веером по углам забоя (три другие сква­жины пробурены перпендикулярно друг другу), проведено камуфлетное взрывание ВВ по 3 кг в каждой. (Устойчивость штока объясняется высоким содержанием железа, более 65 %). После этого величина нагружения дайкового материала (микросиениты, дио­риты) достигла значения величины его предельной прочности. Дайка начала растрескиваться и разрушаться.

Раздавливание дайки штоком за счет увеличения его размеров сопровождалось активным излучением ЭМИ от радиодиапазона до рентгеновского.

Диапазон длин волн, регистрированный с помощью дозиметров ДРГЗ-02 и ДРГЗ-01 при различных экстремальных состояниях массивов пород, составляет dl_f= = (2,30-3,92) Ч10 ^-9 - (1,135-2,42) Ч10 ^-12 м. Используя диапазон длин волн c- и g-излу­че­ния и соотношение (1), находим порядки величин размеров исследованных компонентов

м.

Полученные размеры представляют: 1,32 Ч10 ^-15 м - размер ядра или нуклона; 2,82 Ч10 ^-15 м - размер электрона; (2,67-4,56) Ч10 ^-12 м и менее - размеры орбит ближних к ядру электронов.

Используя экспериментальные и известные данные размеров компонентов, можно составить соотношение

(2)

где r_е- радиус электрона;l_е- длина волны электрона;r_а- радиус атома;l_a- длина вол­ны атома; ( l_комл = r_взаим - длина волны компонента или расстояние взаимодействия).

Величины ряда в (2) при замене их на длины волн соответствующих им фотонов отличаются от последних на множитель 2 p:

(3)

где l_r - длина волны фотона рентгеновского диапазона; l_y - ультрафиолетового диапазона; l_o - оптического диапазона.

Анализ результатов экспериментов по исследованию фотонной геоэмиссии показывает, что длины волн регистрированных фотонов всех отдельных измерений являются фрагментами единого спектра длин волн фотонов, излучаемых микрокомпонентами массива

r _eЧ(1,2, …, 136, 1Ч137, 2Ч137,…, 136Ч137, 1Ч137 ², 2Ч137 ², …,

136Ч137 ², 1Ч137 ³, 2Ч137 ³,…,136Ч137 ³) м (4)

где b = 1, 2,..., 137 - характеризует расстояния, соответствующие различным состояниям компонента в диапазоне.

В соотношении (2) наблюдается чередование размеров частиц и длин волн материи, а в соотношении (3) - длин волн фотонов, т. е. принципы квантования компонентов массива, их длин волн и длин волн фотонов одинаковы. Следовательно, нет различия в принципах квантования вещества и поля. Это позволяет рассмотренные выше ряды величин (4) описать одним уравнением

м (5)

где d- радиусы и расстояния взаимодействий компонентов массива;
k = 0,1,2,... - ступени диапазонов;
b- число возможных связей локализованного в диапазоне компонента.

Фотонная эмиссия, регистрируемая в подземных рудных шахтах с поверхностей нагруженных горных пород, залегающих вокруг выработок, является вынужденным излучением.

Диапазоны частот для возбужденного состояния электронов различных энергетических уровней в процессе электромагнитного излучения принимают значения: для валентных электронов 4,8 Ч10 ¹³ - 6,6 Ч10 ¹⁵ Гц, для внутренних электронов 6,7 Ч10 ¹⁵- 9,0 Ч10 ¹⁷ Гц и ближних к ядру электронов 9,1 Ч10 ¹⁷ -1,2 Ч10 ²⁰ Гц.

Основная доля массы вмещающих пород и руд приходится на химические элементы с номерами от 8-го (кислород) до 30-го (цинк). Элементы с меньшими и большими номерами вплоть до атома урана входят в виде так называемых включений и составляют около (5-6) % от общей массы горных пород. От среднего размера атомов данного ряда выделяются своими большими размерами атомы na, mg, К и Са и своим меньшим размером - атом О. Однако, размеры катионов na⁺, mg²⁺, К ⁺ и Са ²⁺ меньше своих атомов, а анион О ^2- больше атома О. Таким образом, средние размеры ионов, составляющих горные породы, оказываются примерно одинаковыми, что способствует их упорядоченной упаковке и упрощает процесс передачи энергии.

По правилам Фаянса: 1. Связь будет преимущественно ионной, если заряды образующихся ионов невелики; 2. Связь будет иметь преимущественно ковалентный характер связи, если радиус катиона велик, а радиус аниона мал. Таким образом, связи химических элементов в горных породах в основном имеют ионный характер. При сильных упругих деформациях пород возможно изменение валентности химических элементов и типов их связей. Например, сочетание большого заряда и малого радиуса сообщаетsi⁴⁺высокую зарядовую плотность, оставшиеся электроны у него притягиваются ближе к ядру, что позволяет этому иону притягивать электронные облака соседних атомов, то есть иметь ковалентный характер связи. При значительных горных давлениях в горных породах ионы сближаются. При этом анион будет частично делить свое электронное облако с катионом, и связь приобретает частично ковалентный харак­тер.

Естественные процессы, происходящие в массиве, несомненно, более сложны. Однако иерархии связей химических элементов можно заменять закономерностью квантовых состояний (6) , которая позволяет получать сведения, хорошо согласующиеся с соответствующими известными значениями:

(6)

где ^ki- определяет диапазон квантования: ( a³b_i) m _ec²- диапазон энергии связи внешних электронов, ( a²b_i) m _ec² - диапазон энергии связей внутренних электронов, ( ab_i) m _ec² - диапазон энергий связи ближних к ядру электронов; ; = 1, 2, ..., z, z+1, z+2, ... , 136 - количество возможных связей электрона в пределах одного диапазона ( z - атомный номер, z+1, z+2, ..., 136 - число свободных орбит, которые могут быть заняты электронами при возбуждениях атома).

Уравнение (6) характеризует возможные квантовые состояния атомов. При_i= 137иk _i=1 имеет энергию покоя электрона, при_i=137 иk _i= 2 - удельную энергию связиэлектрона, при_i=137 иk _i=3 - постоянную Ридберга. Уравнение (6) переходит в известное уравнение вида

Следовательно, многообразие значений энергий химических связей и связей электронов в атомах можно описать одной аналитической закономерностью квантовых атомов.

Диапазоны излучения атомов с большими номерами сдвигаются в область больших частот, поскольку тяжелые атомы имеют свободные орбиты только с высокими энергетическими уровнями.

Диапазон длин волн оптического спектра, связанного с переходами внешних электронов, составляет 45,5-6239,0 нм. Часть спектра видимого диапазона, 400-760 нм, относительно невелика, поскольку излучение происходит и в более высокочастотных диапазонах, тем не менее, среднее значение интенсивности излучения, приходящегося на окно ФЭУ-83, достигает величины 10-10 ⁵ фот/с.

Пространственное распределение электронов по уровням в атомах и соответствующие им энергетические состояния составляют три диапазона: диапазон внешних валентных электронов, которые взаимодействуют с ядрами своих атомов и с валентными электронами соседних атомов, диапазон внутренних электронов, которые взаимодействуют в основном с ядрами своих атомов и между собой, и диапазон ближних к ядру электронов, которые наиболее сильно взаимодействуют с «голыми» ядрами своих атомов. При этом размеры диапазонов в направлении от ядра к внешним электронам увеличиваются, а диапазоны энергий связи уменьшаются в a^-1 или в 137 раз.