ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

ПОДРОБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Заявку на получение дополнительной информации по этому проекту можно заполнить здесь.

Номер

30-066-02

Наименование проекта

Исследование динамических состояний массивов горных пород на шахте Таштагольского РУ

Назначение

Цель - определение критерий степени удароопасности массивов пород вокруг горных выработок на нижних горизонтах рудных шахт Горной Шории.

Рекомендуемая область применения

Определение критических значений деформируемых и разрушаемых горных пород.

Описание

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Исследования динамических состояний деформируемых и разрушаемых массивов горных пород производились на нижних горизонтах (глубина 490-800 м) шахты Таштагольского РУ с использованием переносных приборов ИФЭ-1 и ИФЭ-2 для выяснения критических значений параметров фотонной эмиссии (ФЭ) - мощности излучения Ф е (Вт) и интенсивности n (имп./с, фот./с)

Опасные значения величин ФЭ, характеризующие динамические состояния, массивов горных пород, проверялись измерениями эффективного электрического сопротивления (ЭЭС) - базовым методом электрометрии с применением прибора ИКС-51.

Лабораторные эксперименты показывают, что при разрушении керновых образцов бразильским методом наибольшей ФЭ обладает магнетитовая руда, имеющая электронную проводимость. Это доказы­вает, что разряды в трещинах происходят не только в диэлектрических породах, как было принято считать, но и в проводящих породах. Это объясняется тем, что события в промежутке трещины совершаются со скоростью, значительно превосходящей скорость перемещения зарядов в проводящих породах. Кроме того, значительные давления всесторон­него сжатия внутри массива могут перевести часть электронов в ионах из запрещённой валентной зоны в зону проводимости.

Всё это указывает на уменьшение сопротивления пород.

Свечение в условиях увеличения механических напряжений уве­личивается за счёт постоянного появления новых трещин, ионизации атмосферы в промежутке трещин электронной эмиссией и рентгенов­ским излучением и за счёт излучения фотонов возбуждёнными атомами минералов на поверхности трещин. Релаксация механического напря­жения массива пород на стенках скважины сопровождается выходом на поверхность микротрещин, дефектов и дислокации, экзоэлектронной эмиссией и послесвечением.

Сравнения с измерениями материалов дискования керна показывают, что увеличению количества дисков на единицу длины керна соответствуют увеличения интенсивности ФЭ. Уменьшение толщины дисков связано с увеличением упругих деформаций в массиве, способ­ствующих их частому откалыванию от керна. На рис. приве­дены результаты измерений ЭЭС и ФЭ на разных горизонтах.

На рис. а представлены графики изменения интенсивности ФЭ и ЭЭС по длине скважины, пробурённой в забое орта № 23 горизонта -210 м, у маркшейдерской точки 612 ё38 м. Массив сложен из микросиенитов. Измерения выполнены через 1 час 40 мин после отбойки. У за­боя и по длине выработки на расстоянии 5-6 м от забоя происходили шелушение, заколообразование, что сопровождалось частым потрескиванием массива вокруг вновь образованной части выработки, где продолжалось образование шатрообразного купола. При измерениях с помощью ИФЭ-1 в световом диапазоне наблюдались флуктуация ФЭ. С глубины 1,5 м флуктуации стрелочного индикатора за счёт растрескивания массива уменьшились, общая интенсивность постоянной составляющей ФЭ стала возрастать.

Сравнительные графики изменения тех же величин по измерениям по длине скважины, пробурённой по сиенитам в южном борту орта 16 горизонта -210м, представлены на рис. б.

На рис. в показаны изменения интенсивности ФЭ и ЭЭС по длине скважины, пробуренной в борту южной подсечки восточно-буровой камеры блока 14 на горизонте
-210 м параллельно откаточному орту. Скважина проходит через скарны и руду. Эффективное сопротивление измерялось с помощью прибора ИКС-51.

При появлении колебаний стрелочного индикатора необходимо вести постоянный непрерывный контроль. Представление о состоянии массива на данном локальном участке можно получить через 10-15 мин с момента обнаружения динамической активности массива. А в случае удароопасного состояния участка это обнаруживается уже через 2-3 мин по амплитуде и длительности отклонений стрелочного индикатора и по числу высвечиваемых разрядов цифрового табло.

На рис. г изображены графики изменения интенсивности ФЭ и ЭЭС по длине скважины, пробуренной по магнетитовой руде в западном борту 21 блока горизонта
-210 м. Исследуемый участок находился в зоне очистных работ. Бурение параллельной скважины диаметром 105 мм на расстоянии 3-х м не сказывается на характере светового излучения, так как она заметно не меняет величины горного давления. На данном участке импульсное излучение руды соответствует 2-й категории удароопасности, определённой по измерениям эффективного сопротивления.

В результате проведённых сравнительных измерений были най­дены параметры ФЭ, излучаемые массивом горных пород (Ф е = 10 -14ё10 -10 Вт, n = 10 ё10 5 имп/с, l = 100-1200 нм), которые использовались при разработке схем и изготовлении приборов
ИФЭ-1 и ИФЭ-2.

Сравнительные измерения показали удовлетворительную сходимость в оценке НДС массива метода ФЭ с известными методами.

Бесконтактный геофизический метод ФЭ, основанный на регистрации света в диапазоне 100-1200 нм, излучаемого при деформировании и разрушении пород, обладает информативностью и оперативностью, поскольку непосредственно отражает интенсивность этих процессов.

Поэтому новый метод исследовался с целью выяснения возможности его использования для решения задач прогноза горных ударов и землетрясений. Результаты исследований показали, что метод ФЭ по регистрируемой её частоте и интенсивности, позволяет оценивать потенциальную энергию нагруженных участков массива горных пород и определять степень их удароопасности, табл.

Таблица

Значения критических величин интенсивностей ФЭ горных пород
и соответствующие им степени удароопасности при оценке
с помощью ИФЭ-1 и ИФЭ-2 на нижних горизонтах

Горная порода

Критерии удароопасности по результатам измерений в зоне опорного давления
в диапазоне 112-1200 нм, n, имп./с;
(1К, 3К - категории удароопасности)

Магнетитовая руда

1К > 4000 …1200 > 3К

Скарны

1К > 3200 …1000 > 3К

Диоритовые порфириты

1К > 3000 …1000 > 3К

Сиениты

1К > 2400 …900 > 3К

Сланцевые туфы

1К > 2100 …800 > 3К

Рис. Результаты сравнительных измерений фотонной эмиссии
и эффективного сопротивления по длине скважины, пробуренной:

а - в забое орты 23, маркшейдерская точка 612+38 м, гор. -210 м, микросиениты;

б - у южного борта орта 16 (слесарка), гор. -210 м, сиениты;

в - в борту южной подсечки (восточно-буровой камеры) блока 14, гор. -210 м,

скарн-руда;

г - в западном борту 21 блока, гор. -210 м, руда.

Преимущества перед известными аналогами

Прочность и достоверность данных критериев.

Стадия освоения

Внедрено в производство

Результаты испытаний

Состояние опасных участков массива по данным фотонной эмиссии соответствуют критическим значениям, установленным экспериментально

Технико-экономический эффект

200 т.р. в год на прибор в год.

Возможность передачи за рубеж

Возможна передача за рубеж

Дата поступления материала

27.11.2002

Инновации и люди

У павильонов Уральской выставки «ИННОВАЦИИ 2010» (г. Екатеринбург, 2010 г.)

Мероприятия на выставке "Инновации и инвестиции - 2008" (Югра, 2008 г.)

Открытие выставки "Малый бизнес. Инновации. Инвестиции" (г. Магнитогорск, 2007 г.)

Демонстрация разработок на выставке "Малый бизнес. Инновации. Инвестиции" (г. Магнитогорск, 2007 г.)