ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Цель - повышение эффективности инструментальных методов исследования свойств массивов горных пород.

В массивах пород, окружающих горные выработки глубоких рудников источниками электромагнитного излучения могут быть блуждающие токи при механических вибрациях зарядов в моменты проведения технологических взрываний взрывчатых веществ, высоковольтные силовые кабели, искрения, возникающие при выполнении сварочных работ и передвижениях электроводов, а также сцинтилляции, сопровождающие процессы радиоактивного распада. С целью повышения безопасности ведения горных работ проводятся мероприятия по контролю состояний массивов горных пород, проводимые различными методами, в том числе и методами регистрации ЭМИ, а также мероприятия по приведению опасных по горным ударам массивов внеудароопасное состояние.

Регистрацию ЭМИ выполняют в широком диапазоне частот - от радиодиапазонов до гамма- излучений. Для правильного истолкования результатов исследований и получения точных выводов, необходимо знать, какими компонентами массива излучаются регистрируемые фотоны. И особенно, данный вопрос не решается для минеральных частиц и микро- и макроблоков. С помощью же оптического и более высоко частотных диапазонов можно определять состояния в основном только локальных участков массивов горных пород.

Излучение, генерируемое микроструктурами горных пород, является вынужденным. В массивах за счет процессов постоянного перераспределения энергии, создаваемой тектоническими процессами, ведением горных работ и другими причинами, наблюдается постоянная миграция квантов энергии. Если квант энергии налетает на уже возбужденный ион (атом) и ее величина совпадает с энергией одного из уровней возможных для этого атома n_i = (Е _нач. - Е _кон.) h^-1 квантовых переходов, то атом, в случае нахождения на обнажении, испускает квант излучения такой же энергии, как и энергия налетевшего на него резонансного кванта.

Если подобный процесс происходит в массиве горных пород, то интенсивность регистрируемых фотонов характеризует величину интенсивности потока мигрирующих к обнажению пород квантов энергии.

Для выделения из потока фотонов преобладающую частоту, характеризующую механические свойства горной породы с данным минеральным составом, на вход детектора крепят револьверную насадку со светофильтрами. Регистрируя через разные стекла выбирают светофильтр с максимальной интенсивностью информации.

При регистрации ультрафиолетового диапазона пользуются кварцевой линзой и бумагой, при регистрации c- и g- излучений металлическими пластинами разной толщины. Градуировка производится в каждом случае с использованием заводских дозиметров.

Регистрацию микро- и макроблоков размерами 2,5…700 м выполняют на фиксированных частотах (антенны и входные цепи согласованы с расчетными данными) 1…120 кГц.

Размеры блоков можно рассчитывать с использованием экспериментально установленных длин регистрированных электромагнитных волн из уравнения

где r _k - радиус компонента; a^-1 = 137 - постоянная строения компонентов; k - ступень или номер диапазона; l_ф - длина регистрируемой волны.

Регистрированные длины волн ЭМИ и расчетные значения радиусов блоков позволяют в свою очередь уточнять параметры измерительной аппаратуры (например, антенны) и, таким образом, уточнять избирательность (селекцию) регистрируемой информации.

Современные приборы для регистрации фотонной эмиссии, кроме фотоприемников, измерителей амплитуды, счетчика и блока питания, содержат также селекторы одноэлектронных импульсов. Усилители селекторов состоят из последовательно соединенных одинаковых двухкаскадных частот, собранных по зеркально симметричной схеме на быстродействующих транзисторах типа КТ372А и КТ363Б. В селекторах дискриминатором служит интегральный компаратор К597СА-1, который совместим с быстродействующими микросхемами серии К500. Блок-схема прибора представлена на рис.

Быстродействие селектора согласуется с параметрами современных фотоэлектронных умножителей. Максимальная скорость фотонов при этом определяется не электронной схемой селектора, а длительностью одноэлектронных импульсов ФЭУ.

Повышение разрешающей способности приборов, предназначенных для исследований энергии химических связей между атомами в горных породах и излучения зависимости последовательности разрывов межатомных связей от механических характеристик компонентов, связано с развитием инструментальных методов прогноза динамических состояний массива горных пород и исследований физических свойств их микроструктур.

Рис. Измеритель одноэлектронных импульсов:

1 - револьверное устройство со светофильтрами; 2 - фотоэлектронный умножитель;
3 - входная часть; 4 - усилитель; 5 - дискриминатор; 6 - ключ; 7 - электронный счетчик; 8 - цифровое табло; 9 - блок управления; 10 - таймер; 11 - стрелочный индикатор; 12 - генератор-преобразователь напряжения; 13 - выпрямитель-делитель напряжения; 14 - блок питания.