ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

ПОДРОБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

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

Номер

30-071-02

Наименование проекта

Способ определения степени удароопасности в капитальных и подготовительных выработках по частоте излучения и энергоемкости горных пород

Назначение

Цель - разработка способа оперативной оценки степени удароопасности массива пород при ведении горных работ в подготовительных выработках.

Рекомендуемая область применения

Определение динамического состояния подземных сооружений.

Описание

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Цель - оперативная оценка опасности динамического состояния массива пород при ведении горных работ в подготовительных выработках.

Предварительно в лабораторных условиях определяют по минерально-химическому составу горных пород энергоемкость массивов вмещающих пород. Затем, в капитальных горных выработках на нагруженных участках массивов регистрируют частоту излучения и по максимальным значениям узких диапазонов частот изучают их соответствие различным состояниям горных пород.

По полученным данным оценивают в течение 2-3 минут состояние массивов вокруг подготовительных выработок при ведении горных работ.

По результатам исследования массивов горных пород Таштагольского месторождения в пределах шахтного поля методами фотонной эмиссии и эффективного электрического сопротивления, а также исследования горных массивов в зоне сдвижения и вне шахтного поля методом естественного электрического потенциала в периоды землетрясений с 1988 года по 1990 год отмечено, что сильные изменения электрического поля, сопротивления и ФЭ связаны с изменениями напряжённого состояния огромных объёмов горных пород, исчисляемых многими сотнями кубических километров, высвобождающих энергию в течение процессов, которые предшествуют и сопровождают землетрясения. Результаты лабораторных и натурных исследований приведены в табл.

Распределение потенциальной энергии в твёрдом теле (породе, между ионами), в атомах и ядрах осуществляется на кратные величины, пропорциональные постоянной Планка . Таким образом, горные породы, обладая сложной гетерогенной структурой, тем не менее совместно с образующими их ионами, атомами и ядрами образуют единую систему с единой закономерностью сквозного квантования всей структуры основных уровней энергии электрических связей.

Результаты исследований показывают, что величины квантов энергий ионных уровней, способствующих миграции потенциальной энергии, пропорциональны величинам энергий соответствующих регистрируемых фотонов.

Зная количество атомов в единице объёма (площади), можно определять энергоёмкость стационарного состояния пород на данной глубине, а по максимальной регистрируемой частоте можно определять глубину заселения возбуждений в атомах и рассчитывать накопленную потенциальную энергию пород исследуемого участка.

При экспериментальном определении потенциальной энергии и динамического состояния участков массива горных пород предварительно определяют химический состав пород исследуемого участка массива, валентности и атомные номера элементов.

Затем регистрируют диапазоны частот ФЭ пород исследуемого участка. Измерения выполняют с поверхностей скважин до глубины 10 м методом ФЭ. В натурных условиях нагруженные породы деформируются. Этот процесс сопровождается образованием микротрещин, излучением граничных фотонов, что подтверждается эмиссией электронов. Известно, что энергии регистрируемых с граничной частотой фотонов равны энергиям соответствующих основных уровней атомов,

Е ф. = hnr = eв.ур., (1)

где nr - граничная частота фотона.

По данным найденных величин и соотношению (2) определяют спектры энергий

Е в.ур. = akzm ec2, (2)

где k - номер диапазона; a = 1/137; z - номе атома.

Используя уравнения (3)-(5) и энергию регистрируемых граничных фотонов, колонка 5, табл. можно получить аналитические выражения для определения потенциальной энергии (колонка 4, табл.) возбужденных валентных уровней:

Е вал. = , (3)

где d - валентность; n - число атомов в 1 м 3,

уровней внутренних электров

Е ўвн. = , (4)

и ближних к ядру электронов

Е Ібл. = . (5)

Таким образом, на основе известных представлений о том, что энергия граничных фотонов равна энергии соответствующих основных уровней, что связь фотона с атомом и электрона с ядром характеризуется постоянной тонкой структуры и результатов экспериментальных исследований фотонной эмиссии в натурных условиях, установлена закономерность квантования энергии в массиве горных пород. На рис. приведены графики, соответствующие различным степеням удароопасности участков массива пород.

Данный способ прогноза применяется для определения степени удароопасности массивов пород вокруг капитальных и подготовительных выработок.

Таблица

Параметры энергий и фотонной эмиссии массивов горных пород

Таштагольского месторождения

Энергии основных уровней ионов, атомов и ядер

Удельная

энергия

Е s, Дж/м 2

Объемная

плотность

энергии

e v, Дж/м 3

Потенциальная

энергия

Е пот., Дж/м 3

Диапазон длин волн фотонной эмиссии

l, м

1

2

3

4

5

e u

Магнетитовая руда

Е us = 850-1150

Е uv = e us= e usЧ5 Ч10 9 = 5,75 Ч10 12

0 ё5,75 Ч10 12

Инфракрасное, видимое ультрафиолетовое

Скарн

Е us = 760

6,3 Ч10 -6ё5,2 Ч10 -8

Диоритовый порфирит

Е us = 740

e

Сиенит, сланцевый туф

Е us = 680

es = eўusЧ137

e=eўesЧ5Ч10 9

0ё3,45 Ч10 13

ультрафиолетовое

5,2 Ч10 -8ё2,9 Ч10 -10

eўўe

eўўes=eusЧ137 2

eўўey=eўўesЧ5Ч10 9

0ё10 15

ультрафиолетовое, рентгеновское

2,9 Ч10 -10ё2,3 Ч10 -12

eр

eps=eusЧ1836Ч137 2

epv=epsЧ5Ч10 9

0ё1017

Рентгеновское, гамма излучения

2,3 Ч10 -12ё1,5 Ч10 -15

Рис. Изменение величины и длительности импульсов фотонной эмиссии
при разных категориях удароопасности массива:

а - в вертикальной скважине, пробуренной в почве буровой, гор. -210 м, руда;

б - в скважине, пробуренной в западном борту блока 21, гор. -210 м,

подэтажная выработка, руда;

в - в скважине, пробуренной в борту 26, гор. -210 м, район ВДПУ-15, руда.

Преимущества перед известными аналогами

Оперативностью и информативностью оценки состояний массивов пород.

Стадия освоения

Внедрено в производство

Результаты испытаний

Соответствуют технической характеристике приборов

Технико-экономический эффект

150 тыс. руб. в год на один рудник.

Возможность передачи за рубеж

Возможна передача за рубеж

Дата поступления материала

04.12.2002

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.)