ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Частная научно-исследовательская работа.

Цель - исследовались электромагнитные импульсы при нагружении щелочно-галоидных кристаллов. Высвечивание обусловлено электрическими разрядами между берегами трещин. При наложении на кристалл поперечного поля напряженностью 5-10 ⁶ В/м скорость движения трещины уменьшается, примерно, на порядок или движение останавливается.

В зависимости от величины горного давления взрывоопасной может быть различная концентрация метана. Повышение температуры также расширяет пределы возгораемости газа.

Количественный анализ процесса разрушения тела с трещиной (без учета взрыва метановоздушной смеси) может быть проведен на основе закона сохранения энергии:

, (1)

где s_ij и - компоненты тензора напряжений и вектора скорости смещения на поверхность тела s (включая поверхность трещины); n _i - компоненты внешней нормали к поверхности s; u - внутренняя энергия тела, Дж; т - абсолютная температура, К; s - энергия, Дж/К; К - кинетическая энергия частиц тела, Дж; g - поверхностная энергия, Дж/м ²; t - время, с; d - вектор электрической индукции поля, Кл/м ²; v - объем тела, м ³; e - абсолютная диэлектрическая проницаемость тела, Ф/м.

Уравнение (1) означает, что работа внешних сил, приложенных к телу, частично переходит во внутреннюю энергию, энергию возникающего электрического поля, в кинетическую энергию частиц тела (при раскрытии берегов трещины) и поверхностную энергию (вследствие увеличения свободной поверхности трещины) за вычетом тепла, рассеиваемого в окружающей среде. Если пренебречь кинетической энергией, то в условиях теплообмена с окружающей средой при Т = const, u _i = const одновременный рост поверхности трещины и энергии возникающего электрического поля возможен при уменьшении свободной энергии тепла f = v- ts.

Предположим, что имеем дело с хорошим диэлектриком, способным долгое время сохранять сообщенный ему заряд. Тогда из формулы (1) можно получить условие равновесия тела с трещиной (условие минимума свободной энергии):

, (2)

где v - коэффициент Пуассона;

К _i,ii,iii - коэффициенты интенсивности напряжений, Н Чм ^-3/2;

m - модуль сдвига, Н/м ²;

s - поверхностная плотность зарядов на берегах трещины, Кл/м ²;

j - разность потенциалов между ее берегами, В.

Последнее слагаемое в выражении (2) представляет собой энергию электрического поля на единицу поверхности вновь образовавшейся трещины Для наиболее распространенного в лабораторной практике нормального отрыва имеем:

К _ii = К _iii = 0; К _i = ,

где Р _кр - критические значения напряжения нормального отрыва, Н/м ²;

а - половина длины трещины, м.

Условие (2) в этом случае аналогично уточненному критерию Гриффитса:

(1- v) pap²_кр / (2 m) + 2 g + sj = 0. (3)

Откуда

. (4)

Исследовалось световое излучение, сопровождающее разрушение на воздухе базальтов, габбро, мраморов, спессартитов, гранитов, песчаников, алевролитов, углей и других пород. Регистрация осуществлялась с помощью фотоэлектронного умножителя, усилителя и записывающего осциллографа. Установлено, что излучение синхронно с процессом образования и движения магистральной трещины отрыва и охватывает инфракрасную, видимую и ультрафиолетовую части спектра. Излучение наблюдалось практически у всех образцов.

Выделение дополнительной энергии в ходе химической реакции горения метана в полостях и трещинах, которое инициируется электрическим разрядом, представляет «активационный механизм», (Зборщик М.П., Назимко В.В. О роли механоэмиссии в механизме газодинамических явлений. - Уголь Украины, 1985. № 1. - С. 32-34). Поэтому дополнительным прогностическим показателем выбросоопасности должна служить либо плотность зарядов s, возникающих на берегах трещин в растрескиваемых породах, либо поверхностная плотность энергии электрического поля sj. Увлажнение пород ненамного уменьшает время (10 ^-7-10 ^-10 с) релаксации зарядов в горных породах. Одним из способов борьбы с инициированием газодинамических явлений может служить способ предварительного затупления углов трещин с помощью импульсного электрического поля.