ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Частное техническое решение, имеющее самостоятельное значение.

Цель - повышение эффективности контроля состояния массивов вокруг горных выработок.

В условиях Таштагольского рудника массивы горных пород вокруг глубоких подземных выработок под влиянием тектонических процессов и ведения горных работ испытывают повышенные геомеханические напряжения.

Регистрируемый с помощью измерителей фотонной эмиссии оптический диапазон энергий фотонов, соответствующий химическим и атомным связям, составляет 0,4…27 эВ. Расчетный диапазон квантов энергий ионной связи и связи валентных электронов равен 0,19874…27,22738 эВ. При насыщении энергиями валентных электронов происходят разрывы ионных связей. При этом в поле их излучения появляются электроны и фотоны с граничной частотой.

На основании известного положения, что энергия фотонов с граничной частотой равна энергии основного соответствующего уровня, можно составить соотношение для определения потенциальных энергий локальных участков массивов горных пород.

Е _ф = hn₂ = e_в.ур. = a^kzm _ec², (1)

где k = 3, 2, 1 - номер диапазона частот (уровней); z - атомный номер. Используя соотношение (1) для различных диапазонов можно получить аналитические выражения для определения потенциальных энергий возбужденных валентных уровней

e _uv = dhn_un_в.ур. (2)

где d - валентность; n - количество атомов в единице объема, уровней внутренних электронов

(3)

и ближних к ядру электронов

(4)

На основе известных представлений и результатов натурных исследований фотонной эмиссии, таким образом, установлена закономерность квантования энергий связи в массиве горных пород.

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

Е _i=a^kib_im _ec ², (5)

где a^ki - определяет диапазон квантования; ( a³b_i) m _ec² - диапазон энергий связи внешних электронов, ( a²b_i) m _ec² - диапазон энергий связей внутренних электронов;
( a²b_i) m _ec² - диапазон энергий связей ближних к ядру электронов; b = 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 возбуждения атома).

Отношение объемной плотности потенциальной опасной энергии горных пород к объемной плотности энергии, необходимой для их разрушения, В ў, представляет показатель удароопасности, близкий по смыслу и значению к известному удароопасности В, полученному в лабораторных условиях, табл.

Параметры энергий связи (и соответствующие им расстояния взаимодействий l) являются основными величинами, характеризующими физико-механические свойства компонентов массива, они являются также параметрами прогноза степени удароопасности компонентов массива с использованием eў_v, eўў_v, l, В ў и Ф _е или n (параметры излучения).

При нагружении блока, компонента массива, за счет внешнего воздействия во всем его объеме повышается потенциальная энергия и при достижении ею величины объемной плотности энергии «основного состояния компонента», характеризующегося «Наименьшей энергией связи», происходит разрушение компонента, то есть геомеханические напряжения достигают величины предельной прочности компонента. Устойчивость горной выработки при этом характеризуют размеры и прочности блоков, через которые она проходит. Устойчивость выработки выше, если размер блока превосходит в 2-3 раза размер её сечения и блок сложен из плотных пород.

Таблица

Критерии удароопасности горных пород Таштагольского рудника