CC BY
74
УДК 622.831:681.3:512.2
М.Б. Устюгов, А.Н. Поспелов, М.Я. Воронин
СГГ А, Новосибирск
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД И ИХ РЕГИСТРАЦИЯ
Горные породы и рудные тела при трещинообразовании излучают электромагнитные волны в широком диапазоне частот. Природа этого явления связана с перемещением дислокаций, несущих электрические заряды в поле высоких механических напряжений. Другим источником излучения являются экзоэлектроны (тепловые электроны), вылетающие из материала через свежеобразованные поверхности трещин и формирующие на них зарядовую мозаику. Пролеты электронов, колебательные движения заряженных берегов трещин, взаимодействие электрических зарядов на берегах трещин приводит к появлению электрических токов и формированию электромагнитных полей. Этот эффект находит применение в бесконтактной дефектоскопии, используется при прогнозировании землетрясений в сейсмологии при контроле и прогнозировании динамических проявлений в горной промышленности при изучении физико-механических процессов в массивах горных пород в геомеханике в современных направлениях физики твердого тела и ряде других областей науки и техники.
Особый интерес представляет использование этого явления для бесконтактного измерения качественных характеристик горного давления, при котором измеренное на выходе усилителя и превращенное в цифровую форму напряжение характеризует качественное изменение среднего действующего давления в массиве горных пород. Величину электромагнитного излучения (ЭМИ) характеризует определенный фон, а его колебания около устоявшегося уровня означают флуктуацию горного давления.
Как показывают исследования сигналов ЭМИ горных пород в технологических скважинах рудника «Октябрьский» ОАО «ГМК «Норильский никель» интенсивность излучения может меняться в пределах рабочей смены, что вызывается проведением взрывных работ и приложением к массиву больших энергий. При этом накопленная потенциальная энергия в массиве медленно разряжается. Так, при испытаниях скважинного зонда на глубинах соответственно 600 и 1250 м замечено снижение показаний прибора с 54 до 21 и с 74 до 35 отн. ед., соответственно, в течение следующей после проведения взрывных работ смены.
С увеличением глубины заложения горной выработки прямо пропорционально увеличивается амплитуда сигналов ЭМИ. Оснащение горных предприятий приборами, чувствительными к сигналам электромагнитного излучения горных пород, подключение их к общей сети сбора информации и выдача ее на дисплей поверхностного монитора
обеспечат оперативное слежение за горным давлением на каждом из рабочих участков горного предприятия.
Оценка степени удароопасности приконтурной зоны горных выработок рудника ООО «Абаканское рудоуправление», проведенная в сентябре 2002 г. сотрудниками ИГД СО РАН и Службой Горных Ударов рудника с помощью регистрирующего прибора ИЭМИ -1, показала, что в выработках на глубине 985 м наблюдается интенсивный фон излучения ЭМИ (345 - 377 отн. ед.). Показания увеличиваются на контакте порода -руда и на участках, где возможно обрушение призабойной массы. В частности, величина ЭМИ в забое заезда на полевой штрек составляла 365 - 372 отн. ед. При этом максимум сигнала - 372 отн.ед. -
-5
зарегистрирован в момент отвала 1 м3 раздробленной породы. В полевом штреке и квершлаге после окончания взрывных работ и проветривания сигнал соответствовал 350 отн. ед. Расположение прибора в зоне контакта порода - руда дало увеличение показаний до 355 - 360 отн. ед.
Для борьбы с подобными явлениями разработан прибор - измеритель электромагнитного излучения массивов горных пород, основное назначение которого - контроль и прогноз динамических проявлений и обрушений на подземных и строительных объектах для обеспечения безопасных условий ведения работ. В отличие от известных аналогов, прибор имеет существенно меньшие габариты и массу при более высокой чувствительности.
Область применения.
Подземные горные работы в рудной, химической, строительной отраслях. Гидротехнические объекты энергетики. Подземные объекты атомной промышленности.
Устройство и принцип действия.
Устройство и принцип действия прибора основаны на использовании радиотехнических средств регистрации электромагнитных полей.
В функции прибора входит измерение уровня электромагнитного излучения, представление информации на цифровом табло, звуковая и световая аварийная сигнализация в моменты повышения интенсивности регистрируемого излучения.
В конструкции использованы современные элементы микроэлектроники, малогабаритные источники питания и индикации. Прибор прост в обслуживании, надёжен в эксплуатации и соответствует требованиям эргономики.
Технические характеристики.
Индикация
В аварийных режимах контролируемого объекта
Рабочий диапазон частот, Гц
Неравномерность частотной характеристики
в рабочем диапазоне частот, дБ
Динамический диапазон, дБ
цифровая световая и звуковая (10 - 70)
±3
не менее 40
Чувствительность при отношении сигнал/шум 3 дБ, В/м не более 5,6 Напряжение питания, В 9
Диапазон рабочих температур, ° С -5 - 40
Время непрерывной работы, час. не менее 24
-5
Г абариты, мм 150 х 75 х 30
На основе последних исследований [1] рекомендуется расширить диапазон измеряемых значений параметров электромагнитных волн вплоть до диапазона сверхвысоких частот. Это требует разработки новейшего регистратора ЭМИ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Курленя М. В., Вострецов А. Г., Кулаков Г. И., Яковицкая Г. Е. Регистрация и обработка сигналов электромагнитного излучения горных пород. - Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения РАН, 2000. - 232 с.
© М.Б. Устюгов, А.Н. Поспелов, М.Я. Воронин, 2005
