ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭМИССИИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА И КРАТКОСРОЧНОГО ПРОГНОЗА ИЗМЕНЕНИЙ НАПРЯЖЕННО- ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Для достижения целей настоящей диссертационной работы, заключающихся в разработке физических основ электромагнитных методов контроля подготовки и развития разрушения прочных горных пород по параметрам электромагнитных сигналов и характеристикам электромагнитной эмиссии, а также в разработке методов и средств мониторинга развития геодинамических событий по параметрам электромагнитных сигналов и характеристикам электромагнитной эмиссии горных пород, проведен определенный объем работы.
1. В процессе работы над диссертацией проведен анализ:
- изученности механизмов и разработанных моделей генерации электромагнитных сигналов диэлектрическими твердотельными материалами и горными породами;
- механизмов разрушения горных пород и связей характеристик акустической и электромагнитной эмиссий при механическом воздействии;
- условий формирования горного удара;
- методов, схем построения и параметров используемых приборов и средств контроля электромагнитных сигналов и электромагнитной эмиссии диэлектрических гетерогенных материалов и горных пород;
- направлений применения инфракрасной радиометрии для целей мониторинга развития деструктивных процессов в образцах и массивах горных пород;
- горно-геологической и гидрологической характеристик Таштагольского железорудного месторождения;
- физико-механических, электрических и магнитных свойства горных пород Таштагольского месторождения.
2. Разработан и изготовлен универсальный стенд, позволяющий исследовать закономерности изменений и измерять параметры электромагнитных откликов твердотельных диэлектрических образцов на внешнее импульсное акустическое воздействие. На этом же стенде возбуждаются и сами воздействующие акустические импульсы с заданными параметрами, измеряется скорость звука в образцах и его затухание. Возбуждение акустических импульсов происходит либо на основе обратного пьезоэлектрического эффекта в пьезоэлектрической керамике, либо ударом шарика с известным весом и скоростью налета.
3. Разработан и изготовлен стенд на основе пресса ИП-500 с компьютерным управлением, на котором возможно проводить исследования параметров электромагнитных сигналов и характеристик электромагнитной эмиссии при нагружении образцов горных пород одноосным сжатием или сдвигом до разрушения. При нагружении образцов возможно исследование изменений параметров токов поляризации, проводимости, ИК радиометрии и отслоения микрочастиц, в том числе и при внешнем акустическом воздействии. Кроме того, на этом стенде возможно изменять тип нагружения (линейный, ступенчатый или циклический), измерять деформацию образца и параметры акустических импульсов, возникающих при развитии разрушения исследуемого объекта.
4. Разработан, изготовлен и применен в лабораторных и шахтных условиях Таштагольского рудника и на других объектах полевой автономный программно-аппаратный регистратор РЭМС1, обеспечивающий измерение параметров и характеристик электромагнитной эмиссии и акустических импульсов модельных образцов, образцов и массивов горных пород по 6 каналам с усреднением за одну или пять секунд интенсивности потока ЭМЭ, амплитуд ЭМС и АС в широкой полосе частот (1-100) кГц, максимальных амплитуд в полосах с добротностью не более 5 и с центральными частотами 2.0, 15.0 и 100 кГц.
5. Разработан, изготовлен и апробирован в лабораторных и шахтных условиях Таштагольского рудника регистратор электромагнитных и акустических сигналов горных пород РЭМАС1. Регистратор обеспечивает прием в диапазоне частот (1-100) кГц ЭМС с высокой чувствительностью по входу не хуже 2-10-6 В и АС не хуже 5-10-5 В. В приборе возможна установка временного цикла обработки данных измерения от 8-10-3 до 128-10-3 секунд во всем диапазоне с выборкой по частотам не менее 1 кГц. Регистратор обеспечивает также непрерывную запись ЭМС и АС горных пород в процессе развития геодинамических явлений в течение 72 часов без смены или подзарядки аккумуляторов. Способы программной обработки регистрируемых ЭМС и АС служат для уменьшения объема выходных данных при мониторинге, а также для получения амплитудно-частотных параметров электромагнитных импульсов. Работа регистраторов РЭМАС1 в шахте Таштагольского месторождения и результаты обработки регистрируемых электромагнитных сигналов горных пород позволили сделать вывод о возможности использования их для первичной записи, предварительной обработки и передачи данных наблюдения ЭМЭ и АЭ в информационную сеть для дальнейшего анализа и принятия решений удаленным диспетчером. Защищенность прибора от пыли и влаги на уровне IP64.
6. Проведено теоретическое и экспериментальное обоснование для разработки и применения методов мониторинга и краткосрочного прогноза изменений напряженно- деформированного состояния горных пород в естественном их залегании по параметрам электромагнитных сигналов и характеристикам электромагнитной эмиссии.
7. Измеренное распределение зарядов на поверхности образцов горных пород сиенитового скарна, известняка, магнетитовой руды из Таштагольского месторождения и на поверхности кальцитового сталактита, взятого в качестве сравнительного образца, показало, что максимальная величина заряда находится в местах с наибольшим удельным сопротивлением. Причем такие максимальные значения заряда возникают как в горных породах с высоким удельным сопротивлением, имеющим низкоомные включения, так и на высокоомных включениях, имеющих низкоомное окружение основной породы, содержащейся в образце. Измерения поверхностного распределения заряда на сталактите с залеченной трещиной подтвердили этот вывод, так как сопротивление залеченной трещины на четыре порядка ниже, чем основной материал, из которого состоит сталактит.
8. Математическое моделирование изменений параметров ЭМС при разных
амплитудах акустического воздействия на дефектную структуру с постоянным зарядом
показало, что в результате акустоэлектрических преобразований на двойных электрических слоях происходит переизлучение энергии воздействующих акустических импульсов в энергию электромагнитных откликов. Также установлено, что амплитудно-частотные параметры излучаемых электромагнитных сигналов находятся в непосредственной связи с характеристиками детерминированных акустических воздействий и зарядовым состоянием дефектов структур. Изменение амплитуды ЭМС линейно зависит от величины заряда на обкладках дефекта и от величины возбуждающего акустического импульса при постоянном зарядовом состоянии дефекта.
9. На примере образцов кальцита экспериментально установлено, что электризация отличающихся по размеру структурных элементов приводит к их поляризации и к увеличению поверхностной плотности заряда с уменьшением размеров структурных элементов. Подобную зависимость имеет и время релаксации поверхностного заряда. При этом амплитуда электромагнитного отклика на внешнее акустическое возбуждение из крупнокристаллического образца выше, чем у мелкокристаллического. Такие закономерности изменения амплитуды ЭМС зависят от величины дипольного момента структурных элементов.
10. Математическое моделирование акустоэлектрических преобразований в слоистых твердотельных материалах, а также математическое моделирование изменений параметров электромагнитных откликов при импульсном детерминированном акустическом воздействии выявило закономерности преобразования на двойных электрических слоях энергии возбуждающих акустических импульсов в энергию электромагнитных откликов. Кроме того, показана связь амплитудно-частотных параметров генерируемых электромагнитных сигналов с зарядовым состоянием слоистых структур и характеристиками детерминированных акустических воздействий.
11. Полученные закономерности влияния электризации кальцитов на параметры электромагнитных сигналов показали, что в естественных условиях при изменении напряженно-деформированного состояния горных пород, по каким-либо причинам, вариации напряженности электромагнитного поля будут определяться и поляризационными токами, отражающими динамические процессы в очаге готовящегося разрушения.
12. Электрические и магнитные свойства горных пород и минеральных включений в них оказывают существенное влияние на амплитудно-частотные параметры ЭМС при акустических воздействиях. При этом амплитуды ЭМС нарастают при увеличении приложенных постоянных электрических или магнитных полей. При электризации вмещающих магнетитовую руду высокоомных образцов горных пород, например сиенита, в амплитудно-частотных спектрах проявляются его низкочастотные составляющие. Показано также, что изменения амплитуды ЭМС зависят от содержания магнетита в образцах руды и подчиняется явлению гистерезиса. Ориентация магнитных диполей магнетита без внешнего акустического воздействия сохраняется длительное время. Воздействие акустическими импульсами приводит ориентацию магнитных диполей в первоначальное не намагниченное состояние. Выявленные в ходе экспериментов закономерности позволяют оперативно и объективно с помощью аппаратурного контроля максимальной амплитуды ЭМС и акустического воздействия с равными параметрами определять содержания магнетитовой руды в кернах горных пород при разведочном бурении.
13. На контактах кристаллов и горных пород при акустическом возбуждении генерируются ЭМС с повышенной амплитудой и сложным частотным спектром. На примере кристаллов кварца, природного кварцита и других горных пород показано, что в спектре ЭМС всегда присутствуют резонансные частоты, связанные с размерами образца. Этот вывод важен для выбора частотного диапазона измерительной аппаратуры, используемой в лабораторных и натурных исследованиях ЭМС.
14. Параметры ЭМС исследуемых материалов и характеристики воздействующего акустического импульса находятся в непосредственной связи. Это обстоятельство указывает на то, что генерируемые при росте трещин акустические импульсы участвуют в формировании частотного спектра ЭМС как при развитии разрушения образцов, так и при формировании деструктивных зон в массивах горных пород. Изменения параметров возбуждающего акустического импульса и расстояния от излучающей поверхности приводят к изменениям регистрируемых параметров ЭМС.
15. Амплитуда электромагнитных сигналов, генерируемых в двух-, трех- и многослойных образцах при механоэлектрических преобразований, находится в прямой связи с амплитудно-частотными параметрами акустического воздействия. Наличие слоистых включений во вмещающих материалах резко меняет параметры распространяющегося акустического сигнала. При этом надо учитывать, что слой с меньшим акустическим импедансом отсекает высокочастотную часть спектра колебаний, но пропускает его низкочастотную часть. В соответствие с этим изменяются и амплитудно-частотные спектры электромагнитных сигналов слоистых сред, в том числе и горных пород. Наличие слоев и прожилков с акустическим импедансом равным волновому сопротивлению вмещающего материала или горной породы не будет вызывать значительных изменений амплитуды ЭМС вблизи включения. В области металлического слоя или, например, прожилка горной породы с повышенной проводимостью в слоистой системе происходит уменьшение амплитуды ЭМС.
16. На примере переменно-слоистой горной породы серпентинит и минералов из которых состоит его слоистая структура (серпентин и хризотил - асбест) показано влияние количества слоев на амплитуду ЭМС, которая превышает амплитуду ЭМС из каждого отдельного образца серпентина и хризотил - асбеста в десятки раз при тех же условиях эксперимента и размеров образцов. Возрастание амплитуды, несомненно, вызвано присутствием большого количества двойных электрических слоев на границах полосчатых чередований минералов серпентина и хризотил - асбеста. Этот факт подтверждают и измерения зарядового состояния поверхности серпентинита, и уменьшение амплитуды ЭМС при равном акустическом воздействии после удаления части слоев. Изменения распространения фронта акустического импульса относительно простирания слоев приводит к преобразованиям параметров спектра ЭМС. Кроме того, полученные результаты исследований и их анализ подтверждают резонансный колебательный механизм возбуждения ЭМС при акустическом возбуждении горных пород, имеющих сложное структурно-текстурное строение.
17. Экспериментальные исследования и математические расчеты обосновали положение о том, что в спектре ЭМС сложных по текстуре образцов всегда будут присутствовать частоты разной амплитуды, обусловленные биением из -за сложения близких частот акустических импульсов, возникающих при отражении от структурно включений. При этом набор частот может определяться как размерами структурно-текстурных неоднородностей, так и разностью скоростей акустических импульсов в них.
18. Экспериментальными исследованиями показано, что при акустическом возбуждении контакта высокоомной горной породы на примере системы «микродиорит - минерализованная вода» генерируемые ЭМС имеют параметры, изменяющиеся с увеличением концентрации NaCl в дистиллированной воде. Эти изменения носят двойственный характер. Так, с одной стороны, амплитудно-частотные параметры ЭМС определяются удельным электрическим сопротивлением водного раствора NaCl, что приводит к уменьшению амплитуды с увеличением концентрации соли. С другой стороны, увеличение концентрации NaCl в солевом растворе приводит к расширению частотного спектра ЭМС. С повышением концентрации контактирующего раствора NaCl появляются высокочастотные полосы с линейно возрастающими амплитудами. Показано также влияние величины приложенного электрического поля на параметры ЭМС из системы «микродиорит - минерализованная вода».
При возрастании напряженности электрического поля от 102 В/м до 2.5-102 В/м пропорционально увеличивается амплитуды ЭМС и его основных спектральных полос. Выявленные закономерности изменения амплитудно-частотных параметров ЭМС при контакте минерализованных водных растворов с горными породами необходимо учитывать при разработке информационной системы мониторинга и прогноза геодинамических событий в шахтном поле рудников.
19. Для электрической составляющей электромагнитной эмиссии горных пород было показано, что амплитуда спектральных составляющих ЭМС уменьшается при увеличении предельной прочности образца. Такой эффект с большой вероятностью обусловлен возбуждением ЭМС при прохождении акустического импульса через сетку микротрещин или дефектов с двойными электрическими слоями. Показано, что увеличение удельного электрического сопротивления на 10% приводит к снижению амплитуды спектральных составляющих ЭМС почти в 4 раза.
20. Для образцов магнетитовой руды прямой зависимости амплитуды спектральных составляющих ЭМС от предельной прочности не выявлено. Малое удельное электрическое сопротивление магнетитовой руды существенно понижает накопление зарядов на двойных электрических слоях, что и приводит к снижению амплитуды ЭМС в руде. При этом в образце магнетитовой руды с незначительным содержанием кварца почти в 10 раз повышается амплитуда ЭМС. Кроме того, анализ параметров ЭМС показал, что присутствие в образцах высокопроводящего минерала магнетита приводит к снижению амплитуды в 1,5-2 раза. Была обнаружена прямая связь между удельным электрическим сопротивлением породы и количеством содержащихся в ней минералов с высокой проводимостью. Эта связь обусловлено главным образом структурно-текстурным строением породы. Если между высокопроводящими минералами, такими как магнетит, в породе с высоким удельным электрическим сопротивлением нет непосредственных контактов, и они находятся в ней в виде изолированных друг от друга включений, то проводящие включения не оказывают заметного влияния на сопротивление породы и параметры ЭМС даже при очень высокой их концентрации. Полученные результаты необходимо учитывать при разработке методов мониторинга и краткосрочного прогнозирования изменений напряженно-деформированного состояния массивов по параметрам и характеристикам электромагнитной эмиссии массивов горных пород.
21. Анализ электромагнитной эмиссии при одноосном сжатии образцов горных пород позволил определить закономерные изменения амплитудно-частотных параметров сигналов. Эти изменения характеризуют этапы уплотнения, формирования очага разрушения, предшествующие разрушению и непосредственное разрушение. В спектре ЭМС всегда имеются частотные полосы характерные для разных этапов подготовки и развития разрушения образцов, связанных с размерами образующихся трещин. Кроме того, на всех этапах из-за близости возникающих трещин или из-за структурно-текстурных особенностей горной породы возможно появление сигналов, обусловленных биением. При приближении к разрушению образца всегда происходит смещение спектральных составляющих в область низких частот и возрастание амплитуды спектральных полос ЭМС. Полученные закономерности изменения амплитудно-частотных параметров электромагнитных сигналов и характеристик электромагнитной эмиссии горных пород могут быть успешно использованы для мониторинга и краткосрочного прогноза развития деструктивных зон и геодинамических событий в породных массивах.
22. Параметры амплитуды, частотного спектра, интенсивности импульсного потока электромагнитных сигналов, несут информацию о характеристиках воздействующих на гетерогенные материалы акустических импульсах и, как следствие, несут информацию о процессах подготовки и развития разрушения этих материалов. Диапазон амплитуд ЭМС, излучаемых горными породами Таштагольского рудника при импульсном акустическом воздействии, лежит в интервале от первых десятков микровольт до единиц вольт, частотный спектр - в интервале от единиц герц до единиц мегагерц, но наиболее значимыми являются частоты 1^80 кГц, которые определяются блочностью породного массива. Изменение интенсивности импульсного потока ЭМС должно характеризовать развитие процессов подготовки разрушения горных пород или других гетерогенных материалов.
23. Установлена связь токов поляризации и характеристик электромагнитной эмиссии. Показано, что характеристики ЭМЭ существенно зависят от проводимости горной породы. Присутствие в образцах горной породы минералов с низким удельным сопротивлением оказывает существенное влияние на эффективность МЭП и, соответственно, приводит к снижению амплитуды ЭМЭ. Показано, что амплитуда и интенсивность ЭМЭ диэлектрических вмещающих горных пород и магнетитовой руды при нагружении одноосным сжатием коррелируют с токами поляризации на всех этапах возникновения деструктивных зон и их развития, включая и этап уплотнения. Процессы изменения знака поляризационных токов в магнетитовой руде, вероятно, обусловлены совокупным влиянием возникающего электрического поля за счет роста трещин, движения дислокаций и точечных дефектов и изменением направлений ориентации магнитных диполей.
24. Экспериментально показано, что при развитии деструктивных зон происходит эмиссия микрочастиц, которые могут участвовать в генерации электромагнитных сигналов на стадиях предшествующих прорастанию трещин и в момент разрушения образцов горных пород, а, следовательно, при таких же процессах и в породном массиве.
25. Установлено, что инфракрасное свечение отверстий отображает процесс подготовки разрушения горных пород и его свершение. Основываясь на этом, можно эффективно использовать ИК термографию для определения этапов разрушения образцов горных пород и других твердотельных материалов, в том числе со сложной структурой. В слоистых и перемешанных двух и более компонентных твердотельных материалах появляется возможность выявления пороговых значений деструкции составляющих компонент при наложении различных типов силовой нагрузки. Кроме того, ИК термографию можно успешно применять для выявления напряженных участков массива горных пород.
26. Полученные результаты исследования являются основой для построения феноменологической схемы генерации и определения параметров электромагнитных сигналов при возникновении деструктивных зон и развитии разрушения горных пород в процессе изменения их напряженно-деформированного состояния.
27. В результате проведенных исследований электромагнитной эмиссии в шахтном поле Таштагольского железорудного месторождения электромагнитной эмиссии массива горных пород было установлено, что деформирование массива горных пород при изменении его напряжённого состояния практически всегда сопровождается изменениями параметров и характеристик электромагнитного поля. Следствием этого являются механоэлектрические преобразования, сопровождающиеся импульсными электромагнитными сигналами и электромагнитной эмиссией, параметры и характеристики которых зависят от изменений НДС массива горных пород.
28. Атмосферное электричество не оказывает заметного влияния на суточный ход электромагнитной эмиссии массива горных пород в рудных шахтах глубиной более 300 метров.
29. Мониторинг изменения во времени напряженно-деформированного состояния массивов горных пород по параметрам и характеристикам электромагнитной эмиссии предпочтительно вести на дайках, трещинах, других тектонических нарушениях и контактах пород, имеющих выход на разломы, зоны смещения и смятия, а также в места проведения технологических взрывов и ведения очистных работ.
30. Характеристики инфракрасного свечения скважин изменяются в соответствие с процессами подготовки разрушения горных пород, находящихся в меняющемся или действующем напряженно-деформированном состоянии горного массива. Основываясь на этом, можно эффективно использовать ИК термографию, наряду с электромагнитным профилированием, для определения мест с высоким НДС массива горных пород, а также выявлять места установки регистраторов электромагнитных сигналов типа РЭМС1 и РЭМАС1.
31. Выявление участков породного массива, находящихся в повышенном напряженно- деформированном состоянии, позволит существенно снизить количество используемых регистраторов электромагнитных сигналов. Это повысит эффективность прогноза развития и проявления геодинамических событий после технологических взрывов в массиве горных пород и при проведении очистных работ.
32. При использовании метода мониторинга возникновения и развитии деструктивных зон и геодинамических проявлений по параметрам и характеристикам электромагнитной эмиссии необходимо учитывать электрические и магнитные свойства горных пород, а также их удельную проводимость. Сравнение параметров и характеристик ЭМЭ, полученных при помощи емкостных и индукционных датчиков, показало, что индукционные датчики наиболее целесообразно устанавливать в массиве, сложенном магнетитовой рудой, обладающей магнитными свойствами и высокой проводимостью. Емкостные датчики эффективно устанавливать во вмещающих руду породах, характеризующихся высоким удельным электрическим сопротивлением.
33. Изменения характеристик электромагнитной эмиссии, возникающей вследствие механоэлектрических преобразований в горных породах, отображают изменения напряженно - деформированного состояния породного массива. Измерения интенсивности и амплитуды ЭМЭ горных пород в условиях шахт позволяет определять реальные времена подготовки геодинамических событий и их проявления, а также выявлять особенности перераспределения НДС массива. Знание этих особенностей позволит правильно и эффективно осуществлять управлением разгрузкой массива горных пород с целью профилактики безопасного ведения разведочных, проходческих, очистных и строительных работ.
34. Выявлено три основных временных процессов изменения НДС после взрыва, которые проходят в течение секунд, минут и часов. Первое из них это взрывное изменение НДС горного массива в течение первых двух десятков секунд и прохождение «горного удара» с задержкой в течение десятков секунд. Затем последующая в течение нескольких минут релаксация возбужденного состояния массива после «горного удара». В отсутствии «горного удара» релаксация может продолжаться в течение нескольких часов. При этом возможно повторное возбуждение массива за счет протекания геодинамических смещений и проявлений, которое может длиться во времени до 17 и более часов. При этом нарастание возбужденного состояния массива может продолжаться в течение 1-2 часов с возвратом в течение часа в относительно устойчивое состояние на новом стабилизированном уровне.
35. Результаты исследований и совместного анализа электромагнитной и акустической эмиссии горных пород, спектральных параметров электромагнитных сигналов, данных сейсмических наблюдений до технологических взрывов, в период их проведения и при релаксации породного массива в разные времена года показали связь изменений напряженно- деформированного состояния породного массива, характеристик и параметров ЭМЭ горных пород.
36. Из результатов наблюдений следует, что по амплитудно-частотным параметрам электромагнитных сигналов горных пород можно судить о развитии трещинообразования и, соответственно, о развитии деструктивных зон и динамике массива.
37. Сезонные измерения с целью изучения влияния влажности на показатели электромагнитной активности в шахтном поле Таштагольского месторождения в период релаксации породного массива показали, что на характеристики регистрируемой электромагнитной эмиссии влажность в шахтном поле рудника оказывает влияние в большей степени по электрической составляющей электромагнитного поля и в меньшей степени на показания по индукционной составляющей.
38. Для объективного представления об изменении напряженно-деформированного состояния массива, образования деструктивных зон и их развития, проявления геодинамических событий по характеристикам электромагнитной эмиссии важным является расположение зон и центров событий по отношению к месту нахождения регистраторов ЭМЭ.
39. Проведенные натурные исследования показали, что объективно существует связь между сейсмическими событиями в шахтном поле рудника, электромагнитной и акустической эмиссией горных пород как накануне события, так и в момент времени его прохождения. В районах шахтного поля, где проводился мониторинг, зарегистрированы изменения ЭМС, которые связаны с формированием деструктивных зон в исследуемых участках.
40. При проведении мониторинга выявлено, что все сейсмические события фиксируются приборами РЭМС1 и РЕМАС1 по параметрам и характеристикам электромагнитной и акустической эмиссий.
41. Проведенные натурные исследования показали, что выбранный при проектировании автономных регистраторов диапазон частот от 1.0 до 100 кГц для мониторинга образования деструктивных зон и развития геодинамических событий в шахтном поле рудника с прочными и упругими горными породами является наиболее информативным и достаточным.
42. Модельные эксперименты, показавшие уменьшение амплитуды ЭМЭ от последующих ударов, равных по энергии первоначальным ударам, позволили объяснить явление плавного изменения параметров электромагнитной эмиссии после некоторых мощных технологических взрывов. Это указывает на то, что после взрыва происходит медленное сдвижение массива горных пород с разной скоростью и с перераспределением НДС по разломам и другим плоскостям скольжения. Наблюдающиеся пиковые значения амплитуды ЭМЭ отображают наиболее мощные по энергии сколы при перемещении породной массы или ускоренное их сдвижение в этот промежуток времени.
43. Используя данные по связи изменений НДС и характеристик ЭМЭ возможно уже на стадии предварительной обработки данных мониторинга параметров и характеристик электромагнитной эмиссии горных пород судить о развитии деструктивных зон и геодинамических проявлений.
44. На основе проведенных исследований в шахтном поле Таштагольского месторождения разработан алгоритм и схема проведения мониторинга и краткосрочного прогноза изменений напряженно-деформированного состояния массива горных пород по параметрам и характеристикам электромагнитной и акустической эмиссий, включая инфракрасное свечение скважин.
45. Разработанный алгоритм позволяет выявлять во временных рядах измерений амплитуд ЭМЭ особенности, характерные для этапа, предшествующего разрушению лабораторных образцов горных пород. Кроме того, данный алгоритм может быть успешно использован в составе программного обеспечения информационной системы, которая предназначена для мониторинга изменения НДС массивов горных пород и прогноза удароопасности по параметрам и характеристикам ЭМЭ после технологических взрывов и проведения очистных работ в рудниках.
46. Создан и апробирован в шахтных условиях Таштагольского месторождения макет информационной системы для передачи данных от регистратора на удаленный компьютер. В качестве первичного приемника информации об электромагнитных и акустических сигналах массива горных пород предполагается использовать программно-аппаратный регистратор РЭМАС1.
Таким образом, проведенные теоретические, лабораторные и натурные исследования параметров и характеристик электромагнитной эмиссии показали, что для разработки и создания метода мониторинга и краткосрочного прогноза развития геодинамических явлений в подземных сооружениях по параметрам электромагнитных сигналов и характеристикам электромагнитной эмиссии выполнены все поставленные задачи.
1. Созданы комплексные методы мониторинга и прогноза развития деструктивных зон и геодинамических явлений по параметрам электромагнитных сигналов и характеристикам электромагнитной эмиссии горных пород, в том числе с использованием ИК радиометрии.
2. Разработаны приборы и средства мониторинга для исследований параметров электромагнитных сигналов и характеристик электромагнитной эмиссии гетерогенных материалов и горных пород:
- в лабораторных условиях при акустическом возбуждении и одноосном сжатии, в том числе при приложении электрических или магнитных полей;
- в натурных условиях шахты непрерывно до 170 часов при возбуждении взрывом массива горных пород, в том числе до взрыва, во время его проведения и в период релаксации механических напряжений в породном массиве.
3. На основании лабораторных и натурных исследований с применением созданных регистраторов электромагнитной и акустической эмиссий РЭМС1 и РЭМАС1 разработан метод для мониторинга и контроля развития деструктивных зон и геодинамических процессов по параметрам и характеристикам электромагнитной эмиссии массива горных пород, а также макет информационной системы такого мониторинга.
4. Математически смоделирован и экспериментально определен спектр амплитудночастотный параметров электромагнитных сигналов при детерминированном акустическом воздействии на образцы с различными структурными особенностями, электрическими, сегнетоэлектрическими и магнитными свойствами, при поляризации образцов и приложении электрического и магнитного полей, а также образцов, контактирующих с солевыми водными растворами.
5. Экспериментально выявлены закономерные связи амплитудно-частотных параметров электромагнитных сигналов и характеристик электромагнитной эмиссии образцов горных пород на разных этапах подготовки и развития разрушения одноосным сжатием.
6. Разработаны способы выявления наиболее эффективных мест установки приборов электромагнитного мониторинга геодинамической обстановки в натурных условиях шахтного поля рудников.
7. Разработана феноменология возникновения и развития геодинамических явлений в массивах горных пород при взрывных воздействиях. Для чего установлены закономерные связи изменений напряженно-деформированного состояния горных пород с амплитудно-частотными параметрами электромагнитных сигналов и характеристиками электромагнитной эмиссии породного массива. На основании полученных закономерностей определены диапазоны наиболее эффективных частот для мониторинга образования и развития геодинамических проявлений различного характера.
8. Разработаны алгоритм и схемы информационной системы мониторинга и краткосрочного прогноза развития геодинамических событий по параметрам ЭМС и характеристикам ЭМЭ массива горных пород.


Купить