ВВЕДЕНИЕ 17
1 Литературный анализ исследований диагностических 19
критериев разрушения на основе электромагнитного излучения
1.1 Механизмы разрушения горных пород, основные гипотезы 20 об источниках генерирования электромагнитного сигнала
1.2 Основные закономерности генерирования ЭМС при 30
нагружении пород в лабораторных условиях
1.3 Использование электромагнитной эмиссии для контроля 33
изменения напряженно-деформированного состояния массивов горных пород
1.4 Постановка задачи исследования 41
2 Методика проводимых исследований 43
2.1 Методика исследования образцов горных пород при 43
одноосном сжатии
2.2 Методика исследования образцов горных пород при 45
динамическом возбуждении
2.3 Методика исследования влияния электрического и 48
магнитного полей на параметры электромагнитных сигналов образцов горной породы при динамическом возбуждении
2.4 Объект исследования 50
3 Экспериментальные исследования 52
3.1 Исследование параметров электромагнитных сигналов при 52 статическом воздействии на образцы горной породы
3.2 Исследование влияния электрического и магнитного полей 57
на параметры электромагнитных сигналов образцов горной породы при динамическом возбуждении 4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 63
ресурсосбережение
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности 63
проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения
4.1.1 Потенциальные потребители результатов 63 исследования
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 64
4.1.3 Т ехнология QuaD 67
4.1.4 SWOT-анализ 70
5 Социальная ответственность 76
5.1 Производственная безопасность 76
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут 76 возникнуть при проведении исследований и эксплуатации
5.2 Обоснование мероприятий по защите исследователя от 77
действия опасных и вредных факторов
5.2.1 Мероприятия по электробезопасности 77
5.2.2 Мероприятия по выполнению норм естественного и 79
искусственного освещения
5.2.3 Мероприятия по борьбе с производственным шумом 80
5.2.4 Мероприятия по обеспечению электромагнитной 81
безопасности
5.2.5 Мероприятия по обеспечению безопасности 82
оборудования для работников
5.3 Экологическая безопасность 84
5.3.1 Анализ влияния объекта исследования на 84
окружающую среду
5.3.2 Анализ «жизненного цикла» объекта исследования 85
5.3.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей 85 среды
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях
5.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при 86 исследовании механоэлектрических преобразований в образцах горной породы
5.4.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и 86 разработка порядка действия в случае возникновения ЧС
5.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения 87 безопасности
5.5.1 Организационные мероприятия при компоновке 87 рабочей зоны
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приложение А - Раздел ВКР, выполненный на иностранном 102 языке
В начале 70-х годов в Томском политехническом институте под руководством профессора Воробьева А.А. в лабораторных условиях при механическом воздействии на диэлектрические материалы были зафиксированы электромагнитные сигналы. Появление таких сигналов происходит при переходе механической энергии в электромагнитную [1]. Обнаруженное явление было названо механоэлектрическим преобразованием. В дальнейшем наибольшее число исследований посвящено изучению ЭМС при механическом воздействии на диэлектрические материалы. Трансформация механической энергии в электромагнитную зависит от свойств взаимодействующих систем, являющихся носителями энергии и концентрации энергии в них. Воробьев А.А. указывал [2, 3], что все виды энергии могут превращаться в механическую, которая в земных недрах может превратиться в электрическую. Для такого превращения необходимо получение свободных зарядов или заряженных частиц и электрического поля, что может при воздействии на твердое тело достигнуто многими путями, когда образуются заряженные дефекты структуры. Таким образом, причиной появления электромагнитных сигналов является появляющийся или изменяющийся на поверхностях диэлектриков при их деформировании электрический заряд.
Первые проведенные исследования обнаружили, что электромагнитная эмиссия, которая возникает при механоэлектрических преобразования, имеет зависимость от прочности горных пород. В сложных гетерогенных системах, такие как горные породы, весьма естественно ожидать некоторые зависимости интенсивности ЭМС от строения и состава, а также и от характера деформации.
На сегодняшний день в проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники диэлектриков и полупроводников (ПНИЛ ЭДиП) Томского политехнического университета (ТПУ) идут разработки метода мониторинга изменений напряженно-деформированного состояния массивов горных пород и прогноза удароопасности, основанные на явлении механоэлектрических преобразований энергии [4,5]. Как было уже написано выше, горная порода в массиве для исследований является довольно сложным объектом, так как сами горные породы, слагающие массив, имеют свои физические свойства. Во время отработки месторождений возникают изменения механических напряжений, которые сопровождаются различными динамическими проявлениями. В этом состоянии в массиве активно происходят механоэлектрические преобразования. И тут главное, зная характеристики электромагнитной эмиссии или параметры электромагнитных сигналов, найти основные признаки готовящегося динамического проявления. Поэтому, важно знать ключевые закономерности механоэлектрических преобразований в различных ситуациях. Один из механизмов формирования электромагнитных сигналов представляет собой отклик на внешнее акустическое возбуждение, которое появляется в процессе локальной динамической перестройки структуры горных пород. В связи с этим, одним из возможных способов разработки методов мониторинга геодинамических событий и контроля за процессом разрушения является моделирование в лабораторных и натурных условиях. Это позволит найти зависимость между параметрами механоэлектрических преобразований и объекта исследования.
