Взаимосвязь параметров электромагнитных сигналов с изменением напряженно-деформированного состояния горных пород

Яворович, Людмила Васильевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Взаимосвязь параметров электромагнитных сигналов с изменением напряженно-деформированного состояния горных пород
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Взаимосвязь параметров электромагнитных сигналов с изменением напряженно-деформированного состояния горных пород"

На правах рукописи

ЯВОРОВИЧ ЛЮДМИЛА ВАСИЛЬЕВНА

ВЗАИМОСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СИГНАЛОВ С ИЗМЕНЕНИЕМ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Специальность 25.00 20 «Геомеханика, ра(рушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и торная теплофизика»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидат а технических наук

ТОМСК - 2005

Работа выполнена в Томском политехническом университете.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, кандидат конических наук

Ведущая органишция

Суржиков Анатолий Петрович

Кулаков Геннадий Иванович Кривецкий Андрей Васильевич

Инстшуг физики прочности и материаловедения СО РАН

Зашита сосюится « /4 »октября 2005 г в часов па заседании

диссертационного сове)а ДОСП 019 01 при ИГД СО РАИ (I. Новосибирск, Красный проспект, 54)

С дисссртациси можно ознакомиться в библиотеке ИГД СО РАН

Автореферат разослан « -/3 »сгнтябгя 2005 г.

Ученый секретарь диссертационно! о совета доктор 1ехнических наук, профессор

Федулов А И

mMJ.

1ml 3

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Горные удары, обвалы, внезапные выбросы и другие виды reo динамических проявлений являются причинами, затрудняющими разработку месторождений полезных ископаемых. Эти процессы порождаются действием в массивах горных пород полей больших механических напряжений, увеличивающихся с глубиной отработки, а также из-за структурных неоднородностеи и нарушенности массива и определяются свойствами слагающих его горных пород В последние годы в районах разработки и добычи полезных ископаемых участились случаи проявления горно-тектонических ударов и техногенных землетрясений, что влечет за собой экономические и человеческие потери. Поэтому проблема оценки изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) массивов горных пород, прогноз и предупреждение удароопасности приобретет особую остроту Различия в механизмах i еодинамических явлений, энергии и степени воздействия на окружающую среду определили различные подходы к оценке напряженно-деформированного состояния (аких массивов и прогнозу динамических явлений в них.

В Томском политехническом университете (1ПУ), Инаитуте горною дела СО РАН, Институте Физики Земли, В11ИМИ, Кузбасском государственном техническом университете, Институю геофизики (i Тбилиси) ведется изучение ме-ханоэлектрических преобразований энергии в горных породах. На основе изучаемого явления разрабатывается метод оценки изменения НДС массивов горных пород и прогноза удароопасносш Началом лих работ послужили исследования сотрудников ТПУ, начатые в конце 60-тдов под руководством чл.-корр. АПН, профессора A.A. Воробьева. Исследования показали, что излучение электромагнитной энергии является многофакторным процессом, зависящим от физических свойств горных пород, генетического типа и структурно-текстурных особенностей. Поэтому, для повышения эффективности разрабатываемого метода оценки изменения НДС и его надежности необходимо привлечь максимально возможное число измеряемых величин - параметров j л с к i р о м а г н и тн о й эмиссии.

В связи с изложенным, исследование взаимосвязи параметров электрома! -нитных сигналов с изменением напряженно-деформированною состояния горных пород, является актуальным.

Цель работы. Исследование взаимосвязи параметров элекгромагни пшх сигналов (ЭМС) с изменением напряженно-деформированного состояния горных пород, их составом и строением с целью использования лих зависимостей для контроля и прогноза удароопасносш.

Идея работы состоит в комплексном использовании измеряемых параметров интенсивности электромагнитной эмиссии (Г)МЭ) и элекфомагншных сш тылов (ЭМС) для повышения надежности оценки изменения напряженно-деформированного состояния горных пород

Задачи исследований:

- обобщить теоретические положения ¡лепромагнитнои эмиссии при механическом напряжении горных пород и опьп использования этою явления для оценки изменения НДС горных пород; рос. национальная |

БИБЛИОТЕКА . I

■ —-ш^^гт ф

- изучить в лабораторных и натурных условиях взаимосвязь параметров ЭМС от сосшва и. строения горных пород при различных способах нагружения;

- определить возможность использования параметров ЭМЭ и ЭМС для повышения эффективности оценки изменения НДС горных пород;

- исследовать применимость для контроля изменений НДС горных пород импульсного динамического возбуждения.

Методы исследований', физическое и математическое моделирование; лабораторные эксперименты по наблюдению параметров ЭМЭ и ЭМС в процессе квазистатического нагружения горных пород и при импульсном динамическом возбуждении; натурные эксперименты по наблюдению за ЭМЭ и ЭМС при изменении НДС массивов горных пород.

Основные научные положения, защищаемые автором:

- при формировании очага разрушения, сопровождающегося нарушением стационарности процесса деформирования горной породы, выделяемая электромагнитная энергия оценивается как по интенсивности ЭМЭ, так и по параметрам ЭМС;

- распределение ЭМС по амплитуде определяется действующими механическими напряжениями, по длительности - зависит от структурно-текстурных особенностей горной породы;

- параметры ЭМС зависят от минерального состава, структурно-текстурного строения и влажности горных пород, как при изменении статических нагрузок, так и вследствие динамического воздействия

Достоверность научных результатов подтверждается достаточным объемом экспериментальных данных, полученных в лабораторных и натурных условиях; применением современной техники и методов исследования явления меха-ноэлектрических преобразований энергии в горных породах, корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью; обработкой экспериментальных данных с использованием методов математической статистики и специальных компьютерных программ; получением результатов, не противоречащих общепринятым физическим представлениям.

Новизна научных положений:

- установлена взаимосвязь интенсивности ЭМЭ и параметров ЭМС с этапами НДС горных пород. На Э1апе формирования очага разрушения, при котором происходит нарушение стационарности процесса деформирования, наблюдается увеличение интенсивности ЭМЭ и амплитуды ЭМС,

- исследована применимость закона Гутенберга-Рихтера для измеряемых значений амплитуд ЭМС при нарушении стационарности процесса деформирования; установлено, что длительность ЭМС, генерируемого горной породой в процессе изменения НДС является структурно-чувствительной характеристикой;

- показана возможность оценки структурных нарушений в горных выработках по измерению амплитудно-частотных характеристик ЭМС при импульсном динамическом воздействии на массив горных пород.

Личный вклад автора. Автор определил цель и задачи исследований, разрабатывал методики для проведения измерений, проводил эксперименты и расчеты, обобщал результаты.

Практическая ценность работы состоит в том, чго полученные ре ¡ультаты важны для выявления физических закономерное i ей механоэлектрических преобразований энергии в горных породах и могут использоваться в физики горных пород для исследования процесса разрушения во времени; в геомеханике для контроля и прогноза геодинамических явлений, в сейсмологи для пршноча сейсмических событий; в геофизике для оценки электрома1 нитных свойств горных пород; в инженерной геологии для контроля оползневых процессов

Реализация работы в промышленности. Результаты работы внедрены в ПО «Сибруда» Метод контроля изменения НДС массивов юрных пород по параметрам ЭМЭ использовался п период проведения техноло1 ических взрывов на Tauiiai ольском руднике для мониторинга динамического состояния массива

Апробация работы. Основные резулыагы работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научных семинарах проблемной научно-исследова^льской лаборатории электроники, лиэлекфиков и полупроводников (ПНИЛ ЭДиП) '["омского полшехнического университета, а также па VIII и X Всесоюзных симпозиумах по мечаноэмиссии и механохимии твердых 1ел (1981 г , 1986 г); на семинарах «Геофизические основы контроля напряжений и деформаций в юрных породах» (Новосибирск 1983 i, 1985 г, 1990 г, 1992 г., 1994 г.), на Всесоюзной школе семинаре «Физически основы прогнозирования разрушения в горных породах» (Иркутск 1988 г); на 5 всесоюзной научно-технической конференции «Разрушение горных пород при бурении скважин» (Уфа 1990 г.); на конференции «Оценка современных достижений в области безопасной отработки удароонасных месторождений, методам прогноза и предупреждения горных ударов» (Таштаюл 2000 г.); на Международной конференции «Геомеханика в юрном деле» (Екатеринбург 2000 г ), на 5 Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископае мых» (Новокузнецк 2000 г), на Международной конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли» (Новосибирск 2001 г, 2003 г.); на 7 Российско-Корейском симпозиуме (Ульсан, Корея 2003 г); па Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск 2004 г ), на III Международной конференции «Солнечно-земные связи и электромагнитные предвесшики землефясений (с Паратунка, Камчатская обл. 2004 г ).

Публикации. Основные положения диссершции опубликованы в 17 печатных работах Полученные результаты закреплены в 1 авторском свидетельстве.

Объем и структура диссертации. Диссершция изложена на 191 странице и состоит из введения, пяти глав, выводов по работе и списка используемой ти-[ературы из 168 наименований Диссертация содержит 79 рисунков, 8 таблиц

Автор выражае! благодарность научному руководителю д.ф -м н , профессору Суржикову А.П , признателен своему учителю, ныне покойному, Гольду Ро-альду Михайловичу Автор благодарен к.ф.-м.н , вед науч. сотр Ьеспалько А А за научную консультацию, методическую помощь и постоянное внимание к работе; к.ф.-м.н., доценту Ласукову В.В., д т.н , профессору Евсееву В Д и д.г -м н , профессору Сальникову В Н за ценные советы и обсуждения

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, сформулирована цель работы, научная новизна и практическая ценность, а также научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится обзор литературных данных исследований, проведенных Степановым А.В , Урусовской A.A., Беляевым JI.M., Мартышевым К) И , Пархоменко Э И., Дерягиным Б В., Куксенко B.C., Головиным Ю.И., Ме-циком М С., Евсеевым В.Д. о предпосылках к изучению явления механоэлектри-ческих преобразований энергии в горных породах О природе электромагнитной эмиссии, возникающей при нагружении твердых тел, рассмотрено в работах Воробьева А А , Беляева JI М , Мартышева Ю Н Пархоменко Э И., Сальникова В Н , I оловина К) И., Килькеева Р III., Хатиашвили Н Г., Мастова III.Р., Гольда P.M., Галоматина В Н , Егорова ПВ , Иванова В.В., Колпаковой JI А. Причиной ЭМЭ является переход различных видов энергии в электромагнитную. В исследованиях Воробьева А А., Иванова ВВ., Колпаковой JIA, Ямщикова ВС, Шкуратника В Д., Курлени М. В., Кулакова Г И., Яковицкая Г.Е , Гохберга МБ, Гуфельда ИЛ. показана связь прочностных свойств твердых тел с ЭМЭ и возможность оценки напряженного состояния по параметрам ЭМЭ Рассмотрен закон распределения вероятностей появления ЭМС и спектральное распределение мощности сигнала в работах Касьяна М.В , Вострецова А Г, Яковицкой Г.Е., Иванова В.В. Обоснована взаимосвязь акустического возбуждения в процессе изменения механического воздействия на параметры регистрируемых ЭМС, отраженная в работах Хатиашвили II.1". На основе анализа лшерагурных данных сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе изложены способы и средства методического и аппаратур-нот обеспечение лабораторных и полевых исследований. Дана характеристика объектов исследований.

Для контроля за изменением НДС горных пород использовался ряд методов, которые можно разделить на механические, основанные на измерении деформации горных пород, электромагнитные и акустические, в основу которых положены измерения физических свойств горных пород или параметров полей в них

Одним из способов выявления связи между механоэлектрическими преобразованиями и объектом исследований и процессе деформации и разрушения являлось моделирование в лабораторных и натурных условиях Кроме того, задачей лабораторных исследований являлось экспериментальное подтверждение модельных представлений об основных закономерностях механоэлектрических преобра-шваний энергии, согласно которым должна наблюдаться зависимость параметров ЭМС от механической нагрузки.

В лабораторных экспериментах квазистатическая нагрузка реализовывалась одноосным сжатием на прессе с одновременной регистрацией механических ха-рак1еристик исследуемых образцов и параметров ЭМС. Регистрируемыми параметрами являлись число импульсов, превысивших заданный порог дискриминации по амплитуде (в этом случае суммируется количество импульсов в течение одного никла нагружения или в заданный промежуток времени) при наблюдениях

в естественных условиях, а также зависимость от времени или частоты следования ЭМС (электромагнитная активность). Наблюдение механических характеристик нагружаемых образцов проводилось с использованием датчиков испьпагель-ной машины с системой измерения деформации. Для измерения деформации использовали индикаторы часового типа ИЧ-10, с классом точности 0,1 по два для измерения продольной и поперечной деформации (погрешность измерения деформации составляла 2 %) и тензодатчики сопрошвления. Используемая установка, наряду с блоком измерения интенсивности ЭМЭ, имела и анализатор импульсного потока (АИЛ), который позволял фиксировать, отображать на дисплее и записывать на носитель значения пиковой амплитуды ЭМС, длительности и длительности фронта на уровне порога срабатывания, а также временное положение ЭМС для последующего ввода и обработка информации в ПЭВМ. Эта часть установки использовалась и для натурных экспериментов при изучении временной структуры электромагнитного поля в низкочастотной области спектра. Использование АИЛ позволяло исследовать наряду с высокочастотным диапазоном низкочастотную структуру электромагнитного поля при деформировании образцов. В лабораторных экспериментах в качестве приемника ЭМС использовался емкостный датчик По результатам лабораторных экспериментов строили распределение сигналов по амплитуде, длительности и проводили анализ амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) ЭМС, используя операцию быстрого преобразования Фурье.

Импульсное динамическое возбуждение реализовывалось гремя способами, возбуждение ударной нагрузки стальным шариком; возбуждение ударной нагрузки электромеханическим ударником и акустическое возбуждение с использованием пьезопреобразователей. Импульсное динамическое возбуждение использовалось' при установлении взаимосвязи параметров ЭМС с пористостью и влажностью образцов горных пород; при проведении исследований механоэлектрических преобразований в слоистых юрных породах; в исследовании влияния проводимости на параметры ЭМС; в усыновлении взаимосвязи длительности акустического воздействия с параметрами АЧХ ЭМС горных пород; для контроля структурно-текстурных нарушений в горных выработках.

Для наблюдений ЭМЭ в шахте, в качестве измерительной аппаратуры, использовался переносной радиоволновой индикатор напряженно-деформированного состояния (РВИНДС), изготовленный в ПНИЛ ЭДиП ТПУ. В качестве приемника ЭМЭ использовался стержневой индуктивный датчик. Диаграмма направленности на прием ЭМС такого датчика перпендикулярна к оси стержня. Конструкция РВИНДС позволяла легко ориентирован ашенный блок в пространстве на максимум приема излучения от источника. Усовершенствованный вариант переносного РВИНДС-П предназначен для маршрутных и стационарных наблюдений суммарного числа ЭМС, частоты следования и усредненной амплитуды электромагнитного сигнала, 1 енерируемого трпыми породами при изменении НДС массива Новейшей разработкой ПНИЛ ЭДиП является измерительный комплекс на базе регистраторов ЭМС (РЭМС), позволяющий измерят ь в секундном интервале: средние значения электрической или магнитной составляющих электромагнитного поля, генерируемого в определенной зоне массива;

средние значения потока акустической эмиссии в том же временном интервале; интенсивность импульсного потока, превышающего заданный уровень.

Объектом исследования являлись: модельные образцы, изготовленные из цементного раствора, образцы горных пород, представленные гранитами, песчаниками, известняками, серпентинитами, образцы горных пород Таштагольского рудника, образцы кристаллического кварца и кварциты. Моделирование изменения напряженно-деформированного состояния проводилось в натурных условиях в осадочных горных породах оползневого склона, а также в условиях шахты Таштагольского железорудного месторождения при проведении массовых взрывов.

Третья глава посвящена взаимосвязи интенсивности ЭМЭ с изменением НДС горных пород.

На примере развития процесса обрушения пород в шахтах аналитически исследуются характеристики ЭМС, генерируемого за счет возникновения и изменения дипольного момента трещин, борта которых заряжаются при нарушении сплошности. Построение модели осуществляется с использованием теории надежности и теории перколяции, что позволяет учитывать несинхронность работы механических преобразователей (расчеты проведены совместно с Ласуковым В.В.).

Исследования изменений ЭМЭ при одноосном сжатии, проведенные на модельных образцах цементного раствора и образцах гранитов, позволили выявить резкое возрастание частота следования ЭМС на этапе нагружения 0,6-0,7 Р,,рС;1 (рис.1). На основании общепринятого механизма деформирования горных пород, эту нагрузку можно связать с началом формирования очага разрушения. В про-

,лг

•)!> О! 02 »3 44 06 0 7 (> И 09 10

Нагрузка, Р / Р

' тес пред

Рис I Зависимость частоты следования ЭМС от нагрузки для образцов грани га

00 01 0,2 03 0,4 0,5 06 07 08 09 10

Нагрузка,

Рис 2 Изменение коэффициента вариации частоты следования электрома/митного сигнала при одноосном иагружеиии образцов граиига

цессе нагружения выделяются три этапа, приуроченные к появлению наиболее высокоэнергетических электроэмиссионных событий: первый этап обусловлен процессом уплотнения образца под нагрузкой; на втором этапе происходит формирование очага разрушения, обусловленного детерминированным и ускоренным развитием дефектов и приводящего к нарушению стационарности процесса разрушения; на третьем участке наблюдается увеличение интенсивности электромагнитной эмиссии на этапе разрушения.

Параметром, позволяющим контролировать переход процесса разрушения от стационарной стадии в нестационарную, является коэффициент вариации вре-

менных интервалов VT VT ~<УТ /тс, здесь: г, - среднее значение временного интервала между импульсами, сгт- среднеквадратическое отклонение значения г.

На рис. 2 приведена гисюграмма изменения коэффициента вариации частоты следования ЭМС на различных этапах деформирования образцов. Отмечается участок относительной нагрузки 0,6-0,7 Рпр,:11. Этот участок соответствует этапу формирование очага разрушения, сопровождающегося возрас1анием коэффициента вариации. Здесь происходит лавинообразный poci числа дефектов структуры различного масштаба, приводящих к нарушению процесса стационарности. При этом возрастает выделение электромагнитом энергии, которую можно оценивать по интенсивности" ЭМЭ.

Моделирование процесса разрушения при изменении НДС было произведено путем подсечки массива горных пород объемом 10 м3, представленного ще-бенисто-суглинист ыми о сложениями Временные вариации приведены на рис. 3, из которого видно, что за 20 минут до начала отрыва блока наблюдается увеличение частоты следования ЭМС. Само разрушение происходит на спаде. Проведенное моделирование процесса разрушения осадочных горных пород при изменении НДС в ндгурных условиях показало, что, как и при лабораторных экспериментах, на этапе формирования очага разрушения происходит увеличение числа дефектов (трещин) и их укрупнение. При этом активизируются механоэлектри-ческие преобразования и наблюдается увеличение интенсивности ЭМЭ.

Наблюдаемое аномальное изменение интенсивности ЭМЭ накануне стреляния и сразу после него подтвердило следующее положение стреляние породы наблюдается на учасшах сильнонапряженного массива с последующей релаксацией его напряженного состояния после динамического проявления. Отмечается, что как при моделировании процесса разрушения в осадочных горных породах, так и при наблюдаемом стреляние в скальных породах, процесс разрушения происходит на спаде интенсивности ЭМЭ.

Динамическое проявление горного давления в форме стреляния породы часто является предвестником более крупных геодинамических собышй, таких как горный удар. Изменение интенсивности ЭМЭ за 10 часов до горного удара зафиксировано в районе орта 17 горизонта -280 м. В таблице 1 приведены значения интенсивности ЭМЭ в различных выработках горизонта -280 м Тацпаголь-ского рудника.

___Таблица 1.

]'ис 1 Временной ход средних значений скорости C4eiа ЭМС с 95% доверительным интервалом (кривая NI и величина смещения (кринач Ь) при подсечке блока

Орт Расстояние от орта 17, м Интенсивность ЭМЭ, имп/с

280-5 480 73

280-6 440 60

280-15 80 47

280-17 0 456

J 1 -1 б в 10|:и|б)8™

Время час

Рис 4 Изменение ишенсивности электромагнитного потока, ¡аре-I ипрированное во время проведения массовую в!рыва и последующего горно! о удара 12 10 2003

Для выявления основных закономерностей взаимосвязи ЭМЭ с изменениями НДС массива горных пород при его динамическом возбуждении и реакции массива на это возбуждение проведены измерения параметров ЭМЭ в период массовых взрывов на шахте Таштагольская. Наблюдения проводились с использованием исследовательского комплекса на базе регистраторов ЭМС (РЕМС), работающих в режиме мониторинга. Местом проведения массового взрыва, был 11-й блок между горизонтами -210 м и -280 м. В месте установки комплексов массив сложен магнети-товой рудой. Индуктивные датчики располагались около Южного борта выработки в направление к взрываемому блоку. Расстояние между датчиками составляло 5 м. Один из датчиков находился в 1 м от дай-кообразного тела. Через 50 с, после взрыва, произошел горный удар с энергией conocí авимой с энергией взрыва. Очаг находился в 50 м на юго-запад от места взрыва на глубине -240 м. На рис. 4 приведены изменения интенсивности электромагнитного потока за 12 часов до взрыва и 37 часов после него. Повторные измерения были проведены в марте 2004 г. Анализ проведенных наблюдений показал, что момент взрыва в обоих случаях отмечается увеличением интенсивности ЭМЭ. Последовавшее за этим снижение интенсивности продолжается 10-20 с, и затем снова следует увеличение ЭМЭ. Это увеличение электромагнитной активности длиться в обоих случаях 17-18 часов. Натурные наблюдения в период проведения массовых взрывов на руднике Таштагольский позволили зарегистрировать изменения усредненной интенсивности ЭМЭ в реальном масштабе времени На полученной осциллограмме (рис.4) после горного удара отмечается максимальное значение интенсивности ЭМЭ, имеющей колебательный характер. Особый интерес представляет подробный фрагмент изменения интенсивности потока ЭМЭ в момент массового взрыва и последующего за ним горного

Рис 5 Изменение интенсивности ЭМЭ в течение 5 мину г после массовой) пчрынл

) ЗДСЧЮв

1 C0LI004

2 5 DI >00* «irtOOS

tt t 'üi ЧЮЯ

£ I ЮЕ 'ЮН

R »oo

Время, мин

Рис 6 Сейсмическая активность в течение 5 минут после массового взрыва

удара На рис. 5 представлена развернутая запись изменения интенсивности потока ЭМЭ по магнитной составляющей в течение 5 минут. На графике видно, чю техногенное воздействие вызвало резкое возрастание и последующее снижение уровня ЭМЭ в течение 15 сек На возрастании интенсивности ЭМЭ происходит горный удар, с энергией 1,1-Ю8 Дж, который вызвал более продолжительное изменение интенсивности ЭМЭ, длившееся 4 минут. Это увеличение коррелирует с изменением сейсмической активности, представленной на рис 6, в этот же интервал времени, зафиксированной сейсмостанцией Таштагольского рудника. Таким образом, время релаксации интенсивности ЭМЭ после массового взрыва составило около 25 с, тогда как после горного удара время релаксации составило 4 минуты На основании проведенных исследований установлена взаимосвязь быстрых и медленных изменений НДС массива горных пород с вариациями интенсивности ЭМЭ и интенсивности электромагнитного сигнала.

В четвертой главе показана взаимосвязь параметров электромагнитного сигнала с изменением напряженно-деформированного состояния горных пород

В процессе деформирования горных пород изменяется не только интенсивность ЭМЭ, но и параметры ЭМС. Поэтому, в настоящей главе представлены исследования изменений параметров ЭМС: амплитуды, длительности и длительности переднего фронта. Это важно не только для разработки физических основ метода оценки изменения НДС массивов горных пород, но и для поиска основных закономерностей механоэлектрических преобразований энергии в горных породах при механическом воздействии на них

Измерение амплитудно-временных параметров ЭМС в процессе одноосного сжатия проводилось для образцов горных пород двух групп прочности, представленных гранитами. Установлено, что на этапе формирования очага разрушения наблюдается увеличение значений амплитуд ЭМС, обусловленное возрастанием числа и мощности источников. Для группы высокопрочных гранитов этап формирования очага разрушения возрастает до 0,9 Рпред- Это объясняется тем, что более прочные горные породы при одних и тех же условиях нагружения в большем интервале времени накапливают упругую энергию в локальной области готовящегося очага разрушения. Запасенная такими образцами энергия превышает по величине энергию, накопленную менее прочными образцами, что находит свое отражение в средней величине амплитуды ЭМС, которая увеличивается Это подтверждается расчетом коэффициента вариации амплитуды ЭМС. Исследования изменений средней длительности ЭМС для указанных групп образцов показало незначительное увеличение длительности ЭМС на этапе формирования очага разрушения. Это объясняется тем, что ЭМС качественно делятся на два типа - одиночные и суперпозиционные. На начальном этапе нагрузки появление одиночных ЭМС обусловлено отдельными источниками. При нагрузке, соответствующей этапу формирования очага разрушения, происходит увеличение плотности дефектов и их укрупнение Если к моменту времени, когда амплитуда одиночного сигнала не спадает до уровня дискриминации, возникает следующий и он накладывается на предыдущий сигнал Таких наложений может быть несколько В результате формируется сложный суперпозиционный ЭМС

Исследуя АЧХ ЭМС при одноосном сжатии кварцитов установлено, что в ьроцсссс деформирования образцов регистрировались ЭМС в частотном диапазоне до 1 МГц. При приближении к нагрузке разрушения происходит не только смещение частотных характеристик ЭМС в сторону больших значений частот, но и увеличение амплитуды частотных полос спектра во всем регистрируемом частотном диапазоне На этапе формирования очага разрушения резко возрастают амплитуды частотных полос, характерных для этих образцов. По амплитудно-часшгным спектрам ЭМС в процессе изменения механической нагрузки можно достаточно надежно определить момент начала формирования очага разрушения.

Исследование распределения амплитуды и длительности ЭМС на различных этапах напряженного состояния горных пород проводилось на образцах песчаника Зарегистрированные в процессе эксперимента ЭМС были распределены по трем группам В первой - находились сигналы, генерируемые образцами на на-чааьной стадии деформирования 0< Р < 0,5Рпред, где Р|1ри1 - прочность при одноосном сжатии; во второй - сигналы, соответствующие изменению напряжений в диапазоне 0,5Р1фея < Р < 0,9Р1фСД ; в третьей - сигналы, регистрируемые на заключительной стадии деформирования, когда сжимающее напряжение возрастает от 0,9Р1фи1 Д° 0,98Рпрел. Для оценки достоверности отличия средних значений амплитуды между первой и второй стадиями нагружения была применена статистика Фишера, расчеты по которой показали, что влияние нагрузки на амплитуду ЭМС подтверждается значимым различием ее дисперсии при доверительной вероятно-С1и 0,95 Различие дисперсии амплитуды ЭМС между первым и вторым этапами нагружения дает основание утверждать, что второй этап сопровождается качественными изменениями структуры образца. Исследования распределения амплитуды ЭМС показали, что с увеличением нагрузки растет доля сигналов с большими амплитудами. Длительность ЭМС с ростом нагрузки в упругой области и далее до напряжения 0 9Р„рсл колеблется в значительных пределах. На первой стадии изменения сжимающей нагрузки длинные ЭМС появляются редко Появление ЭМС, с различными длительностями на упругой стадии деформирования, связано с многоуровневой дефектностью горных пород, в частности, с наличием пор и трещин различного размера, обеспечивающих неоднородность напряженного состояния в области дефектов. На стадии макроразрушения образцов горных пород распределение по длительности ЭМС смещается в сторону больших длительностей с увеличением дисперсии. Смещение распределений по амплитуде и длительности в сторону увеличения значений на стадии предразрушения горных пород подтверждается наблюдениями за 10 часов до горного удара и за сутки перед землетрясением.

Для оценки взаимосвязи общей длительности ЭМС и длительности переднего фронта ЭМС с размерами структурных элементов в горных породах исследовались образцы равномернозернистого гранита с размером зерен 1-3 мм и гранита с порфиритовой структурой Размер порфиритовых включений достигал 15 мм Исследования проводились в процессе одноосного сжатия образцов. На рис 7 и на рис.8 приведены распределения общей длительности ЭМС и длительности его переднего фронта. Из рисунков видно, что для крупнозернистых образцов длительность регистрируемых ЭМС больше, чем для мелкозернистых. Для

нк^ь.. Шш,

10 П 12

} Общая длительность )МС мкс

Рис 7 Распределение обшей длительное™ ЭМС в образцах гранита

■1 - крупнозернистый гранит щ - мелко 1српистый гранит

Э Длктсльнос1ь иереднеи» фронта ЭМС мкс Рис Н Распределение длительности переднего фронта ЭМС в образцах гранита

■ - крупнозернистый |раиит М- мелко (ернист ый гранит

переднего фронта ЭМС эта зависимость проявляется не так отчетливо. Учитывая, ч го длительное1ь переднего фронта зависит от размеров формирующихся трещин и скорости их роста, то, очевидно, эта характеристика в большей степени определяется напряжением, чем размерами зерен Длительность заднего фронта ЭМС, определяется размером области накопленных напряжений и в большей степени зависит от структурных особенностей образца, что отражается на общей длительности сигнала Проведенные исследования показали, что основной вклад в общую длительность ЭМС вносит длительность заднего фронта, следовательно, распределение ЭМС по длительности является структурно-чувствительной характеристикой.

Применимость графика повторяемости Гутенберга-Рихтера для контроля за изменением напряженно-деформированного состояния горных пород по параметрам ЭМС проведена при одноосном сжатии образцов горных пород в лабораторных экспериментах, в горных выработках шахты Таштагольская и в сейсмической зоне Прибайкалья. Поскольку графики повторяемости являются следствием теории перколяции Челидзе Т.Л., а проведенные исследования являются ее экспериментальным подтверждением, то использовалось предположение, что энергия электромагнитного сигнала (АЕ) пропорциональна квадрату его амплитуд!.] (А). Д Е ~ А2 В соответствии с этим поставлена задача нахождения угла наклона графика повторяемости исходя из наблюдений за ЭМС, используя график = ^(ЛГ2) для различных стадий разрушения. При этом охватывается интервал амплитуд от минимальной Аг тт до мак-

симальнои

Зависимость Л^

(V)

'ХТП

0.5 0 6

Знеты нлгружишя Р.

может быть аппроксимирована отрезком прямой. Про! нозным признаком, свидетельствующим о приближении к моменту разрушения, служит уменьшение угла наклона и выпрямление графика =\и(Аг2) Про-

ведена проверка применимости закона повторяемости и по длительности ЭМС, из условия, аналогичного для уравнения Гутенберга-Рихтера. На рис. 9 приведена гистограмма зависимости тангенса угла наклона графика повторяемости амплитуды ЭМС для образцов гранита на различных эта-

09 /Р

Рис 9 Гистограмма тангенса угла накло на графика повторяемости амплитуды ЭМС для обрашов гранита

пах нагружения. Из рисунка видно, что на этапе нагрузки 0,6-0,7 Р1ф1;д уменьшается тангенс угла наклона. Ранее было показано, что на этом этапе нагружения происходит формирование очага разрушения, характеризующегося увеличением излучаемой электромагнитной энергией, которая пропорциональна квадрату амплитуды ЭМС. Увеличение амплитуды ЭМС можно считать npoi нозным признаком наступающего разрушения образца Исследования изменения угла наклона графика повторяемости проведено при измерениях ЭМС в горных выработках шахты Ташгагольская на двух пикетах Пикет 27-11 располагался в забое скиповой ветви грузового квершлага горизонта -350 м. Породы здесь представлены двумя разновидностями. скарны и сиениты. Пикет 26-11 был выбран в забое орта 13 горизонта -280 м Состав пород был примерно такой же, чю и в районе пикета 27-11 По данным шахтной электрометрии массив горных пород в районе пикета 27-11 более пригружен по сравнению с пикетом 26-11. Рассчитанные значения угла наклона графика повторяемости и коэффициента вариации приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Объект Пикет Наклон графика повторяемости Коэффициент вариации

Амплитуда ЭМС Длительность ЭМС (Т)

Т< 165 мке Т > 165 мке

Таштагол 26-11 -1,75 -0,8 -1,5 8,8

Таш гагол 27-11 -0,96 -2,8 -0,9 30,8

Из таблицы 2 видно, что угол наклона графика повторяемости амплитуды в районе пикета 27-11 меньше по сравнению с пикетом 26-11, а коэффициент вариации значительно увеличился, что свидетельствует о нестационарности электромагнитного потока в нагруженном массиве. Уменьшение угла наклона и выпрямление графика повторяемости наблюдалось за 10 часов до горного удара и за 2 суток до землетрясений

В пятой главе представлены исследование влияния импульсного динамического воздействия на параметры ЭМС в горных породах

Генерация ЭМЭ возникает уже на первых стадиях нагружения и сопровождает весь процесс изменения НДС При этом регистрируется акустическая эмиссия (АЭ), обусловленная развитием и ростом микро- и макротрещин, т.е. процессом трещинообразования При прохождении акустической волны от растущих трещин реализуется механизм, при котором происходит колебание или изменение величины дипольного момента в исследуемом объекте вследствие изменения расстояния между зарядами разного знака. Изменения возникают либо при импульсном механическом возбуждении материалов, либо за счет акустической эмиссии при их механическом нагружении Сигналы ЭМЭ наблюдается при прохождении акустической волны границ неоднородностей, контактов минеральных зерен и других двойных электрических слоев, вследствие чего возникает переменное электрическое поле, которое можно зарегистрировать аппаратурно Такие же ЭМС можно возбуждать при внешнем акустическом воздействии на исследуе-

мые горные породы Поэтому в этой главе представлены исследования механо-электрических преобразований при импульсном динамическом возбуждении горных пород.

Важнейшими диагностическими и классификационными признаками горной породы является ее вещественный состав и структурно-текстурные особенности. Эти показатели, обусловленные физико-химическими условиями образования пород, и определяют вариации значений их физических свойств.

Исследование влияния текстурных особенностей горных пород на параметры ЭМС проводилось на серпентините, характеризующимся большим количеством слоев с четко выраженными границами раздела. Образцы имели типичную полосчатую текстуру, состоящую из слоев хризотил-асбеста с направлением волокон по нормали к плоскости слоев (поперечноволокнистый гип) и серпентина. Для выявления особенностей слоистого серпентинита эксперименты проводились отдельно на образцах хризотил-асбесга и серпентине при перпендикулярной и параллельной ориентации электромагнитного датчика по отношению к слоистости и к направлению фронта акустического сигнала. Форма регистрируемых ЭМС и АС по толяет сделать вывод о том, ч го это затухающие колебательные процессы, поэтому при интерпретации результатов исходили из колебательного механизма возбуждения ЭМС В этом случае частоты ЭМС определяются линейными размерами механических осцилляторов (размеры образца, мощность слоев и фещин) Проведенные исследования показали, что ЭМС из составляющих серпентинит компонентов (хризотил-асбест и серпентин) незначителен, в то время как при прозвучивании серпентинита, резко возрастает амплитуда ЭМС, что обусловлено наличием множественных двойных электрических слоев на границах серпентина и хризотил-асбеста. В АЧС ЭМС серпентинита присутс1вуют часютные полосы, обусловленные резонансными колебаниями структурно-текстурных неоднород-ностей. Полученные результаты и их анализ подтверждают резонансный колебательный механизм возникновения электромагнитного сигнала при акустическом возбуждении сложных по текстуре образцов горных пород. Кроме того, в спектре ЭМС возможно появление максимумов, обусловленных биением при сложении близких частот ЭМС Набор частот АЧС определяется, как размерами пеоднород-ностей, так и различием скоростей распространения акустического сигнала в них.

Исследование влияние пористости горных пород на параметры ЭМС при импульсном динамическом возбуждении показали, что с увеличением пористости амплитуда ЭМС уменьшается по экспоненциальному чакону, вследствие возрастания коэффициента поглощения, который определяется механическими свойствами образца.

Исследование влияния влажности на параметры ЭМС при импульсном динамическом воздействии проводились на образцах известняка (ракушечник). Анализ экспериментальных данных показал, что по мере увлажнения уменьшается максимальное значение амплитуда ЭМС по закону близкому к экспоненциальному. В АЧС ЭМС увлажненных образцов наблюдается преобладание низкочастотных составляющих, что обусловлено значительным поглощением высокочастотной составляющей АЧС влажными горными породами.

При изменении электрических и магнитных свойств горных пород наблюдается изменение и их электроэмиссионной способности. В свою очередь элек-фические свойства зависят от минерального и фазового состава исследуемых образцов Поэтому были проведены исследования взаимосвязи параметров ЭМС, сопровождающего акустическое воздействие, с указанными свойствами. Экспе-рименш проводились на образцах горных пород Ташгагольского месторождения, обладающих различной электропроводностью, обусловленной разной природой проводимости породообразующих и акцессорных или рудных минералов. Исследования показали, что амплитуда ЭМС образцов, имеющих в своем составе высо-копроводящие минералы, такие как пирит и магнетит, существенно меньше по сравнению с образцами, в составе которых нет минералов с большой проводимостью. Проведенные теоретические оценки показали, что объяснением наблюдаемому эффекту является потеря энергии ЭМС в проводящей среде.

Применимость метода регистрации ЭМС для контроля нарушенно-сти массива, сложенного горными породами, отличающимися электропроводностью, проведена в горной выработке Ташгагольского месторождения. Методом профилирования проводилось динамическое воздействие на борт выработки, и регистрировался электромагнитный отклик. Анализируя зарегистрированные электромагнитные отклики, и проведя расчет амплитудно-частотных характеристик, с использованием процедуры быстрого преобразования Фурье, были построены планы изолиний, приведенные на рис.10. Видно, что, начиная с частоты 2,5-3 кГц четко выделяется граница контакта массива сложенного рудой и дайкой с одной етроны (пикеты 1-5) и дайкой со скарнами с другой стороны (пикеты 6-10). В районе пикета 9 (место выхода тектонической трещины) выделяется появление максимума на частоте 4 кГц.

Исследование взаимосвязи длительности акустического воздействия с параметрами АЧХ ЭМС горных пород проведены на кварцсодержащих образцах (кристалл искусственного кварца и кварциты) с использованием пьезовозбужде-ния акустических сигналов Длшельностъ импульса возбуждения изменялась от 1 106с до 1 1 О^с. Проведенные исследования показали, что с увеличением расстояния электромагнитного датчика от образцов происходит уменьшение амплитуды ЭМС но экспоненциальному закону. Однако независимо от длительности импульса напряжения максимальное значение амплитуды ЭМС, наблюдается для кристалла искусственного кварца. Наименьшую электроэмиссионную способность имеет образец, содержащий в своем составе одно агрегатное состояние кварца. С увеличением длительности импульса напряжения в АЧС наблюдается

Рт. 10 Распределение изолиний амнлитудно часшшых параметров ОМС при профилировании в

горной выработке

уменьшение амплитуды высокочастотных гармоник, появление и рост низкочастотных составляющих спектра.

Заключение

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, содержится решение задачи, имеющей существенное значение для геомеханики и разрушении горных пород, заключающееся в исследовании взаимосвязи параметров ОМС с изменением НДС горных пород, их составом и строением.

Основные выводы по работе.

1. Возрастание интенсивности ЭМЭ происходит на этапе формирования очага разрушения, сопровождающегося нарушением стационарности процесса деформирования.

2 Установлена взаимосвязь амплитудных и временных параметров ЭМС с изменением НДС нафужаемых горных пород. С ростом нагрузки увеличивается амплитуда регистрируемого ЭМС На стадии макроразрушения образцов горных пород распределение по длительности ЭМС смещается в сторону больших значений с увеличенной дисперсией.

3. Измерения интенсивности ЭМЭ позволяют выявлять зоны опасные по динамическому проявлению горного давления и оперативно оценивать динамику распределения напряжений. Установлены корреляции в структуре ЭМЭ массива горных пород с геодинамическими событиями, последовавшими после массовых взрывов и взаимосвязь быефых и медленных изменений НДС массива горных пород с вариациями интенсивности ЭМЭ и ЭМС

4. Установлено, что с глубиной горных работ наблюдается возрастание ин-1СНСИВП0СТИ ЭМЭ. В мес!ах неустойчивого состояния массива и при подходах к дизъюнктивным нарушениям и тектоническим зонам отмечается рост интенсивности ЭМЭ с увеличением дисперсии

5. На основе использования закона повторяемости Гу[енбер1а-Рихтера установлено, что на этапе нарушения стационарности процесса деформирования горных пород наблюдается уменьшение угла наклона графиков повторяемости амплитуды и С1 о выпрямление

6. При импульсном акустическом возбуждении горных пород установлено, что присутствие высокопроводящих минералов приводит к уменьшению амплитуды ЭМС, отображающей, в том числе, величину проводимости; с увеличением пористости горных пород по экспоненциальному зако!гу уменьшается амплитуда ЭМС; увеличение влажности горных пород приводит к снижению амплшуды ЭМС и к преобладанию низкочастотной составляющей в АЧС.

7. При исследовании текстурных особенностей обнаружено, что горные породы полосчатой текстуры, при импульсном акустическом возбуждении генерируют ЭМС, связанный с наличием двойных электрических слоев. АЧС таких юр-ных пород содержит гармоники, обусловленные как размерами неоднородное!ей, вследствие различия скоростей распространения акустического сигнала, мк и биением при сложении близких частот Практическое применение этих резулма-

тов в натурных условиях позволяет оценить структурные нарушения в горных выработках, сложенных породами с различными электрическими свойствами.

8. Результаты работы внедрены в ПО «Сибруда» Разрабатываемый метод контроля изменения НДС массивов горных пород по параметрам ЭМЭ использовался в период проведения массовых технологических взрывов на Таштагольском руднике для мониторинга динамического состояния массива.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Яворович J1.B. Выявление степени деформации участков оползня методом регистрации импульсов электромагнитного поля [Текст] / Мастов Ш.Р., Са-ломатин В.Н. Яворович Л.В // Инженерная геология.- 1983.-№2.-С.98-101.

2. Яворович Л.В. Электромагнитная активность при реологических испытаниях горных пород [Текст] / Мастов Ш.Р., Гольд Р М., Яворович Л.В. // Инженерная геология.- 1989,- № 2,- С.121-124.

3 Яворович Л.В. Оценка напряженного состояния горных пород на основе анализа параметров электромагнитног о сигнала [Текст] / Яворович Л В., Гольд Р М., Мастов Ш.Р. // Тезисы докладов 5 Всесоюзной научно-практической конференции «Разрушение горных пород при бурении скважин» РГД-90.-Уфа.-1990.-том 1.-С.27-29.

4. Яворович Л.В Исследование амплитуды электромагнитного сигнала при ударном воздействии на образцы юрных пород с различной пористостью [Текст] / Яворович Л.В , Гольд Р М., Ласуков В.В. // ФТПРПИ - 1999.- №6,- С.33-39.

5 Яворович Л.В. Исследований распределений параметров электромагнитного сигнала при одноосном сжатии горных пород [Текст] / Яворович Л.В., Гольд Р.М , Евсеев В Д , H.H. Хорсов // ФТПРПИ.- 2000.-№6,- С 20-25.

6 Яворович Л.В. Система для регистрации НДС горных пород по пассивному электромагнитному сигналу [Текст] /Гольд Р М., Хорсов Н Н., Яворович Л.В. // Сборник докладов «Оценка современных достижений в области безопасной отработки удароопасных месторождений, методам прогноза и предупреждения горных ударор».-Таштагол, 2000.- С 109-116.

7. Яворович Л.В. Влияние текстурных особенностей образцов алевролита на параметры электромагнитного сигнала при акустическом возбуждении [Текст] / Беспалько А А , Гольд Р М., Яворович Л.В , Дацко Д.И. // ФТПРПИ.- 2002,- № 2,-С 27-31.

8. Яворович Л.В. Исследование механоэлектрических преобразований при акустическом возбуждении кальцитов в процессе поляризации /Беспалько A.A., Яворович Л В. [Текст] // Сборник «Электрет-2002» Всероссийский научный симпозиум "Электрическая релаксация и электретный эффект в диэлектриках",- Москва, 2002 -С.284-286.

9. Яворович Л.В. Влияние текстуры горных пород на параметры электромагнитной эмиссии при акустическом прозвучивании [Текст] / Беспалько A.A., Гольд Р М., Яворович Л.В. // Материалы Международной конференции «Нефтегазовому образованию Сибири 50 лет».-Томск, 2002,- С 306-308.

10. Яворович JIB. Влияние трещиноватисти на механоэлектрические преобразования слоистых горных пород при акустическом возбуждении [Текст] / Беспалько А.А, Яворович JI.B., Дацко Д.И. // Физика твердого тела. Материалы VII Международной конференции (ВКГТУ, 5-7 июня 2002 i.). Усть-Камено! орск, 2002, с. 34-36.

11 Яворович J1.B Возбуждение электромагнитно! о излучения в слоистых горных породах при акустическом воздействии [Текст] / Беспалько A.A., Гольд P.M., Яворович Л.В., Дацко Д.И // ФТПРУШ - 2003,- №2,- С.8-14.

12. Яворович Л В. Исследование электромагнитной эмиссии контактов горных пород [Текст] / Беспалько А А., Яворович Л В , Золотарев М.В // Сб. трудов Международной конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли».- Новосибирск, 2003.- С. 256-258.

13. Яворович Л.В. Влияние электризации кальцитов на параметры электромагнитных сигналов при импульсном акустическом воздействии [Текст] / Беспалько A.A., Гольд P.M., Яворович Л В. // Физическая мезомехапика - 2004.-Г.7.-№5,- С.95-99.

14. Яворович Л.В. Исследование электромагнитной эмиссии контактов горных пород в шахтном поле [Текст] / Беспалько А.А, Яворович Л.В., Климко Т.А. П Физическая мезомеханика.- 2004.-Т.7, специальный выпуск, часть 2.- С.285-287.

15. Яворович JI.B. Наблюдения изменений напряженного состояния массива горных пород после массового взрыва по параметрам электрома) нитной эмиссии [Текст] / Беспалько A.A., Суржиков А.П., Хорсов H.H., Климко В.К.,. Штирц В.А, Яворович Л.В., Шипеев О В. // Физическая мсзомеханика.-2004 -Т.7, специальный выпуск, часть 2,- С.253-256.

16. Яворович Л В. Вариации электромагнитной эмиссии при изменении напряженно-деформированного состояния массивов горных пород после массового взрыва [Текст] /Беспалько A.A., Яворович Л.В. // Труды III Международной конференции «Солнечно-земные связи и электромагнитные предвестники землетрясений», с. Паратунка, Камчатской обл.- Петропавловск-Камчатский, 2004.- С. 7981.

17. A.c. 1385815 СССР, G 01 V 3/08. Способ оценки и прогнозирования устойчивости массивов горных пород [Текст]/ Саломатин В.Н., Мастов Ш.Р., Гольд P.M., Яворович Л.В. и др.- №3864291/24-25; заявл. 11.03.1985, опубл. 1.12.1987.

Подписано к печати 30.08.05. Формат 60x84/16. Бумага "Классика". Печать RISO. Усл.печ.л.2.326. Уч.-изд.л2.10 Заказ 1085. Тираж 100 экз.

ИЗШЕАЬСТВО^^ТПУ. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.

И6420

РНБ Русский фонд

2006-4 14382

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Яворович, Людмила Васильевна

Введение.

1. Анализ изученности проблемы. Постановка задач исследований

1.1. Предпосылки к изучению явления механоэлектрических преобразований энергии в горных породах.

1.2. Природа электромагнитной эмиссии, возникающей при нагружении твердых тел. 1.3. Прочностные свойства твердых тел и электромагнитная эмиссия.

1.4. Возможность оценки напряженного состояния по параметрам электромагнитной эмиссии.

1.5. Закон распределения вероятностей появления электромагнитных сигналов и спектральное распределение мощности сигнала.

1.6. Взаимосвязь акустической эмиссии в процессе механического воздействия с изменением электромагнитной эмиссии.

1.7. Постановка задачи исследования.

2. Аппаратурное и методическое обеспечение лабораторных и полевых исследований. Объекты исследований.

2.1. Методическое и аппаратурное обеспечение при квазистатическом нагружении.

2.2. Методическое и аппаратурное обеспечение лабораторных исследований при ударном нагружении.

2.2.1. Возбуждение ударной нагрузки стальным шариком.

2.2.2. Возбуждение ударной нагрузки электромеханическим ударником.

2.3. Аппаратуры и методика измерений в полевых условиях.

2.4. Геолого-тектоническое описание объектов натурных исследований. 2.4.1. Горно-геологические и гидрогеологические условия

Таштагольского рудника.

2.4.2. Физико-механические свойства пород и руд месторождения.

2.4.3. Геологическая характеристика оползневого участка Ставлухар.

2.5. Петрографическое описание исследуемых образцов горных пород.

3. Взаимосвязь интенсивности электромагнитной эмиссии с изменением напряженно-деформированного состояния горных пород.

3.1. Оценка возможности контроля напряженно-деформированного состояния горных пород по параметрам электромагнитного сигнала.

3.2. Взаимосвязь интенсивности ЭМС с напряженно-деформированным состоянием модельных образцов.

3.3. Выявление закономерностей процесса разрушения образцов горных пород по интенсивности ЭМЭ.

3.4. Взаимосвязь изменений напряженно-деформированного состояния и интенсивности ЭМЭ в натурных условиях.

3.4.1. Исследование электромагнитной активности по глубине выработки.

3.4.2. Влияния перераспределения напряжений в массиве на интенсивность электромагнитной эмиссии.

3.4.3. Исследование взаимосвязи быстрых и медленных изменений напряженно-деформированного состояния массива горных пород с вариациями интенсивности электромагнитного потока. 98 Выводы по 3 главе.

4. Взаимосвязь параметров электромагнитного сигнала с изменением напряженно-деформированного состояния горных пород.

4.1. Изменение амплитудно-временных параметров электромагнитного сигнала от действующих напряжении для образцов горных пород.

4.2. Распределение параметров электромагнитного сигнала на различных этапах напряженного состояния горных пород.

4.2.1. Моделирование длительности регистрируемого сигнала.

4.2.2. Исследование распределений параметров ЭхМС накануне геодинамических событий.

4.3. Взаимосвязь длительности ЭМС с размерами структурных элементов в образцах горных пород.

4.4. Применимость графика повторяемости для контроля за изменением напряженно-деформированного состояния горных пород по параметрам ЭМС.

4.4.1. Исследование закона повторяемости на образцах горных пород.

4.4.2. Исследование закона повторяемости на натурных объектах.

Выводы по главе 4.

5. Исследование влияния динамического воздействия на % параметры электромагнитного сигнала.

5.1. Влияние текстурных особенностей образцов горных пород на параметры электромагнитного сигнала при динамическом воздействии.

5.1.1. Механоэлектрические преобразования в слоистых горных породах.

5.1.2. Обоснование оценки пористости по амплитуде ЭМС.

5.2. Исследование влияния влажности на параметры ЭМС.

5.3. Влияние проводимости на параметры ЭМС на примере горных пород Таштагольского месторождения.

Ш 5.4. Оценка возможности контроля структурно-текстурных нарушений по параметрам ЭМС.

5.5. Взаимосвязь длительности акустического воздействия с параметрами амплитудно-частотных характеристик ЭМС образцов горных пород.

Выводы по 5 главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Взаимосвязь параметров электромагнитных сигналов с изменением напряженно-деформированного состояния горных пород"

Актуальность темы. Горные удары, обвалы, внезапные выбросы и другие виды геодинамических проявлений являются причинами, затрудняющими разработку месторождений полезных ископаемых. Эти процессы порождаются действием в массивах горных пород полей больших механических напряжений, увеличивающихся с глубиной отработки, а, также из-за структурной неоднородности и нарушенности массива и определяются свойствами слагающих его горных пород. В последние годы в районах разработки и добычи полезных ископаемых участились случаи проявления горно-тектонических ударов и техногенных землетрясений, что влечет за собой экономические и человеческие потери. Поэтому проблема оценки изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) массивов горных пород, прогноз и предупреждение удароопасности приобретает особую остроту. Различия в механизмах геодинамических явлений, энергии и степени воздействия на окружающую среду определили различные подходы к оценке напряженно-деформированного состояния таких массивов и прогнозу динамических явлений в них.

В Томском политехническом университете (ТПУ), в том числе и в Институте горного дела СО РАН, Институте Физики Земли, ВНИМИ, Кузбасском государственном техническом университете, Институте геофизики (г. Тбилиси) ведется изучение механоэлектрических преобразований энергии в горных породах и на основе изучаемого явления разрабатывается метод оценки изменения напряженно-деформированного состояния массивов горных пород и прогноза удароопасности. Началом этих работ послужили исследования сотрудников ТПУ, начатые в конце 60-годов под руководством чл. корр. АПН, профессора A.A. Воробьева. Исследования показали, что излучение электромагнитной энергии является многофакторным процессом, зависящим от физических свойств горных пород, генетического типа и структурно-текстурных особенностей. Следовательно, для уточнения разрабатываемого метода оценки НДС и повышения его надежности необходимо привлечь максимально возможное число измеряемых величин - параметроз электромагнитной эмиссии.

В связи с изложенным, исследование взаимосвязи параметров электромагнитных сигналов с изменением напряженно-деформированного состояния горных пород, является актуальным.

Цель работы. Исследование взаимосвязи параметров электромагнитных сигналов (ЭМС) с изменением напряженно-деформированного состояния горных пород, их составом и строением с целью использования этих зависимостей для контроля и прогноза удароопасности.

Идея работы состоит в комплексном использовании измеряемых параметров интенсивности электромагнитной эмиссии (ЭМЭ) и электромагнитных сигналов (ЭМС) для повышения надежности оценки изменения напряженно-деформированного состояния горных пород.

Задачи исследований:

- обобщить теоретические положения электромагнитной эмиссии при механическом напряжении горных пород и опыт использования этого явления для оценки изменения НДС горных пород;

- изучить в лабораторных и натурных условиях взаимосвязь параметров ЭМС от состава и строения горных пород при различных способах нагружения;

- исследовать применимость для контроля изменений НДС горных пород импульсного динамического возбуждения.

Методы исследований: физическое и математическое моделирование; лабораторные эксперименты по наблюдению параметров ЭМЭ и ЭМС в процессе квазистатического нагружения горных пород и при импульсном динамическом возбуждении; натурные эксперименты по наблюдению за ЭМЭ и ЭМС при изменении НДС массивов горных пород.

Основные научные положения, защищаемые автором;

- при формировании очага разрушения, сопровождающегося нарушением стационарности процесса деформирования горной породы, выделяемая электромагнитная энергия определяется как по интенсивности ЭМЭ, так и по параметрам ЭМС;

Достоверность научных результатов подтверждается достаточным объемом экспериментальных данных, полученных в лабораторных и натурных условиях; применением современной техники и методов исследования явления механоэлектрических преобразований энергии в горных породах, корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью; обработкой экспериментальных данных с использованием методов математической статистики и специальных компьютерных программ; получением результатов, не противоречащих общепринятым физическим представлениям.

Новизна научных положений:

- установлена взаимосвязь интенсивности ЭМЭ и параметров ЭМС от этапов НДС горных пород. На этапе формирования очага разрушения, при котором происходит нарушение стационарности процесса деформирования, наблюдается увеличение интенсивности ЭМЭ и амплитуды ЭМС;

- исследована применимость закона Гуттенберга-Рихтера для измеряемых значений амплитуд ЭМС при нарушении стационарности процесса деформирования; установлено, что длительность ЭМС, генерируемого горной породой в процессе изменения НДС является структурно-чувствительной характеристикой;

Личный вклад автора. Автор формулировал цели и задачи исследований, разрабатывал методики для проведения измерений, проводил эксперименты и расчеты, обобщал результаты.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты важны для выявления физических закономерностей механоэлектрических преобразований энергии в горных породах и могут использоваться в физики горных пород для исследования процесса разрушения во времени; в геомеханике для контроля и прогноза геодинамических явлений; в сейсмологии для прогноза сейсмических событий; в геофизике для оценки электромагнитных свойств горных пород; в инженерной геологии для контроля оползневых процессов.

Реализация работы в промыииенности. Результаты работы внедрены в ПО «Сибруда». Научно-исследовательский комплекс на базе регистраторов РЭМС использован при наблюдении за изменением ЭМЭ и ЭМС в период проведения массовых взрывов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научных семинарах проблемной научно-исследовательской лаборатории электроники, диэлектриков и полупроводников (ПНИЛ ЭДиП) Томского политехнического университета, а также на VIII и X Всесоюзных симпозиумах по механоэмиссии и механохимии твердых тел (1981 г., 1986 г.); на семинарах «Геофизические основы контроля напряжений и деформаций в горных породах» (Новосибирск 1983 г, 1985 г., 1990 г., 1992 г., 1994 г.); на Всесоюзной школе семинаре «Физически основы прогнозирования разрушения в горных породах» (Иркутск 1988 г.); на 5 Всесоюзной научно-технической конференции «Разрушение горных пород при бурении скважин» (Уфа 1990 г.); на конференции «Оценка современных достижений в области безопасной отработки удароопасных месторождений, методам прогноза и предупреждения горных ударов» (Таштагол 2000 г.); на Международной конференции «Геомех^ника в горном деле» (Екатеринбург 2000 г.); на 5 Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк 2000 г.); на Международной конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли» (Новосибирск 2001 г., 2003 г.); на 7 Российско-Корейском симпозиуме (Ульсан, Корея 2003 г.); на Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск 2004 г.); на III Международной конференции «Солнечно-земные связи и электромагнитные предвестники землетрясений (с. Паратунка, Камчатская обл. 2004 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 17 печатных работах. Полученные результаты закреплены в 1 авторском свидетельстве.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 191 странице и состоит из введения, пяти глав, выводов по работе и списка используемой литературы из 168 наименований. Диссертация содержит 79 рисунков, 8 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Яворович, Людмила Васильевна

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Установлена взаимосвязь интенсивности ЭМЭ на модельных образцах и на реальных горных породах с изменением напряженно-деформированного состояния. На этапе формирования очага разрушения, соответствующего нагрузке (0,6-0,8) Рразруш, происходит нарушение стационарности процесса деформирования, сопровождающегося увеличением потока электромагнитной энергии. Увеличение интенсивности ЭМЭ на этапе формирования очага разрушения является прогностическим признаком наступающего разрушения.

2. Установлена взаимосвязь амплитудных и временных параметров ЭМС с изменением напряженно-деформированного состояния нагружаемых горных пород. С ростом нагрузки увеличивается амплитуда регистрируемого ЭМС. Длительность ЭМС является характеристикой менее чувствительной к изменению сжимающих усилий, но на стадии макроразрушения образцов горных пород распределение по длительности электромагнитных сигналов смещается в сторону больших длительностей с увеличением дисперсии.

3. Изменение длительности ЭМС не однозначно реагирует на процесс формирования очага разрушения, вследствие того, что является структурно-чувствительной характеристикой. Это ограничивает использование длительности для оценки напряженно-деформированного состояния, но дает возможность использования зависимости изменения длительности ЭМС для оценки структурных особенностей горных пород.

4. Измерения интенсивности ЭМЭ, проведенной на Таштагольском железорудном месторождении показало возможность качественной оценки распределения напряжений в массиве, выявление зон опасных по проявлению горного давления и оперативной оценки динамики распределения напряжений. Установлена корреляция в структуре ЭМЭ массива горных пород с геодинамическими событиями, последовавшими после массовых взрывов. Установлена взаимосвязь быстрых и медленных изменений напряженно-деформированного состояния массива горных пород с вариациями интенсивности ЭМЭ и ЭМС.

5. Установлено, что по мере увеличения глубины проходки выработок наблюдается увеличение интенсивности ЭМЭ, обусловленное повышением действующих механических напряжений в массиве. В местах неустойчивого состояния массива увеличивается дисперсия ЭМЭ. Подходы к дизъюнктивным нарушениям и тектоническим зонам отмечаются увеличением интенсивности ЭМЭ с увеличением дисперсии. Использование при этом направленных электромагнитных датчиков позволит проводить локацию распределения напряжений в массиве горных пород.

6. Измерение амплитуды ЭМС при нарушение стационарности процесса деформирования могут быть использованы для повышения эффективности прогноза изменения напряженно-деформированного состояния при подготовке геодинамического события путем использования закона повторяемости, аналогичного закону Гутенберга-Рихтера. Установлено, что на участке деформирования образцов горных пород, составляющим 0,5-0,9 Рпред наблюдается уменьшение угла наклона графика повторяемости амплитуды и длительности ЭМС. Величина угла наклона зависит от способности горной породы накапливать упругую энергию. Уменьшение угла наклона графика повторяемости и выпрямление графика зависимости =1 в(Аг2) подтверждено измерениями параметров ЭМС накануне горного удара на Таштагольском руднике и перед землетрясениями в Прибайкалье. Это свидетельствует о том, что на стадии предразрушения массива горных пород происходит активное генерирование электромагнитной энергии.

7. Установлено, что при импульсном акустическом возбуждении горных пород генерируется ЭМС. Параметры ЭМС определяются минеральным составом, структурно-текстурным строением и влажностью.

8. Исследованиями, проведенными на образцах горных пород при импульсном акустическом возбуждении, установлено, что присутствие в образцах высокопроводящих минералов, таких как магнетит или пирит, приводит к уменьшению амплитуды электромагнитного отклика вследствие либо потери энергии ЭМС в проводящей среде или вследствие изменения суммарного эффективного заряда исследуемого образца. Величина заряда зависит от проводимости горной породы, которая определяет время стекания или компенсации заряда. Под воздействием акустических колебаний регистрируется ЭМС с амплитудой, отображающей, в том числе, величину проводимости исследуемых образцов горных пород.

9. Установлено, что с увеличением пористости горных пород по экспоненциальному закону уменьшается амплитуда ЭМС, генерируемого в процессе импульсного акустического возбуждения.

10. Увеличение влажности горных пород приводит к снижению амплитуды ЭМС и к преобладанию низкочастотной составляющей в амплитудно-частотном спектре ЭМС, вследствие поглощения высокочастотных составляющих влажными горными породами.

11. Исследования взаимосвязи длительности импульсного акустического возбуждения с амплитудно-частотными характеристиками ЭМС для кварцсодержащих горных пород показали, что по мере увеличения длительности импульса напряжения уменьшается амплитуда ЭМС и изменяется его форма. Максимальное значение амплитуды ЭМС, во всем диапазоне изменения импульса напряжения, наблюдается для кристаллических образцов. В амплитудно-частотном спектре происходит уменьшение амплитуды высокочастотных гармоник и появление, и рост низкочастотных.

12. При исследовании текстурных особенностей обнаружено, что горные породы, имеющие полосчатую текстуру, при импульсном акустическом возбуждении генерируют ЭМС, обусловленный наличием двойных электрических слоев. Амплитудно-частотный спектр таких горных пород содержит гармоники, определяемые как размерами самого образца, так и неоднородностями, вследствие различия скоростей распространения акустического сигнала. Кроме этого, в спектре ЭМС появляются максимумы, обусловленные биением при сложении близких частот.

13. Установлено, что по изменению амплитудно-частотных параметров электромагнитного сигнала при динамическом возбуждении массива горных пород можно оценивать структурные нарушения в горных выработках, ^ сложенных породами с различными электрическими свойствами.

174

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Яворович, Людмила Васильевна, Томск

1. Сергеев Е.М. Инженерная геология. - М.: Изд-во МГУ, 1982.- 526 с.

2. Леб Л. Статическая электризация. Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 408 с.

3. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. М.: Недра, 1967.- 288 с.

4. Иванов В.В. Физические основы электромагнитных процессов при формировании очага разрушения в массиве горных пород: Автореф. дис. докт. тех. наук. Кемерово, 1994.- 186 с.

5. Stepanow A.W. Uber den Mechanismus der plastischen Deformation // Zeitschrift fiier Physik, 1933. Bd.81, H.7-8. - S.560-564.

6. Урусовская A.A. Электрические эффекты, связанные с пластической деформацией ионных кристаллов // Успехи физических наук. 1968.- №96. С. 39-60,

7. Галусташвили М.В. Электрические эффекты при пластической деформации кристаллов LiF// Физика твердого тела. 1970.- Т. 12, в.4.- С. 1263 -126 2.

8. Цаль H.A., Спитковский И.М., Струк Я.И. Кинетика электризации кристаллов NaCl при пластическом деформировании // Физика твердого тела. -1982. Т.24, № 7. - С.2166-2169.

9. Цаль H.A., Спитковский И.М., Струк Я.И. Влияние скорости деформирования и термообработки на кинетику электризации в кристалле NaCl //Физика твердого тела. 1983. - Т.25, № 7. - С.2038 - 2041.

10. Хатиашвили Н.Г. Электрические явления при деформировании и разрушении горных пород // Физические свойства горных пород и минералов при высоких давлениях и температурах.- Тбилиси: Мецниереба, 1974.- С.290 -293.

11. Беляев Л.М., Набатов В.В., Мартышев Ю.Н. О времени свечения в процессах трибо- и кристаллолюминесценции // Кристаллография. 1962. - Т.7, вып.4.- С.576-580.

12. Мартышев Ю.Н. Исследование свечения и электризации кристаллов LiF при их деформации // Кристаллография. 1965. - Т. 10, в.2. - С.224 - 226.

13. Пархоменко Э.И., Мартышев Ю.Н. Явления электризации и свечения минералов в процессе деформации и разрушения //Физика очага землетрясения. М.: Наука, 1975. - С. 151-159.

14. Дерягин Б.В., Кротова H.A., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. М.: Наука, 1973.-43 с.

15. Brady В.Т., Rowell Glen A. Laboratory investigation of the electrodynamics of rock fracture//Nature.- 1986.- V.321, N 6069.-P.488-492.

16. Куксенко B.C., Килькеев Р.Ш., Мирошниченко М.И. К интерпретации электрических предвестников землетрясений // Докл. АН СССР. 1981. - Т.260, N 4. - С.841-843.

17. Кротова H.A., Линке Э., Хрусталев Ю.А. и др. Эмиссия быстрых электронов при разрушении ионных кристаллов// ДАН СССР.- 1973. Т.208, N 1. - С.138-141.

18. Воллбрандт • И., Хрусталев Ю.А., Линке Э. и др. Генерирование электронов высоких энергий при разрушении твердых тел//ДАН СССР. 1975. -Т.225, N 2. - С.313-316.

19. Закревский В.А., Пахотин В.А., Вайткевич С.К. Электронная эмиссия при одноосном сжимающем нагружении ионных кристаллов//ФТТ. 1979. -Т.21, в.З. - С. 723 -729.

20. Воробьев A.A., Гордеев В.Ф., Малышков Ю.П. и др. Импульсное электромагнитное излучение силикатных стекол при симметричном изгибе// Стекло и керамика. 1978.- N 10.- С.10-12.

21. Головин Ю.И., Дьячек Т.П., Усков В.И., А. А Шибков. Электромагнитное излучение деформируемых щелочногалоидных кристаллов//ФТТ. 1985. - Т. 27, в. 2. - С. 555 - 557.

22. Егоров П.В., Иванов В.В., Колпакова Л.А. О некоторых закономерностях импульсного электромагнитного излучениящелочногалоидных кристаллов и горных пород//ФТПРПИ. 1988. - N 1. - С. 6770.

23. Головин Ю.И., Дьячек Т.П., Орлов В.И., Тялин Ю.И. Нестационарное электрическое поле быстрой трещины скола в монокристаллах LiFZ/Физика твердого тела.- 1985. Т.27, в.4.- С.1110-1115.

24. Кротова H.A., Линке Э., Хрусталев Ю.А. и др. Эмиссия быстрых электронов при разрушении ионных кристаллов // //Докл. АН СССР. 1973. -Т.208, N1. - С.138-141.

25. Воллбрандт И., Хрусталев Ю.А., Линке Э. и др. Генерирование электронов высоких энергий при разрушении твердых тел //ДАН СССР. 1975. - Т.225, N 2. - С.313 - 316.

26. Кротова H.A., Карасев В.В. Исследование электронной эмиссии при раскалывании твердых тел в вакууме/ ДАН СССР. 1953. - Т.92, N 3. - С.607-610.

27. Закревский В.А., Пахотин В.А., Вайткевич С.К. Электронная эмиссия при одноосном сжимающем нагружении ионных кристаллов//Физика твердого тела. 1979. - Т.21, в.З.- С.723-729.

28. Wollbrandt J., Linke Е., Meyer К. Emission of high energy electrons during mechanical treatment of alkali halides//Phys. status solidi (a). 1975. - V. 27, N2.-C.153 - 155.

29. Дерягин Б.В., Кротова H.A. Адгезия. M.: Изд-во АН СССР, 1949.244 с.

30. Мецик М.С. Физика расщепления слюд. Иркутск: Вост-Сиб. кн. изд., 1967.-280 с.

31. Евсеев В.Д. Электрические потери энергии при разрушении диэлектриков//Тез. докл. Всесоюз. конф. «Физика диэлектриков».- Караганда, 1978.- С.87 88.

32. Евсеев В.Д. Природа эффекта Ребиндера при разрушении неорганических диэлектриков и электрокогезионные явления //Изв. высш. учеб. заведений. Сер. Физика. 1985. - N 2. - С.29 - 35.

33. Кузнецов В. А. Исследования в области механической прививки полимеров на поверхности твердых минеральных тел при их разрушении: Дисс. канд. хим. наук.- М., 1977.- 112 с.

34. Беляев JI.M., Мартышев Ю.Н., Яшин Ю.Я. Об электромагнитных процессах, сопровождающих образование новых поверхностей в щелочногалоидных кристаллах/ Механоэмиссия и механохимия твердых тел.-Фрунзе: Илим. 1974. - С.121 - 125.

35. Перельман М.Е., Хатиашвили Н.Г. О радиоизлучении при хрупком разрушении диэлектриков // ДАН СССР. 1981. - Т. 256, N 4. - С.824 - 826.

36. Воробьев A.A. О возможности электрических разрядов в недрах Земли // Геология и геофизика. 1970. - N 12. - С.3-13.

37. Воробьев A.A., Сальников В.Н. Наблюдения радиоволн и аномальные изменения электропроводимости при нагревании образцов горных пород и минералов // ФТПРПИ. 1976. - N 5. - С.3-15.

38. О природе электромагнитных волн, излучаемых горными породами при их нагружении /Воробьев A.A., Ширяев В.Ф., Защинский JI.A., Евсеев В .Д.// Проблемы нефти и газа Тюмени. 1974. - Вып.4. - С.77-80.

39. Исследование параметров радиоизлучения при нарушении адгезии полимер твердое тело /Тюрикова Л.А., Авербух Б.Г., Москвитин Н.И., Кротова H.A. //ДАН СССР. - 1971. - Т.201, N 4. - С.833 -836.

40. Беляев JI.M., Набатов В.В., Мартышев Ю.Н. О времени свечения в процессах трибо- и кристаллолюминесценции //Кристаллография. 1962. - Т.7, вып.4. - С.576-580.

41. Мартышев Ю.Н. Исследование свечения и электризации кристаллов LiF при их деформации//Кристаллография. 1965.- Т. 10, в.2. - С.224-226.

42. Пархоменко Э.И., Мартышев Ю.Н. Явления электризации и свечения минералов в процессе деформации и разрушения//Физика очага землетрясения. -М.: Наука, 1975.-С. 151-159.

43. Мирошниченко М.И., Куксенко B.C. Излучение электромагнитных импульсов при зарождении трещин в твердых диэлектриках //ФТТ.-1980.-№22, в.5.- С.1531-1533.

44. Воробьев А.А., Заводовская Е.К., Сальников В.Н. Изменение электропроводности и радиоизлучение горных пород и минералов при физико-химических процессах в них//ДАН СССР. 1975.-Т.220, N 1. - С.82 - 85.

45. Гончаров А.И., Корявов В.П., Кузнецов В.М. и др. Акустическая эмиссия и электромагнитное излучение при одноосном сжатии //ДАН СССР.1980. Т.255, N 4.- С.821-824.

46. Килькеев Р.Ш., Мирошниченко М.И. Электрические поля при механическом нагружении горных пород//Прогноз землетрясений.-Душанбе,1983 N 4.- С.92-98.

47. Мирошниченко М.И., Куксенко B.C. Изучение электромагнитных импульсов при зарождении трещин в твердых диэлектриках//Физика твердого тела.- 1980.- Т.22, в.5.- С.1531-1533.

48. Хатиашвили Н.Г. Об электромагнитном эффекте при трещинообразовании в щелочно-галоидных кристаллах и горных породах//Изв. АН СССР. Физика Земли. 1984. - N 9. - С. 13-19.

49. Хатиашвили Н.Г., Гогошидзе Д.А., Зилпимиани Д.О. Спектр электромагнитного излучения при скалывании щелочно-галоидных кристаллов//Сообщ. АН ГССР.- 1984.- Т. 110, N 1.- С.45-48.

50. Гершензон Н.И., Залпимиани Д.О., Манджгалидзе П.В. и др. Электромагнитное излучение вершины трещины при разрушении ионных кристаллов//ДАН СССР. 1986. - Т.228, N 1. - С.69 - 72.

51. Мастов Ш.Р., Гольд P.M., Яворович JT.B. Влияние масштабного фактора на электромагнитную эмиссию/Томск, политех, институт.- Томск, 1987.- 12 е.- Деп. в ВИНИТИ 19.11.87, N 8167- В87.

52. Егоров П.В., Иванов В.В., Колпакова JT.A. О некоторых закономерностях импульсного электромагнитного излучения щелочногалоидных кристаллов и горных пород//ФТПРПИ. 1988.- N 1. - С. 6770.

53. Потураев В.Н., Булат А.Ф., Хохолев В.К. Об особенностях комплексной регистрации электромагнитного и акустического излучения при разрушении горных пород//ДАН СССР. 1989. - Т. 308. - N 6. - С.1351-1354.

54. Динамика трещин и электромагнитное излучение нагруженных горных пород /Иванов В.В., Егоров П.В., Колпакова JT.A., Пимонов А.Г. //ФТПРПИ. 1988. -N 5. - С. 20 - 27.

55. Электромагнитная эмиссия диэлектрических материалов при статическом и динамическом воздействии/ Гордеев В.Ф., Малышков Ю.П., Чахлов В.Л и др. //ЖТФ.- 1994. Т.64, в. 4. - С.57-67.

56. Источники и механизмы электромагнитной эмиссии в бетонах /Малышков Ю.П., Фурса Т.В., Гордеев В.Ф. и др.//Изв. вузов. Строительство. -1996.-N 12.-С. 31 -37.

57. Электромагнитная эмиссия бетонов при ударном нагружении /Чахлов В.Л., Малышков Ю.П., Гордеев В.Ф. и др.//Изв. высш. учеб. заведений. Строительство. 1995. - N 5-6. - С. 54-58.

58. Воробьев А.А., Чаусов В.М., Гордеев В.Ф. Импульсное радиоизлучение при царапании некоторых диэлектрических материалов//Изв. высш. учеб. заведений. Физика. 1977. - N 10. - С. 126-128.

59. Беляев J1.M., Мартышев Ю.Н. О свечении при царапании кристаллов фтористого лития//Кристаллография. 1964. - Т.9, в.1. - С.117 - 119.

60. Импульсное электромагнитное излучение минералов и горных пород, подвергнутых механическому нагружению/Гольд P.M., Марков Г.П., Могила П.Г., Самохвалов М.А. //Изв. АН СССР. Физика Земли. 1975, N 7. С. 109 -111.

61. Егоров П.В., Денисов A.C., Минаев С.М. Триболюминесцентный способ оценки напряженного состояния горного массива//Геофизические способы контроля напряжений и деформаций. Новосибирск: изд.- во ИГД СО РАН СССР, 1985.-С. 35-40.

62. Закономерности генерирования электромагнитного сигнала твердыми телами при механическом воздействии/Малышков Ю.П., Гордеев В.Ф., Дмитриев В.П. и др. //ЖТФ. 1984. - Т. 54, в.2. - С.336 - 341.

63. Электромагнитный эмиссионный контроль прочности бетонов/Гордеев В.Ф., Малышков Ю.П., Чахлов В.Л. и др. //Дефектоскопия. -1992.-N7.-С. 76-80.

64. Применение электромагнитной эмиссии для контроля железобетонных сооружений и мостов/ Малышков Ю.П., Гордеев В.Ф., Фурса Т.В. и др. // Изв. высш. учеб. заведений. Строительство. 1996. - N 5. - С. 3 - 7.

65. Изменение прочности бетона в технологическом цикле с использованием метода электромагнитной эмиссии//Изв. высш. учеб. заведений. Строительство. 2000. - N 12. - С. 45-49.

66. Воробьев A.A. Электромагнитное излучение в процессе образования трещин в диэлектрических телах//Дефектоскопия. 1977. - N5 . - С. 128 - 129.

67. Булат А.Ф., Хохолев В.К. Геофизический контроль массива при отработке угольных пластов. Киев: Наукова думка, 1990. - 168 с.

68. A.C. N 1110552 (СССР). Способ контроля нарушения сплошности массива горных пород / Ямщиков B.C., Шкуратник В.Д., Лыков К.Г. и др. -Опубл. в БИ, 1984, N25.

69. A.C. N 1086160 (СССР). Способ определения напряженного состояния массива горных пород /Ямщиков B.C., Шкуратник В.Д., Лыков К.Г. и др. -Опубл. в БИ, 1984, N 14.

70. Курленя М.В., Яковицкая Г.Е., Кулаков Г.И. Стадийность процесса разрушения на основе исследования ЭМИ-излучения// ФТПРПИ. 1991.- N 1.-С. 44-49.

71. Курленя М.В., Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. Спектрально-временной анализ электромагнитной эмиссии при трещинообразовании образцов горных пород//ФТПРГТИ. 1993. - N 1. - С. 3 - 13.

72. Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. Особенности изменения спектра частот электромагнитного излучения при разрушении образцов горных пород//ПМТФ.- 1994. Т.35, N 5 (207).- С.160 - 165.

73. Поиск электромагнитных предвестников землетрясений / Под ред. М.Б. Гохберга. М.: ИФЗ АН СССР, 1988. - 167 с.

74. Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. Особенности изменения спектра частот электромагнитного излучения при разрушении образцов горных пород//ПМТФ.- 1994. Т.35, N 5 (207). - С. 160 - 165.

75. О структуре сигналов электромагнитного излучения и связанных с ними актах разрушения образцов горных пород/Курленя М.В., Вострецов А.Г., Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. //ФТПРПИ. 2000. - N 1. - С.5 - 11.

76. Ямщиков B.C., Шкуратник В.Д., Лыков К.Г. Измерение напряжений в массиве горных пород на основе эмиссионных эффектов памяти//ФТПРПИ. -1990. N 2. - С.23 - 28.

77. Кузнецов С.В. Совместная регистрация электромагнитных и сейсмоэлектрических сигналов//Геофизические способы контроля напряжений и деформаций. Новосибирск: ин-т горн, дела СО АН СССР, 1985.- С.31 - 34.

78. Brace W.F. and Bombolakis E.G. A note on brittle crack growth in compression.- J. Geophys. Research, 68, 3709-3713, 1963.

79. Brace W.F. : An extension of Griffith theory of fracture to rocks.- Geophy. Res., 65,3477-3480, 1960.

80. Касьян M.B., Робсман B.A., Николосян Г.Н. Изменения спектров эмиссионных сигналов при развитии трещин и разрушении горных пород//ДАН

81. СССР.- 1989. Т.306, N 4. - С. 826-830.

82. Иванов В.В., Егоров П.В., Пимонов А.Г. Статистическая теория эмиссионных процессов в нагруженных структурно-неоднородных горных породах и задача прогнозирования динамических явлений // ФТПРПИ.- 1990.-N 4.- С.59 65.

83. Курленя М.В., Вострецов А.Г., Яковицкая Г.Е. Об одной модели сигналов электромагнитного излучения нагруженных горных пород//ФТПРПИ. 1996.-N3.-С. 9-17.

84. Schols С.Н. Microfraturing and the inelastic deformation of rock incompression // J. Geophys. Res.-1968. -Vol. 73.- P.1417-1432.

85. Томашевская И.С., Хамидуллин Я.Н. Предвестники разрушения образцов горных пород//Изв. АН СССР. Физика Земли.-1972.-№5. -С. 12-20.

86. Гусев В.А. Акустическая эмиссия при деформировании монокристаллов тугоплавких металлов. -М.: Наука, 1972. -107 с.

87. Koltsov F.G., Ponomarev F.V., Salov B.G. et.al. Investigation of precursoty stage and fracture development in the rock samples be complex geophysical methods //Acta Geophys. Pol. -1984. -Vol. 32, №3. P. 283-299.

88. Хатиашвили Н.Г. Электромагнитное излучение ионных кристаллов, стимулированное акустической волной. // Письма в ЖТФ.- Том. 7 , вып. 18.- С.1. Ф 1128-1132.

89. Болотин Ю.И. О коэффициенте электроакустического излучения трещин нормального отрыва при разрушении горных пород/ ФТПРПИ.-1993.-№ 5.-С. 44-46.

90. Теоретические предпосылки измерения развивающейся трещины с помощью акустической эмиссии/ Болотин Ю.И., Грешников В.А., Дробот Ю.Б., Маслов JI.H. // Измерительная техника.- 1974,- №12.- С.34-37.

91. Болотин Ю.И., Грешников В.А., Дробот Ю.Б. и др. Анализ акустической эмиссии, вызванной ростом трещины в прямоугольной пластине// Измерительная техника.- 1975.- № 1.- С. 24-28.

92. Динамика трещин и электромагнитное излучение нагруженных горных пород /Иванов В.В., Егоров Н.В., Колпакова JI.A., Пимонов А.Г. // ФТПРПИ.- 1988.- № 5.- С. 28-33.

93. Шамина О.Г. Об особенностях спектров продольных и поперечных волн.// Физика Земли.- 2000.- № 11.- С.35-39.

94. Динариев О.Ю., Николаевский В.Н. Об электромагнитном отклике при распространении сейсмического сигнала во фрагментированном горном массиве// Физика Земли.- 1998.- № 12.- С. 45-49.

95. Гордеев В.Ф., Ласуков В.В. Физика электромагнитного эмиссионного метода контроля качества материалов и его перспективы.// Известия высших учебных заведений. Сер. Физика.- 2001.- № 7.- С. 84-91.

96. Оперативные электромагнитные предвестники землетрясений /Гохберг М.Б., Моргунов В.А., Герасимович Е.А., Матвеев И.В М.: Наука, 1985.- 116 с.

97. Электромагнитные предвестники землетрясений. М.: Наука, 1982.88 с.

98. Воробьев A.A. Равновесие и преобразование видов энергии в недрах. Томск: Изд-во Том. Ун-та, 1980. - 211 с.

99. Исследование механизма формирования электромагнитного излучения горных пород в связи с прогнозированием землетрясений: Автореф. канд. физ.-мат. наук. Троицк, 1985. - 17 с.

100. Ржевский В.В., Ямщиков B.C., Шкуратник В.А. Эмиссионные ^ эффекты «памяти» в горных породах // Докл. АН СССР. 1983. - Т. 273, №5.1. С. 1094-1097.

101. Александров М.С., Бакленева З.А., Гладштейн Н.Д. и др. Флуктуации электромагнитного поля Земли в диапазоне СНЧ. М.: Наука, 1972.- 195 с.

102. Малышков Ю.П., Гордеев В.Ф., Дмитриев В.П. и др. Закономерности генерирования электромагнитного сигнала твердыми телами при механическом воздействии // Журн. техн. физики. 1984.-Т.54, вып.2.-С. 336-341.

103. Воробьев A.A., Мастов Ш.Р. О возможном механизме образованияэлектромагнитных полей в нагружаемых глинистых грунтах/ Том. Политехи. Ин-т.-Томск, 1980.- 14 с.- Деп. в ВИНИТИ 22.08.1980, № 3812-80.

104. Малышков Ю.П., Гордеев В.Ф., Дмитриев В.П., Смирнов В.А. и др. Закономерности генерирования электромагнитного сигнала твердыми теламипри механическом воздействии// ЖТФ.- 1984.- т. 54, вып. 2. С. 336-341.

105. Гордеев В.Ф., Малышков Ю.П., Чахлов В.Л., Баумбах X. и др. Электромагнитный эмиссионный контроль прочности бетонов//Дефектоскопия.- 1992.- №7.- С. 76-80.

106. Способ неразрушающего контроля физико-механических свойств изделий / Малышков Ю.П., Гордеев В.Ф., Майер Г.Р., Анненков Ю.М., Хорсов H.H. А. С. №1590959 . Бюл. изобр., 1990, № 33.

107. Беспалько A.A., Яворович J1.B., Дацко Д.И. Исследование электретного состояния в алевролите электромагнитным методом//Сб.трудов «Полиматериалы 2001» Материалы Международной научно-технической

108. Ш конференции «Межфазная релаксация в полиматериалах», Москва, 2001.- С. 319-321.

109. О структуре сигналов электромагнитного излучения и связанными с ними актах разрушения образцов горных пород /Курленя М.В., Вострецов А.Г., Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. // ФТПРПИ.- 2000.-№1.- С. 5-11.

110. Иванов В.В., Егоров П.В., Колпакова JI.A., Лимонов А.Г. Динамика трещин и электромагнитное излучение горных пород// ФТПРПИ. -1988. №3.-С. 25-28.

111. Вострецов А.Г., Кулаков Г.И., Тимоненков Ю.А., Яковицкая Г.Е. Прогнозирование разрушения горных пород по спектральным характеристикам сигналов электромагнитного излучения// ФТПРПИ. 1998. -№4.- С. 17-23.

112. Акустическая эмиссия и электромагнитное излучение при одноосном сжатии /Гончаров А.И., Корявов В.П., Кузнецов В.М., Либин В.Я. и др. // Докл. АН СССР.- 1980.-т. 255, №4.- С. 821-824.

113. Хатиашвили Н.Г. Электромагнитное излучение ионных кристаллов, стимулированное акустической волной// Письма в ЖТФ.- 1981.- т. 7, вып. 18.-С. 1128-1132.

114. Хатиашвили Н.Г., Перельман М.Е. Генерация электромагнитного излучения при прохождении акустических волн через кристаллические диэлектрики и некоторые горные породы// Докл АН СССР.- 1982.- Т. 263, №4.-С. 839-842.

115. Фурса Т.В., Хорсов H.H., Батурин Е.А Источники акустоэлектрических преобразований в бетонах// ЖТФ.- 1999.- т. 69, вып. 10.-С. 51-56.

116. Электроразведка. Справочник геофизика. /Под ред. Тархова А.Г. — М.: Недра, 1980.-519 с.

117. Ягодкин Г.И., Мохначев М.П., Кунтыш М.Ф. Прочность и деформируемость горных пород в процессе их нагружения. -М.: Наука, 1981.103 с.

118. Венецкий И.Г., Венецкая В.И. Основные математико-статистические понятия и формулы в экономической анализе. -М.: Статистика, 1979. 447 с.

119. Аппаратура для контроля качества неметаллических материалов и изделий по характеристикам электромагнитной эмиссии /Гордеев В.Ф., Елисеев В.П., Малышков Ю.П., Чахлов В.Л., Кренинг М. // Дефектоскопия. 1994. -№4. - С. 48-54.

120. Защинский JI.A., Саломатин В.Н., Мастов Ш.Р. Методические рекомендации по применению метода регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли при изучении оползневого процесса-Симферополь, 1983.-75 с.

121. Хомич В.И. Приемные ферритовые антенны. М.: Госэнергоиздат, 1960.-64 с.

122. Бару Н.В., Кононов И.И. Соломник М.Е. Радиопеленгаторы -дальномеры ближних гроз. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 143 с.

123. Беспал ько A.A., Хорсов H.H. Аппаратурный комплекс для исследования напряженно-деформированного состояния горных пород в шахтах// Труды Международной конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли».- Новосибирск, 2004.- С. 210-213.

124. Управление состоянием горных пород на рудниках Горной Шории /Егоров П.В., Шевелев Ю.А., Матвеев И.Ф., Скляр Н.И., Квочин В.А.-Кемерово, изд-во КГТУ, 1999.- 258 с.

125. Петухов И.М., Егоров П.В., Винокур Б.Ш. Предотвращение горных ударов на рудниках.- М.: Недра, 1984.- 371 с.

126. Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях Горной Шории, склонных к горным ударам,- Новокузнецк: ВостНИГРИ, ВНИМИ, 1991.- 93 с.

127. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология месторождений полезных ископаемых.- Л.: Недра, 1986.- С.114.

128. Егоров П.В. Геомеханическое обоснование технологии разработки месторождений полезных ископаемых// ФТПРПИ.-1986,- №2, С.112.

129. Квочин В.А. Исследование механизма проявления горных ударов на

130. Таштагольском руднике./ Сб.: Исследования напряжений в горных породах,

131. Новосибирск,1985.- с.17-26.

132. Исследование по разработке методов и технологических средств автоматического измерения и обработки основных параметров для целей их прогноза и аварийной сигнализации. / Отчет, том 2. 1982, 331 е., пос. Зеленый, Московская обл., ВСЕГИНГЕО.

133. Введение в механику скальных пород/под ред. X. Бока, Москва:Мир, 1983.- 276 с.

134. Петров В.А. Термодинамический подход к микромеханикеразрушения твердых тел// ФТТ.-1983.-Т.25, №10.- С. 35-37.

135. Пимонов А.Г., Иванов В.В. Имитационная модель процесса трещинообразования в очагах разрушения горных пород// ФТПРПИ.-1990.-№3.-С. 34-37.

136. Воробьев A.A., Тонконогов М.П., Векслер Ю.А. Теоретические вопросы физики горных пород.- М.: Недра, 1972.- 151 с.

137. Финкель В.М., Тялин Ю.И., Колодин А.Н., Тялина JI.H. Заряжение берегов трещины и работа разрушения щелочно-галоидных кристаллов// ФТТ.-1992.-Т.9,№9.- С. 567-569.

138. Перельман М.Е., Хатиашвили Н.Г. О радиоизлучении при хрупком разрушении диэлектриков// ДАН.- 1981.- Т.256, №4.- С. 824-826.

139. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля.-М.: Наука, 1990.- 343 с.

140. Ш 143. Соколов A.A., Тернов И.М. Релятивистский электрон.- М.: Наука,1974.- 345 с.

141. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэнде М. Фейнмановские лекции по физике.-М.: Мир, 1977.-T.6.- 376 с.

142. Соболев Г.А., Завьялов А.Д. // Докл. АН CCCP.-1980.-t.254, №1. С. 567-569.

143. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности.-М.: Наука, 1987.

144. Челидзе T.J1. Методы теории протекания в механике геоматериалов.-М.: Наука, 1987.- 136 с.

145. Борчик Е.Ю., Кондауров В.И. // ФТПРПИ.-1990.-№1.

146. Каталог импульсных электромагнитных предвестников землетрясений .-М.: ИФЗ АН СССР.-1991.

147. Гохберг М.Б., Моргунов В. А., Похотелов О. А. Сейсмоэлектромагнитные явления М.: Наука, 1988.- 174 с.

148. Bieniawski Z.T.: Mechanism of brittle fracture of rock CSIR Report, MEG580, Pretoria.-224, 1967.

149. Cook N.G.W.: Failure of rock. J. Rock Mech. Min. Sc.-1965.- №2.-P.3 89-403.

150. Hallbauer D.K., Wagner H. and Cook N.G.W.: Some observation concerning the microscopic and mechanical behavior of quartzite specimens in stiff, triaxial compression tests. Int. J. Rock Mech. Min. Sci.- 1973.-№10, P.713-726.

151. Wawersik W.R. and Brace W.F.: Post failure behaviour of a granite and diabase. - Rock Mech., 1971.-№3.-P 61-85.

152. Hallbauer D.K., Wagner H. and Cook N.G. W.: Same observations concerning the microscopic and mechanical behavior of quartzite specimens in stiff, triaxial compression tests.-Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 1973.-№10.-P. 713-726.

153. Фурса T.B., Хорсов H.I I., Батурин E.A. Источники акустоэлектрических преобразований в бетонах// Журнал технической физики.-1999.-т. 69, вып. 10.- С. 51-55.

154. Мастов Ш.Р., Ласуков B.B. Теоретическая модель генерации электромагнитного сигнала в процессе хрупкого разрушения // Изв. АН СССР. Физика Земли.- 1989.- №6.- С.38-48.

155. Леб Л. Статическая электризация. М.- Л.: Госэнергоиздат, 1963. 408с.

156. Исследование макроскопических обменных процессов при возникновении и релаксации механоэлектретного состояния горных пород // Изв. Ан СССР. Физика Земли.-1987.-№12.- С. 34-38.

157. Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л. Акустический метод исследования скважин.- М.: Недра, 1978.- 367 с.

158. Яворович Л.В., Гольд P.M., Ласуков В.В. Исследование амплитуды электромагнитного сигнала при ударном воздействии на образцы горных пород с различной пористостью // ФТПРПИ.- 1999.- №6.- С. 33-40.

159. Беспалько A.A., Гольд P.M., Яворович Л.В., Дацко Д.И. Возбуждение электромагнитного излучения в слоистых горных породах при акустическом воздействии // ФТПРПИ.- 2003.- №2.- С. 8-15.

160. Беспалько A.A., Гольд P.M., Яворович Л.В. Влияние электризации кальцитов на параметры электромагнитных сигналов при импульсном акустическом воздействии // Физическая мезомеханика.- 2004.- Том 7, №5.- С. 95-101.

161. Справочник физических констант горных пород. Под ред. С. Кларка мл.-Изд. Мир.- Москва, 1969.- 543 с.

162. Мастов Ш.Р. Исследование вариаций электромагнитной активности горных пород с целью прогноза геодинамических событий: Автореф. дисс. канд. техн. наук.- Москва, 1987.- 23 с.

163. Ипатов Ю.П. Обоснование применения метода электромагнитной эмиссии для прогноза горных ударов в условиях Хибинских апатитовых рудников: Автореф. дисс. канд. техн. наук.- Ленинград, 1989.- 18 с.

164. Анненков Ю.М., Гольд P.M., Мастов Ш.Р., Яворович JI.B., Соколовский O.II., Ласуков В.В. Влияние степени трещиноватости горных пород на параметры ЭМС // ВНТИ-центр, 1987 г.- Инв. № 009053. 02.87.

165. Вычислительная математика и техника в разведочной геофизике. Справочник геофизика. Под ред. Дмитриева В.И.- М.: Недра, 1990.-499 с.

Информация о работе

Яворович, Людмила Васильевна
кандидата технических наук
Томск, 2005
ВАК 25.00.20

Диссертация

Взаимосвязь параметров электромагнитных сигналов с изменением напряженно-деформированного состояния горных пород - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы