Использование радиационных свойств пород в горной практике

 

Методы измерения естественной и искусственной радиоактивности широко используются для изучения физических свойств, вещественного состава и состояния горных пород. Они получили название радиометрических.

Для определения происхождения и радиологического возраста минералов используют конечные радиогенные продукты распада – стабильные изотопы (аргон, гелий, свинец и т. п.), которые фиксируются масс-спектрометрическим или изотопно-спектральным методом. По количеству и изотопному составу свинца можно точно определить возраст минералов.

Ядерно-физические методы, в которых используются процессы искусственной радиоактивности, применяются для определения элементарного состава пород, а также их физико-химических свойств (влажности, прочности и т. д).

Широкое распространение в наше время получили радиометрические методы поиска месторождений полезных ископаемых (эмациональный, радио-гидро-геологический).

Для изучения геологического разряда буровых скважин применяют радиоактивный и эманациенный каротаж.

Зависимость поглощения рентгеновских лучей, прошедших через вещество от неординарности строения, минерального свойства и плотности положения в основу дефектоскопии.

Для выявления особенностей строения и минералогического состава пород широко используют рентгеновский микроскоп.

На горнодобывающих предприятиях, в местах с затруднённым присутствием людей (загрузка скипов в стволах; контроль уровня жидкостей в ёмкостях, полезного ископаемого в бункерах и т. д.) используется контрольно-измерительная аппаратура, автоматические регулирующие устройства на основе радиоактивных изотопов.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что называется радиоактивностью горных пород?

2. Как классифицируются минералы по степени их радиоактивности?

3. Какие параметры, характеризующие радиационные свойства пород Вам известны?

4. Какие виды излучения имеют место при радиоактивном распаде?

5. Какие методы применяются для определения радиоактивности горных пород?

6. Что Вы знаете об относительных методах измерения радиоактивности горных пород?

7. Что такое радиоактивность, приведенная к относительному содержанию урана?

8. Какие методы применяют при разведке месторождений полезных ископаемых?

9. Как используются радиационные свойства пород в практике горного дела?

Раздел 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

МЕХАНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРОДНОГО МАССИВА

 

 

Физические процессы в горных породах – явления взаимодействия физических полей с горной породой, в результате которых в породе возникают и протекают различные изменения состава, строения и состояния массивов горных пород.

В горных породах различают следующие физические поля: механическое поле; тепловое; электрическое; магнитное; радиационное; гидравлическое; газодинамическое (последние два являются вещественными полями).

Наибольший интерес для горняка представляют механические процессы в массиве горных пород, происходящие под действием механического поля и вызывающие формирование определенного напряженно-деформированного состояния массива; его изменение при ведении горных работ, сдвижения пород, их разрушение, взаимодействие пород с крепью горных выработок.

Механическое состояние массива характеризуется его: сплошностью или дискретностью, трещиноватостью и слоистостью, неоднородностью и анизотропией, а также его напряженно-деформационным состоянием.

Породный массив – сложная физическая среда, поведение которой в общем случае характеризуется напряжением, деформацией, температурой, временем, трещиноватостью, неоднородностью, анизотропией, наличием вещественных гидравлических и газовых полей.

Изучение такой среды в полном ее объеме невозможно из-за сложности объекта.

Поэтому при исследовании механических процессов в массиве обычно рассматривают не собственно массив, а некое его идеализированное отображение – геомеханическая модель.

На основании принятой геомеханической модели составляют расчетные схемы той или иной задачи.

 

Сплошность и дискретность

 

Сплошным называют массив, в котором горная порода непрерывно заполняет геометрический объем исследуемой части массива.

Дискретным называют массив, который представляет собой систему отдельностей, каждая из которых имеет определенную форму.

В общем случае массив из-за наличия трещиноватости является дискретной средой.

Но в некоторых случаях геометрическую модель дискретного массива представляют как среду сплошную. В этом случае такой массив называют квазисплошной.

Известно несколько критериев квазисплошности массива.

Например, по Крупенникову, массив является квазисплошным, если выполняется условие

 

при ,

 

где ΔА – разность значений напряжений, деформаций и смещений в соседних точках массива с приращением координат Δа;

ε – допускаемая погрешность при определении параметра (обычно 15% среднего значения)

l₀ – линейный размер элементарного объема.

Элементарный объем – объем, обладающий всеми свойствами исследуемого массива, но насколько малый, что напряженно-деформированное состояние в нем рассматривается как в точке.

Для горных пород V_э ≈ 0,025 см³ (l₀ ≈ 0,29 см).

Если это условие не выполняется, то массив рассматривают, как дискретную среду.

По Баклашову вычисляют минимальный размер исследуемого массива, позволяющий применять методы механики сплошной среды

 

, где ,

 

где h – средний размер структурного блока массива (ограниченного трещинами).

Например: h = 1 м, l₀ = 10 м, тогда L=10×1/0,15²=444 м.

Массив, с размером меньшим, чем 444 метра – дискретный, с большим – квазисплошной.