Совершенствование способа регистрации электромагнитного излучения при нарушении сплошности горных пород

Проведены натурные измерения сигналов электромагнитной эмиссии в окрестностях зон геологических нарушений в горных выработках шахты «Имени С. М. Кирова» АО «СУЭК-Кузбасс» стационарными блоками регистрации в режиме реального времени с передачей информации на сервер, расположенный на поверхности. Разработанная аппаратура позволила зарегистрировать изменения в амплитудном спектре сигналов в диапазоне до 1,0 МГц. Особенно выделяются на общем фоне сигналы электромагнитной эмиссии, связанные с активным трещинообразованием. Определены параметры сигнала, предшествующие нарушению сплошности угля и вмещающих горных пород. В зонах разрушения и разуплотнения горных пород резко возрастает число единичных высокоэнергических сигналов, и их амплитудные значения превышают уровень фона более чем в 5 раз. Показано, что перед началом разрушения массива горных пород наряду с увеличением амплитуды электромагнитного излучения наблюдается появление высокочастотной составляющей в спектре сигнала, что позволяет более точно определить начало процесса разрушения горных пород. В разработанном комплексе прогноза опасных динамических явлений, определяемых методом электромагнитной эмиссии, реализован критерий обнаружения опасно нагруженных зон не только по амплитудной, но и по частотной составляющей сигнала, а также их комбинации.

Ключевые слова: горная выработка, электромагнитная эмиссия, регистрация, стационарный комплекс, разрушение, трещинообразование, обрушение, горное давление, динамические проявления горного давления, напряженно-деформированное состояние, электромагнитное излучение, натурные исследования.
Как процитировать:

Мешков А. А., Ледяев Н. В., Хамутский А. А., Савченко А. В., Бизяев А. А. Совершенствование способа регистрации электромагнитного излучения при нарушении сплошности горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6−2. — С. 135—148. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_135.

Благодарности:
Номер: 6
Год: 2022
Номера страниц: 135-148
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.83
DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_135
Дата поступления: 14.01.2022
Дата получения рецензии: 15.04.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.05.2022
Информация об авторах:

Мешков Анатолий Алексеевич — Генеральный директор АО «СУЭК-Кузбасс», 652507, Кемеровская область — Кузбасс, г. Ленинск-Кузнецкий, ул. Васильева, д. 1, Россия
Ледяев Николай Владимирович — Заместитель технического директора по противоаварийной устойчивости предприятий — начальник управления противоаварийной устойчивости предприятий АО «СУЭК-Кузбасс», 652507, Кемеровская область — Кузбасс, г. Ленинск-Кузнецкий, ул. Васильева, д. 1, Россия;
Хамутский Алексей Александрович — заместитель главного механика — руководитель проектов по интеллектуальным системам АО «СУЭК-Кузбасс», 652507, Кемеровская область — Кузбасс, г. Ленинск-Кузнецкий, ул. Васильева, д. 1, Россия;
Савченко Андрей Владимирович — канд. техн. наук, доцент, http://orcid.org/0000-00018458-1487, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела им. Н. А. Чинакала» СО РАН, 630091, Новосибирск, Красный проспект, 54, Россия, e-mail: sav@eml.ru;
Бизяев Алексей Анатольевич — инженер, http://orcid.org/ 0000-0002-0659-9267, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела им. Н. А. Чинакала» СО РАН, 630091, Новосибирск, Красный проспект, 54, Россия, e-mail: bizyaev@ngs.ru.

 

Контактное лицо:

Савченко Андрей Владимирович, e-mail: sav@eml.ru.

Список литературы:

1. Батугин А. С. О роли тектонофизических исследований в оценке промышленной и геоэкологичекой безопасности разработки угольных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — No 2—1. — С. 241–250. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21−0-241−250.

2. Курленя М. В., Цупов М. Н., Савченко А. В. Влияние Бачатского землетрясения в Кузбассе на эмиссию метана в горные выработки угольных шахт // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 5. — С. 3—9. DOI: 10.15372/FTPRPI20190501.

3. Шемякин Е. И., Курленя М. В., Кулаков Г. И. К вопросу о классификации горных ударов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 1986. — № 5. — С. 3—11.

4. Куксенко В. С., Инжеваткин И. Е., Манжиков Б. Ц. Физические и методические основы прогнозирования горных ударов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 1987. — № 1. — С. 9—22.

5. Pamukcu S. and Cheng L. Underground Sensing. Monitoring and Hazard Detection for Environment and Infrastructure. — Elsevier. Academic Press. — 2017. — 522 p.

6. Song D., Wang E., He X., Jia H., Qiu L., Chen P. and Wang S. Use of Electromagnetic Radiation from Fractures for Mining-Induced Stress Field Assessment // Journal of Geophysics and Engineering. 2018, vol. 15, no. 4, pp. 1093—1103. DOI: 10.1088/1742−2140/aaa26d.

7. Rabinovitch A., Frid V., Bahat D. Directionality of Electromagnetic Radiation from Fractures // International Journal of Fracture. 2017, vol. 204, no. 2, pp. 239— 44. DOI:10.1007/s10704-016-0178-7.

8. Song D., Wang E., Song X., Jin P., Qiu L. Changes in Frequency of Electromagnetic Radiation from Loaded Coal Rock // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016, vol, 49, no. 1, pp. 291—302. DOI: 10.1007/s00603-015-0738-6.

9. Song X., Li X., Li Z., Zhang Z., Cheng F., Chen P., Liu Y. Study on the Characteristics of Coal Rock Electromagnetic Radiation (EMR) and the Main Influencing Factors // Journal of Applied Geophysics. 2018, vol. 148, pp. 216—225. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2017.11.018.

10. Яковлев Д. В., Мулёв С. Н. Опыт применения многофункциональной геофизической аппаратуры Ангел-М в угольной и рудной промышленности // Уголь. — 2014. № 10. — С.14 — 19.

11. Бизяев А. А., Воронкина Н. М., Савченко А. В., Цупов М. Н. Методика бесконтактного определения опасно нагруженных зон в массиве горной выработки // Уголь. — 2019. — № 11 (1124). — С. 27—31. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-11−27−31.

12. Яковитская Г. Е. Методы и технические средства диагностики критических состояний горных пород на основе электромагнитной эмиссии. — Новосибирск: Параллель, 2008. — 315 с.

13. Яковицкая Г. Е. Прогноз динамических проявлений массива горных пород на основании регистрации сигналов электромагнитного излучения // Физические проблемы разрушения горных пород: Сб. трудов третьей международной научной конференции 9 — 14 сентября 2002 г. — Новосибирск: Наука. — 2003. — С. 98—103.

14. Бизяев А. А., Вострецов А. Г., Яковицкая Г. Е. Регистрационно-диагностический комплекс РДК РЭМИ-3 и экспериментальные исследования разрушения горных пород в условиях подземных горных выработок Таштагольского месторождения // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. — 2015. — № 3 (28). — С. 29—38.

15. Qiu L., Wang E., Song D., Liu Zh., Shen R., Lv G. and Xu Zh. Measurement of the stress field of a tunnel through its rock EMR // J. Geophys. Eng. 2017, vol. 14, no. 4, pp. 949—973. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2017.11.018.

16. Li D., Wang E., Li Zh., Jia H., Wang D., Kong X., Wang X., Wang X. and Ali M. A causal mechanism for anomalous electromagnetic radiations from coal and rock failure // Geophysics. 2018, vol. 83, no. 6, pp. E423—E434. DOI: 10.1190/geo2018−0360.1.

17. Li Ch., Sun X., Wang Ch., Xu X., Xie B. and Li J. The correlated characteristics of micro-seismic and electromagnetic radiation signals on a deep blasting workface // J. Geophys. Eng. 2016, vol. 13, no. 6, pp. 1020—1035. DOI: 10.1088/1742−2132/13/6/1020.

18. Wang E., He X., Liu X., Li Zh., Wang Ch. and Xiao D. A non-contact mine pressure evaluation method by electromagnetic radiation // J. Appl. Geophys. 2011, vol. 75, no. 2, pp. 338—344. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2011.06.028.

19. Song D., Wang E., He X., Jia H., Qiu L., Chen P. and Wang S. Use of electromagnetic radiation from fractures for mining-induced stress field assessment // J. Geophys. Eng. 2018, vol. 15, no. 4, pp. 1093—1103. DOI: 10.1088/1742−2140/aaa26d.

20. Li Zh., Niu Y., Wang E., Liu L., Wang H., Wang M. and Ali M.Experimental Study on Electric Potential Response Characteristics of Gas-Bearing Coal During Deformation and Fracturing Process // Processes. 2019, vol. 7, no. 2, pp. 72—103. DOI: 10.3390/pr7020072.

21. Frid V. Calculation of Electromagnetic Radiation Criterion for Rockburst Hazard Forecast in Coal Mines // Pure Appl. Geophys. 2001, vol. 158, no. 5−6, pp. 931—944. DOI: 10.1007/PL00001214.

22. Di Y., Wang E. Electromagnetic radiation interference signal recognition in coal rock mining based on recurrent neural networks // Geophysics. 2021, vol. 86, no. 4, pp. K1—K10. DOI: 10.1190/geo2020−0726.1.

23. Hu S., Wang E., Liu X. Spatiotemporal multifractal characteristics of electromagnetic radiation in response to deep coal rock bursts // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2014, vol. 14, no. 8, pp. 2089—2103. DOI: 10.5194/nhess-14−2089−2014.

24. Song X., Li X., Li Zh., Zhang Zh., Cheng F., Chen P. and Liu Y. Study on the characteristics of coal rock electromagnetic radiation (EMR) and the main influencing factors // J. Appl. Geophys. 2018, vol. 148, pp. 216—225. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2017.11.018.

25. Li X., Wang E., Li Zh., Liu Zh., Song D. and Qiu L. Rock Burst Monitoring by Integrated Microseismic and Electromagnetic Radiation Methods // Rock Mech. Rock Eng. 2016, vol. 49, no. 11, pp. 4393—4406. DOI: 10.1007/s00603-016-1037-6.

26. Frid V. Electromagnetic radiation method water-infusion control in rockburstprone strata // J. Appl. Geophys. 2000, vol. 43, no. 1, pp. 5—13. DOI: 10.1016/ S0926−9851(99)00029−4.

27. Liu X., Zhang Zh., Wang E., Wang X., Yang B. and Wang H.Characteristics of electromagnetic radiation signal of coal and rock under uniaxial compression and its field application // J. Earth Syst. Sci. 2019, vol. 129, no 1, pp. 34−1—34−11. DOI: 10.1007/ s12040-019-1309-0.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.