Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния вопроса. постановка задач исследований . 18
1.1. Динамические проявления горного давления в массиве как одна из наиболее опасных форм разрушения горных пород 18
1.2. Модели разрушения горных пород, основные гипотезы возникновения электромагнитного излучения при зарождении и прорастании трещин 20
1.3. Геофизические методы контроля напряженно-деформированного состояния и удароопасности массивов горных пород 32
1.4. Использование метода ЭМИ для прогноза землетрясений и динамических проявлений горного давления в массиве 34
1.4.1. ЭМИ-антенны для регистрации сигналов в лабораторных экспериментах, в натурных условиях подземных горных выработок и при прогнозе землетрясений... ...34
1.4.2. Системы измерений геомеханической информации для прогноза разрушения породных образцов и динамических проявлений горного давления (в лабораторных экспериментах и в массивах) 39
1.4.3. Анализ результатов лабораторных и натурных исследований процесса разрушения горных пород на основании
регистрации ЭМИ 43
1.5. Цель и основные задачи исследований 63
ГЛАВА 2. Распространение сигналов электромагнитного излучения в подземных горных выработках и оценка условий их регистрации. 66
2.1. Анализ механизма формирования очагов разрушения вокруг подземных горных выработок. Обоснование модели возникновения ЭМИ при зарождении и росте трещин 66
2.2. Об ориентировании приемных антенн электрического и магнитного типа в подземных горных выработках 75
2.3. Анализ условий распространения электромагнитных сигналов в геосредах с различными электрическими параметрами в характерном для ЭМИ-излучения диапазоне частот 80
2.4. Оптимальные размеры электрической и магнитной антенн в условиях ближней и дальней зон источника излучения сигналов ЭМИ 99
2.5. В ыводы по главе 2 101
ГЛАВА 3. Разработка приемных эми-антенн и приборов для регистрации сигналов электромагнитного излучения в условиях подземных горных выработок 103
3.1. Задачи разработки приемных ЭМИ-антенн и приборов для регистрации электромагнитных сигналов в подземных горных выработках 103
3.2. Исследование факторов, влияющих на величины амплитуд электромагнитных сигналов в подземных горных выработках 106
3.2.1. Анализ потерь электромагнитной энергии от очага разрушения до приемника 106
3.2.2. О коэффициентах согласования электрических характерис тик антенн и массива горных пород та и полезного действия ца 108
3.3. Постановка и решение задач о согласовании электрических параметров массива и приемных антенн электрического и магнит ного типов 112
3.3.1 Входное сопротивление электрического диполя в виде металлического штыря и его согласование с параметрами массива 113
3.3.2. Входное сопротивление магнитной антенны, выполненной в виде длинной одновитковой рамки, расположенной в выработке или скважине 116
3.3.3. Об эффективности антенн электрического и магнитного типа в условиях подземной регистрации электромагнитных сигналов... 123
3.4. Конструкции приемных ЭМИ- антенн электрического и магнитного типа и их параметры 132
3.4.1. Конструкции приемных ЭМИ-антенн электрического типа 132
3.4.2. Антенны магнитного типа для регистрации ЭМИ-излучения 135
3.5. Разработка аппаратуры для регистрации сигналов ЭМИ
в натурных условиях подземных горных выработок 147
3.6. Выводы по главе 3 153
ГЛАВА 4. Методы регистрации сигналов электромагнитного излучения 155
4.1 Задачи диагностики состояния горных пород на основании регистрации сигналов ЭМИ 155
4.2. Структура и характеристики автоматизированных систем контроля - АСК 157
4.3. Экспериментальное исследование шумов и помех в автоматизированных системах контроля. Предел чувствительности аппаратуры регистрации ЭМИ. 168
4.4. Обнаружение полезного сигнала на фоне шумов и помех. Задачи и методы обработки информации при обнаружении сигналов ЭМИ ...175
4.5. Разработка алгоритмов синхронной регистрации параметров ЭМИ и нагружения образцов горных пород с помощью системы АСИ-2 188
4.6. Тестовые примеры регистрации сигналов электромагнитного излучения с помощью системы - АСИ 2 192
4.7. Выводы по главе 4 196
ГЛАВА 5. Исследование параметров сигналов электромагнитного излучения при разрушении образцов горных пород 198
5.1. Задачи проведения лабораторного эксперимента 198
5.2. Методика и стенд для проведения экспериментальных исследований...200
5.3. Регистрация и анализ синхронных записей сигналов ЭМИ и нагрузки. 202
5.4. Структурные особенности сигналов ЭМИ при многостадийном падении нагрузки в процессе разрушения образцов горных пород 213
5.5. Амплитудные характеристики сигналов электромагнитного излучения в моменты нарушения сплошности образцов мрамора 219
5.6. Структурные особенности параметров электромагнитных сигналов при статическом и динамическом нагружении горных пород 227
5.7. Трехстадийность процесса разрушения образцов горных пород на основании регистрации сигналов электромагнитного излучения 236
5.8. Об автоколебательном квазирезонансном характере сопутствующего процесса ЭМИ-излучения на стадии, предшествующей нарушению сплошности образцов горных пород 244
5.9. О способе диагностики разрушения породных образцов на основе контроля квазирезонансных процессов в сопутствующем ЭМИ-излучении...256
5.10. В ыводы по главе 5 257
ГЛАВА 6. Спектрально-временной анализ в исследова нии эволюции сопутствующего эми-излучения при нагружении образцов горных пород 259
6.1. Основные задачи спектрального анализа... 259
6.2. Стадии процесса разрушения образцов горных пород и сопутствующее электромагнитное излучение 261
6.3. Спектрально-временной анализ электромагнитной эмиссии в диапазоне частот до 20 кГц при трещинообразовании образцов горных пород на стадии, предшествующей нарушению их сплошности 268
6.4. Графическое описание процесса разрушения образцов горных пород в матричном представлении сигналов ЭМИ. ^-образная характеристика разрушения 277
6.5. Исследование спектральных характеристик ЭМИ-излучения на примере хрупких и пластичных образцов горных пород в
диапазоне частот до 20 кГц 285
6.6. О некоторых особенностях спектрально-временных характеристик сигналов электромагнитного излучения, зарегистрированных с помощью системы АСИ-2 289
6.7. Разработка диагностических критериев разрушения горных пород 301
6.7.1. Критерии разрушения на основе структурных особенностей спектрально-временных характеристик сигналов электромагнитного излучения 301
6.7.2. Способ прогноза разрушения горных пород по изменению величины максимальной амплитуды и соответствующей ей спектральной частоты эмиссионных сигналов 307
6.7.3. Диагностика разрушения образцов горных пород и минимальная скорость изменения максимальной спектральной амплитуды ЭМИ 308
6.7.4. Состояние предразрушения массива и направленность изменения максимальной спектральной амплитуды электромагнитных сигналов и соответствующей ей частоты 312
6.7.5. Способ диагностики разрушения образцов горных пород на основе анализа изменения спектрально-временных характеристик сигналов ЭМИ 313
6.8. Выводы по главе 6 315
ГЛАВА 7. Исследование процесса разрушения в массивах горных пород на основании регистрации сигналов электромагнитного излучения от искусственных и естественных источников излучения 317
7.1. Основные задачи натурных исследований в условиях подземных горных выработок 317
7.2. Выбор участков для измерения электрических характеристик горных пород и методика проведения экспериментов в подземных
горных выработках 318
7.2.1. Выбор участков для проведения экспериментальных исследований 318
7.2.2. Измерительная аппаратура и методика для проведения экспериментальных исследований 319
7.2.3.Измерения электрических характеристик горных пород в условиях горных массивов Кузбасса, Центральной Якутии и
Рудного Алтая 320
7.3. Дальность регистрации электромагнитных сигналов от искусственных источников излучения в породных массивах 322
7.3.1. Дальности регистрации электромагнитных сигналов в горных выработках шахт Кузбасса 322
7.3.2. Регистрация электромагнитных полей в многолетнемерзлых горных породах угольных шахт Центральной Якутии для определения дальности их распространения 327
7.3.3. Определение дальности передачи электромагнитных сигналов в условиях полиметаллических рудников Рудного Алтая (Зыряновского свинцово-цинкового комбината) 332
7.4. Оценка областей влияния очаговых зон динамических проявлений горного давления 335
7.5. Исследование взаимосвязи между уровнем трещиноватости горных пород и интенсивностью сигналов электромагнитного излучения 342
7.6. Формирование зон повышенной трещиноватости и интенсивность сигналов электромагнитного излучения 345
7.7. Диагностика и контроль различных видов динамических проявлений горного давления по изменению структуры сигналов электромагнитного излучения 347
7.8. Выводы по главе 7 358
Заключение 359
Литература
