CC BY
21
повышения эффективности и надежности массива.
прогноза геологического строения горного
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. - 2-е изд. - М.: Наука, 1973. - 343 с.
2. Азаров Н.Я., Яковлев Д.В. Сейсмоакустический метод прогноза горно-геологи-ческих условий эксплуатации угольных место-рождений. - М.: Недра, 1988. - 199 с.
3. Анциферов А.В. Теория и практика шахтной сейсморазведки.- Донецк.: изд. «Алан», 2002, - 312 с.
4. Анциферов А.В., Глухов А.А., Компанец
А.И. Влияние геологических факторов на
параметры волновых полей при решении задач шахтной сейсморазведки/ Зб. научных трудов “Проблемы горного давления”. - Донецк:
ДонНТУ, 2005. - № 13. - С.68 - 85
5. Анциферов А.В., Глухов А. А.
Сейсмические волновые поля, регистрируемые на угольных пластах Донбасса при решении задач шахтной сейсморазведки/ Зб. научных трудов Национального горного университета. -
Днепропетровск: НГУ, 2005. - № 23. - С.120 - 128.
6. Глухов А.А. О программном комплексе моделирования сейсмических колебаний в угленосной тол ще/ Наукові праці Національ-ного технічного університету. - Донецьк: ДонНТУ, 2005. - Вип.. 88. - С. 106-113.
7. Глухов А.А. Математическое моделирование сейсмических полей в задачах шахтной сейсморазведки/ Геотехническая механика, 2004. - №49. - С.87-92.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------
Анциферов А.В. - доктор технических наук, директор,
Глухов О.А. - кандидат технических наук, заведующий отделом,
Украинский государственный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горной геологии, геомеханики и маркшейдерского дела НАН Украины (УкрНИМИ), г. Донецк.
----------------------------------------- © В.Н. Иньков, С.А. Коваленко,
В.Н. Анисимов, 2006
УДК 622.611:620.179.16
В.Н. Иньков, С.А. Коваленко, В.Н. Анисимов
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ НА ОБРАЗЦЫ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ ЛАЗЕРНЫМ УЛЬТРАЗВУКОВЫМ МЕТОДОМ
Семинар № 3
звлечение полезных
компонентов из минерального сырья предполагает воздействие на него полями различной физической природы [1,2]. Для материалов, обладающих сильными магнитными свойствами, наиболее эффективным оказывается воздействие магнитным полем, которое в ряде случаев приводит к раскрытию зёрен.
В настоящее время исследование нарушенности образцов чаще всего проводится методом микроструктурного анализа шлифов, который позволяет получать параметры зерна путем его прямой визуализации под микроскопом. Однако объективная оценка раскрытия зёрен горных пород по образцам приводит к необходимости статистического подхода, связанного с усреднением данных, полученных при исследовании большой серии шлифов. Данный процесс достаточно трудоемок, следствием чего является низкая производительность.
Эффективным инструментом
устранения вышеописанного недостатка является применение лазерно-ультразвукового метода [3, 4].
В основе лазерно-ультразвукового метода лежит оптико-акустический эффект, заключающийся в следующем. При падении лазерного излучения на поверхность поглощающей свет среды происходит локальный нестационарный нагрев приповерхностной области. Последующее её расширение приводит к генерации ультразвуковых сигналов. Специальный выбор генераторной среды позволяет возбуждать импульсы продольных волн с амплитудой 10 МПа, пространственной протяжённостью 0,3 мм и спектром от 300 кГц до 30 МГц.
Метод, основанный на лазерном ультразвуке, позволяет работать как в режиме проходящих волн, так и в режиме эхолокации. В качестве информативных параметров в первом случае используется скорость распространения упругих колебаний в породе и коэффициент их затухания, во втором -
интенсивность структурных шумов [5, 6].
При проведении первой серии экспериментов использовалась
иммерсионная методика, которая является наиболее распространенной при ультразвуковом исследовании материалов, ввиду ее простоты и надежности.
Излучение от импульсного твердотельного Ш:УАв - лазера с модуляцией добротности направлялось через светорассеиватель на оптико-акустический генератор (ОАГ) ультразвука, который вмонтирован в боковую стенку кюветы. Исследуемый образец опускался в иммерсионную жидкость, заполняющую кювету. В качестве ОАГ использовался полиэтилен высокого давления.
Светорассеиватель позволял получать равномерное распределение
интенсивности света на поверхности ОАГ. Широкополосный акустический импульс возбуждался в ОАГ, распространялся в иммерсионной среде и попадал на образец.
Акустический сигнал, прошедший через образец, регистрировался
широкополосным пьезоприемником на основе РУОБ - пленки, расположенным на противоположной стороне кюветы. Приемник выбирался, исходя из спектрального диапазона проводимых исследований. Далее сигнал с пьезоприёмника через предусилитель поступал на компьютер, где в пакете программ «МаІЇаЬ» вычислялись амплитудный и фазовый спектры. С помощью амплитудного спектра рассчитывался коэффициент затухания, а по фазовому спектру определялась дисперсия скорости распространения продольных волн.
В проведённых экспериментах иммерсионная методика использовалась для исследования образцов железистого кварцита Михайловского месторождения. Измерения на образцах были выполнены в
Рис. 1. Частотные зависимости скорости распространения
продольных волн в железистых кварцитах до (кривая 1) и после воздействия магнитного поля (кривая 2)
Рис. 2. Частотные зависимости коэффициента затухания
продольных волн в железистых кварцитах до (кривая 1) и после воздействия магнитного поля (кривая 2)
Поскольку плотность
образцов при этом не
изменилась,
то
снижение
режиме проходящих волн, до и после их обработки магнитным полем.
На рис. 1 показана частотная зависимость скорости распространения продольных волн в железистых кварцитах до (кривая 1) и после (кривая 2) воздействия магнитного поля. Можно заметить, что скорость распространения продольных волн в образцах в частотном диапазоне от 300 кГц до 6 МГц после обработки их магнитным полем уменьшилась в среднем на 4 %, то есть от значения 6200 м/с до 6000 м/с.
скорости распространения продольных волн было связано, в первую очередь, с уменьшением значения
модуля Юнга.
На рис. 2 приведена частотная зависимость
коэффициента затухания продольных волн в
железистых кварцитах до (кривая 1) и после (кривая 2) воздействия магнитного поля. Из рисунка видно, что
коэффициент затухания в том же частотном диапазоне от (300 кГц до 6 МГц) в среднем увеличился в 2-2,5 раза. Так, например, значение коэффициента
затухания на частоте 2 МГц до
воздействия составляло 0,2 см-1, а после воздействия составляло 0,5 см-1.
Чтобы выяснить, чем обусловлено резкое увеличение значений
коэффициента затухания во всём
диапазоне, во-первых, были проведены оценки максимального размера зерна в образцах до и после воздействия по
формуле:
2 ' П ' f0 ' Dmax ^ і Cl ’
где характерная частота f0
соответствовала значению, при котором наблюдался переход от области рэлеевского рассеивания к
стохастическому [7].
Оценки показали, что в обоих случаях (до и после воздействия) максимальный размер зёрен составлял 0,5 мм, поэтому увеличение коэффициента затухания не связано с изменением размера зерна.
Во-вторых, было поведено
сканирование по поверхности образцов в режиме эхоскопии. Оказалось, что уровень структурного шума,
наблюдаемого в акустическом треке, возрос в 2-3 раза для образцов, подвергнутых воздействию магнитного поля, что свидетельствовало об изменении внут-ренней структуры образцов. Дальнейшее сканирование по поверхности образца позволило выявить
1. Ананьев П.П., Бруев В.П., Гзочян Т.Н., Гончаров С.А., Бондарев В.А., Ряковский С.А. Магнито-импульсная обработка железистых кварцитов с целью их разупрочнения перед измельчением в мельницах.// Горный информационно-аналитический бюллетень, №1. 2004. - С.12-17.
2. Гончаров С.А., Бельченко Е.А., Ананьев П.П., Дацско С.А., Мартынов Ю.А. Осташевский
A.Е. Использование электромагнитной обработки
золотосодержащих руд на этапе измельчения и флатирования. // Золотодобывающая
промышленность, №12. 2003. - С. 17-20.
3. Карабутов А.А., Макаров В.А., Шкуратник
B.Л., Черепецкая Е.Б. Теоретическая оценка
параметров ультразвуковых импульсов,
возбуждаемых в геоматериалах лазерным излучением. // ФТПРПИ, №4. 2003. - С. 11-18.
4. Белов М.А., Карабутов А.А., Макаров В.А., Черепецкая Е.Б., Шкуратник В. А.. О
наличие микротрещин, их локализацию и протяжённость.
Таким образом, экспериментальные результаты показали, что образцы железистого кварцита, обработанные
сильным магнитным полем, претерпели достаточно сильные изменения по сравнению с первоначальным
состоянием, отразившиеся в
уменьшении скорости звука и
увеличении коэффициента затухания во всём частотном диапазоне измерений, а также в появлении системы микротрещин.
Полученные результаты
свидетельствуют о возможности применения лазерно-ультразвуковой
методики к решению задач связанных с оценкой раскрытия минеральных зёрен различных материалов под влиянием внешних физических полей.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
возможностях акусто-оптической спектроскопии геоматериалов. // Сборник трудов XIII сессии Российского акустического общества, М., ГЕОС, т.2, 2003, с. 55-58.
5. Черепецкая Е.Б. Способ лазерно-акустического контроля твердых материалов и устройство для его осуществления. // ГИАБ, № 12 2004. - С. 233-235.
6. В.Н. Иньков, Е.Б. Черепецкая. Возможности
выявления микродефектов в образцах горных пород лазерным ультразвуковым методом. // Горный информационно-аналити-ческий
бюллетень, №4. 2004. - С. 104-107.
7. М. А. Белов, А. А. Карабутов, В. А. Макаров, В.Л. Шкуратник, Е.Б. Черепецкая, Н.Б. Подымова. Количественная оценка размеров минеральных зерен методом лазерной ультразвуковой спектроскопии. // ФТПРПИ. 2003. № 5. - С. 3-8.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Анисимов В.Н. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, докторант кафедры РПВ, МГГУ.
Иньков В.Н. - аспирант кафедры физики, МГГУ.
Коваленко С.А. - аспирант кафедры ФТКП, МГГУ.
