Keywords
electromagnetic radiation
magnetic induction
Section
Abstract
The article presents the results of observations of variations in magnetic induction using magnetomodulation sensors, which made it possible to register the signals of electromagnetic (EM) emission in the range of 0.01–200 Hz generated by rock samples under fast and slow uniaxial loading in laboratory experiments. The description of the equipment and measurement techniques used in the experiments is given. At two modes of loading rock samples differences in EM emission signals reflecting the peculiarities of the development of their destruction processes are found. It is shown that during the destruction of rock samples, the amplitude-frequency spectrum of magnetic field components clearly reveals the contribution of low-frequency harmonics, which is mainly concentrated in the frequency range below 15 Hz. It is established that magnetomodulation sensors have sufficient sensitivity and resolution to observe and register EM emission signals in the frequency range of 0.01–200 Hz, manifested during the destruction of rock samples in the process of their loading.
References
Беспалько А.А., Федотов П.И., Яворович Л.В. Регистратор электромагнитных и акустических сигналов для контроля прочности и разрушения материалов и массивов горных пород // Известия ТПУ. 2008. Т. 312. № 2: Математика и механика. Физика. С. 255–258 [Bespalko A.A., Fedotov P.I., Yavorovich L.V. Recorder of electromagnetic and acoustic signals for strength and fracture control of materials and rock masses // Izvestiya TPU. 2008. V. 312. № 2: Mathematics and Mechanics. Physics. P. 255–258 (in Russian)].
Беспалько А.А., Хорсов Н.Н., Федотов П.И., Кураков С.А. Регистратор электромагнитных и акустических сигналов: Полезная модель № 80557 U1, дата регистрации 10.02.2009 [Bespalko A.A., Khorsov N.N., Fedotov P.I., Kurakov S.A. Recorder of electromagnetic and acoustic signals: Utility model № 80557 U1, registration date 02.10.2009 (in Russian)].
Бизяев А.А., Яковицкая Г.Е. О контроле динамических проявлений горного давления с использованием усовершенствованной аппаратуры регистрации сигналов ЭМИ // ФТПРПИ. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2015. № 5. С. 115–123 [Bizyaev A.A., Yakovitskaya G.E. On the control of dynamic manifestations of mountain pressure using advanced equipment for recording EM emission // FTPRPI. Physical and technical problems of mining. 2015. № 5. P. 115–123 (in Russian)].
Вострецов А.Г., Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. и др. Регистрация электромагнитного излучения при трещинообразовании горных пород с помощью цифровой автоматизированной системы измерений // Прикладная механика и техническая физика. 1997. Т. 38. № 1. С. 167–169 [Vostretsov A.G., Kulakov G.I., Yakovitskaya G.E. et al. Registration of electromagnetic radiation during rock fracturing using a digital automated measurement system // Applied Mechanics and technical Physics. 1997. V. 38. № 1. P. 167–169 (in Russian)].
Вострецов А.Г., Бизяев А.А., Яковицкая Г.Е. Экспериментальные исследования по синхронной регистрации механических и электромагнитных параметров сигналов ЭМИ при нагружении образцов горных пород // Доклады АН ВШ РФ. 2018. № 3(40). С. 38–46 [Vostretsov A.G., Bizyaev A.A., Yakovitskaya G.E. Experimental studies on synchronous registration of mechanical and electromagnetic parameters of EMR signals during loading of rock samples // Reports of the Higher School of Economics of the Russian Federation. 2018. № 3(40). P. 38–46 (in Russian)].
Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Кожевников Д.А. Петрофизика (Физика горных пород). 2-ое изд., перераб. и доп. М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. 2004. 368 с. [Dobrynin V.M., Vendelstein B.Yu., Kozhevnikov D.A. Petrophysics (Physics of rocks). 2nd ed., reprint and additional. M.: FSUE Publishing House «Oil and Gas» Gubkin RSU of Oil and Gas. 2004. 368 p. (in Russian)].
Кривецкий А.В., Бизяев А.А. Создание средств для лабораторных и натурных исследований электромагнитных и деформационных процессов в горных породах // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010. № 6. С. 350–354 [Krivetsky A.V., Bizyaev A.A. Creation of tools for laboratory and field studies of electromagnetic and deformation processes in rocks // Mining information and Analytical Bulletin. 2010. № 6. P. 350–354 (in Russian)].
Кулаков Г.И., Бритков Н.А. Способ, устройство и датчик для регистрации электромагнитного излучения деформируемых твердых тел, например образцов горных пород: Патент № 2172005 С1, дата регистрации 10.08.2001 [Kulakov G.I., Britkov N.A. Method, device and sensor for recording electromagnetic radiation of deformable solids, for example rock samples: Patent № 2172005 C1, registration date 08.10.2001 (in Russian)].
Кулаков Г.И., Марков В.А., Яковицкая Г.Е. Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород: Патент № 2085736 С1, дата регистрации 27.07.1997 [Kulakov G.I., Markov V.A., Yakovitskaya G.E. Device for recording electromagnetic emission arising from rock fracturing: Patent № 2085736 C1, registration date 07.27.1997 (in Russian)].
Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. Особенности изменения спектра частот электромагнитного излучения при разрушении образцов горных пород // Прикладная механика и техническая физика. 1994. № 35(5). С. 160–165 [Kulakov G.I., Yakovitskaya G.E. Features of changing the frequency spectrum of electromagnetic radiation during the destruction of rock samples // Applied Mechanics and technical Physics. 1994. № 35(5). P. 160–165 (in Russian)].
Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е., Шарапова М.Д., Щелканова В.И. Прогнозирование трещинообразования в деформируемых конструкционных материалах и горных породах по их электромагнитной эмиссии // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2016. С. 163–168 [Kulakov G.I., Yakovitskaya G.E., Sharapova M.D., Shchelkanova V.I. Prediction of crack formation in deformable structural materials and rocks by their electromagnetic emission // Interexpo Geo-Siberia. 2016. P. 163–168 (in Russian)].
Курленя М.В., Яковицкая Г.Е., Кулаков Г.И. Стадийность процесса разрушения на основе исследования электромагнитного излучения // ФТПРПИ. 1991. № 1. С. 44–49 [Kurlenya M.V., Yakovitskaya G.E., Kulakov G.I. The stages of the destruction process based on the study of electromagnetic emission // FTPRPI. 1991. № 1. P. 44–49 (in Russian)].
Курленя М.В., Кулаков Г.И., Марков В.А., Яковицкая Г.Е. Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород: Патент № 2006884 С1, дата регистрации 30.01.1994 [Kurlenya M.V., Kulakov G.I., Markov V.A., Yakovitskaya G.E. Device for recording electromagnetic emission arising from rock fracturing: Patent № 2006884 C1, registration date 30.01.1994 (in Russian)].
Курленя М.В., Вострецов А.Г., Кулаков Г.И., Яковицкая Г.Е. Регистрация и обработка сигналов электромагнитного излучения. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2000. 231 c. [Kurlenya M.V., Vostretsov A.G., Kulakov G.I., Yakovitskaya G.E. Registration and processing of electromagnetic radiation signals. Novosibirsk: Publishing House of the SB RAS. 2000. 231 p (in Russian)].
Лось В.Ф., Лементуева Р.А., Ирисова Е.Л. Решение аппаратурно-методических проблем и изучение электромагнитного излучения в лабораторных экспериментах по разрушению горных пород // Сейсмические приборы. 2010. Т. 46. № 4. С. 14–24 [Los V.F., Lementueva R.A., Irisova E.L. The solution of hardware and methodological problems and the study of electromagnetic radiation in laboratory experiments on the destruction of rocks // Seismic instruments. 2010. V. 46. № 4. P. 14–24 (in Russian)].
Мащенко А.В., Пономарев А.Б., Сычкина Е.Н. Специальные разделы механики грунтов и механики скальных пород. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. 2014. 176 с. [Mashchenko A.V., Ponomarev A.B., Sychkina E.N. Special sections of soil mechanics and rock mechanics. Perm: Publishing house of Perm National Research Polytechnic University. 2014. 176 p. (in Russian)].
Мешков А.А., Ледяев Н.В., Хамутский А.А. и др. Совершенствование способа регистрации электромагнитного излучения при нарушении сплошности горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 6(2). С. 135–148 [Meshkov A.A., Ledyaev N.V., Khamutsky A.A. et al. Improvement of the method of registration of electromagnetic radiation in violation of the continuity of rocks // Mining information and analytical bulletin. 2022. № 6(2). P. 135–148 (in Russian)].
Морс Ф., Фешбах Г. Методы теоретической физики / Пер. с англ. М.: Изд-во иностранной литературы. 1958. Т. 1. 930 с. [Morse F., Feshbach G. Methods of theoretical physics / Translated from english. Moscow: Publishing house of foreign literature. 1958. V. 1. 930 p. (in Russian)].
Мулев С.Н., Старников В.Н., Романевич О.А. Современный этап развития геофизического метода регистрации естественного электромагнитного излучения (ЕЭМИ) // Уголь. 2019. № 10(1123). С. 6–14 [Mulev S.N., Starnikov V.N., Romanevich O.A. The modern stage of development of the geophysical method of registration of natural electromagnetic radiation (EMI) // Ugol. 2019. № 10(1123). P. 6–14 (in Russian)].
Поляшов А.С. Природа электромагнитных излучений горными породами // Геотехническая механика: межведомственный сборник научных трудов / Академия наук Украины. Институт геотехнической механики. 2010. С. 77–80 [Polyashov A.S. The nature of electromagnetic radiation by rocks // Geotechnical mechanics: interdepartmental collection of scientific papers / Academy of Sciences of Ukraine. Institute of Geotechnical Mechanics. 2010. P. 77–80 (in Russian)].
Потокин А.С., Пак А.К. Исследования аккустической и электромагнитной эмиссий при одноосном сжатии образцов скальных горных пород // Наукосфера. 2020. № 11(2). С. 86–91 [Potokin A.S., Pak A.K. Studies of acoustic and electromagnetic emissions during uniaxial compression of rock samples // Naukosphere. 2020. № 11(2). P. 86–91 (in Russian)].
Соболев Г.А., Демин В.М., Лось В.Ф., Майбук Ю.Я. Исследование электромагнитного излучения пород содержащих минералы полупроводники и пьезоэлектрики // Физика Земли. 1982. № 11. С. 72–85 [Sobolev G.A., Demin V.M., Los V.F., Maybuk Yu.Ya. Investigation of electromagnetic radiation of rocks containing minerals semiconductors and piezoelectrics // Physics of the Earth. 1982. № 11. P. 72–85 (in Russian)].
Сокол-Кутыловский О.Л., Тягунов Д.С. Аппаратура для регистрации магнитного поля низких частот // Уральский геофизический вестник. 2007. № 4(13). С. 69–73 [Sokol-Kutylovsky O.L., Tyagunov D.S. Equipment for registration of the magnetic field of low frequencies // Ural Geophysical Bulletin. 2007. № 4(13). P. 69–73 (in Russian)].
Сокол-Кутыловский О.Л. О пороге чувствительности магнитомодуляционных датчиков // Уральский геофизический вестник. 2010. № 2(17). С. 62–65 [Sokol-Kutylovsky O.L. On the threshold of sensitivity of magnetomodulation sensors // Ural Geophysical Bulletin. 2010. № 2(17). P. 62–65 (in Russian)].
Сурков В.В. Электромагнитные эффекты при землетрясениях и взрывах. М.: МИФИ, 2000. – 447 с. [Surkov V.V. Electromagnetic effects in earthquakes and explosions. Moscow: MEPhI, 2000. 447 p. (in Russian)].
Тимоненков Ю.А., Яковицкая Г.Е. Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород: Патент № 2155973 C1, дата регистрации 10.09.2000. [Timonenkov Yu.A., Yakovitskaya G.E. Device for recording electromagnetic emission arising from rock fracturing: Patent № 2155973 C1, registration date 09.10.2000 (in Russian)].
Hadjicontis V., Mavromatou C. Transient electric signals prior to rock failure under uniaxial compression // Geophysical Research Letters. 1994. V. 21. № 16. P. 1687–1690.
Ogawa T., Oike K., Miura T. Electromagnetic radiations from rocks // J. Geophys. Res. 1985. V. 90. P. 6245–6249.
Sokol-Kutylovskii O.L. Magnetomodulation sensors based on amorphous ferromagnetic alloys // Measurement Techniques. 2016. V. 59. № 2. P. 170–175. https://doi.org/10.1007/s11018-016-0937-x
Wang En-Yuan, He Xue-Qiu, Dou Lin-Ming et al. Characteristics of electromagnetic radiation from coal or rock during excavation and their applications // Сhinese Journal of Geophysics. 2005. V. 48. № 1. P. 237–242.
Wang Enyuan, Jia Huilin, Song Dazhao et al. Use of ultra-low-frequency electromagnetic emission to monitor stress and failure in coal mines // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2014. P. 16–25. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2014.02.004
Yamada I., Masuda K., Mizutani H. Electromagnetic and acoustic emission associated with rock fracture // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1989. V. 57. № 1(2). P. 157–168.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Copyright (c) 2024 Д.С. Тягунов, А.Ф. Шестаков