Ключевые слова
электромагнитное излучение
магнитная индукция
Раздел
Аннотация
Представлены результаты наблюдений за вариациями магнитной индукции с использованием магнитомодуляционных датчиков, позволивших осуществить регистрацию сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ) в диапазоне 0.01–200 Гц, генерируемого образцами горных пород при быстром и медленном одноосном их нагружениях в лабораторных экспериментах. Приведено описание аппаратуры и методики измерений, используемых для проведения экспериментов. При двух режимах нагружения образцов горных пород обнаружены различия в сигналах ЭМИ, отражающие особенности развития процессов их разрушения. Показано, что при развитии процессов разрушения испытуемых образцов, в амплитудно-частотном спектре магнитных составляющих поля отчетливо выявляется вклад низкочастотных гармоник, который преимущественно сконцентрирован в области частот ниже 15 Гц. Установлено, что магнитомодуляционные датчики имеют достаточную чувствительность и разрешающую способность для наблюдения и регистрации сигналов ЭМИ в диапазоне частот 0.01–200 Гц, проявляемого при разрушении образцов горных пород в процессе их нагружения.
Библиографические ссылки
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.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Copyright (c) 2024 Д.С. Тягунов, А.Ф. Шестаков