Использование продуктов распада радона как информативных параметров для оценки геомеханического состояния горных пород

Abstract

В статье приведены результаты исследований процесса поступления обогащенной радоном воздушной (или метановоздушной) смеси из массива пород в атмосферу горных выработок. Показано, что параметры изменений активности α-излучений отдельных изотопов радона, концентраций метана и их соотношений могут быть использованы для прогнозирования геомеханических и газодинамических процессов в породном массиве путем дифференциации во времени изменений напряженно-деформированного состояния пород и порово-трещинного пространства вокруг выработок в процессе ведения горных работ. Это связано с закономерностями распада изотопов радона, эмиссии дочерних продуктов распада радона и газопереноса метана во времени от источников их образования в горные выработки, так как, во-первых, изменения концентрации изотопа Po218 с учетом времени его распада зависят от изменения трещиноватости ближней к контуру выработки части горных пород. Вовторых, изменения отклонений от среднего уровня концентрации дочерних продуктов распада радона характеризуют процессы трансформации объемов порово-трещинного пространства в процессе ведения горных работ. Это позволяет, при известных параметрах проницаемости пород и фильтрации изотопов радона, прогнозировать изменения геомеханического состояния не только приконтурных, но и удаленных от выработки зон породного массива.

У статті наведено результати досліджень процесу надходження збагачених радоном повітряної (або метаноповітряної) суміші з масиву порід в атмосферу гірничих виробок. Показано, що параметри, які характеризують зміни активності α-випромінювань окремих ізотопів радону, концентрацій метану і їх співвідношень можуть бути використані для прогнозування геомеханічних і газодинамічних процесів в породному масиві шляхом диференціації в часі змін напружено-деформованого стану порід і порово-тріщинного простору навколо виробок в процесі ведення гірничих робіт. Це пов'язано з закономірностями розпаду ізотопів радону, емісії дочірніх продуктів розпаду радону і газопереносу метану в часі від джерел їх утворення в гірничі виробки, так як, по-перше, зміни концентрації ізотопу Po218 з урахуванням часу його розпаду залежать від зміни тріщиноватості ближньої до контуру виробки частини гірських порід. По-друге, зміни відхилень від середнього рівня концентрації дочірніх продуктів розпаду радону характеризують процеси трансформації обсягів поровотріщинного простору в процесі ведення гірських робіт. Це дозволяє, при відомих параметрах проникності порід і фільтрації ізотопів радону, прогнозувати зміни геомеханічного стану не тільки приконтурних, але й віддалених від гірничої виробки зон породного масиву.

The article presents results of investigations of radon-enriched air (or methane-air) mixture escaping from the solid rocks into the mine working atmosphere. It is shown that parameters of changes of alpha-radiation intensity in some radon isotopes, methane concentrations and their proportion can be used for predicting geomechanical and dynamic processes in the rock massif by differentiated-in-time changes of stress-strain state of the rocks and porous-fractured space around the mine workings in the process of mining operations. Such changes of alpharadiation intensity are explained by natural decay of radon isotopes, emissions of radon-decay daughter products and methane transported over time from sources of their formation into the mine workings because, firstly, changes of the Po218 isotope concentrations with taking into account its decay time depend on change of the rock fracturing in the marginal area of the mine working. And, secondly, changes of deviations from the average concentration of radon decay daughter products depend on transformations of porous-fractured space volume occurred in the process of mining operations. Under certain parameters of diffusion and filtration, it makes possible to predict changes of geomechanical conditions not only in the marginal areas but also in remote rocks far from the mine workings.