Научтруд
Войти

КРУПНОМАСШТАБНЫЕ ОБВАЛЫ КАК ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ГОРНОГО УДАРА ИЛИ ВНЕЗАПНОГО ВЫБРОСА ПОРОД И ГАЗА

Научный труд разместил:
Ustin
18 августа 2020
Автор: Бычков С.Б.

IV. ПРОБЛЕМЫ И СУЖДЕНИЯ IV. PROBLEMS AND OPINIONS

I С.Б. Бычков// S.V. Bychkov sergueibychkov@gmail.com

горный инженер, Университет Британской Колумбии, Ванкувер, Канада

mining engineer University of British Columbia, Vancouver, Canada

УДК 622:831.322

КРУПНОМАСШТАБНЫЕ ОБВАЛЫ КАК ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ГОРНОГО УДАРА ИЛИ ВНЕЗАПНОГО ВЫБРОСА ПОРОД И ГАЗА

LARGE-SCALE COLLAPSES AS A GEOPHYSICAL PROCESS OF ROCK BUMP OR SUDDEN OUTBURST OF ROCKS AND GAS

Миллионы лет атмосферные, биохимические, катагенетические, метаморфические, радиоактивные и иные газы под действием горного давления и других физико-химических факторов, год за годом внедрялись в породы земной коры и мантии. В процессе сорбции происходило деформирование кристаллических решёток пород с изменением их размеров и формы, а молекулы пород и газов образовывали устойчивые химические соединения - твёрдые растворы 1-3]. Практика показывает, что в обычных условиях обратный процесс дегазации пород, растягивается на тысячи лет, что позволяет кристаллическим решёткам без разрушения пластично изменять свои размеры и форму. Но, как показывает практика, в какой-то случайный момент, возможен запуск процесса лавинообразной дегазация блока пород. После внезапного исхода газов кристаллические решётки пород обязаны принять естественную конфигурацию, но в следствии высокой скорости деформаций, процесс релаксации не успевает за ростом напряжений. Происходит коллапс решёток с выделением энергии затраченной природой на их деформирование и возникновение упругих ударов - импульсов, которые известны в практике горного дела как горные удары и внезапные выбросы пород и газа. Данный процесс возможен при возникновении в горном массиве цепной химической реакции, запускаемой высокоэнергетическими молекулами, ионами и свободными радикалами по типу так называемого процесса Холодного взрыва, который был открыт в 1980 году в Институте химической физики АН СССР Механизм реакции Холодного взрыва объясняется возникновением в образце гигантских деформационных нагрузок, возникающих при быстром охлаждении образца. В процессе обвала в роли охлаждения выступает процесс высокоскоростной дегазации, а сам механизм цепной химической реакции объясняется взаимодействием свободных радикалов, высокоэнергетических молекул и других заряженных частиц в соответствии с постулатами Н.Бора. Описанию механизма крупномасштабного обвала и процесса образования высокоэнергетических молекул, ионов, свободных радикалов по принципиальной схеме Х^ Х&+ + в~/ Y + в~ ^ Yнеобходимых для старта цепной химической реакции в горном массиве и сопутствующих процессу физико-химических условий, посвящена данная статья.

Millions of years of atmospheric, biochemical, catagenetic, metamorphic, radioactive and other gases under the influence of rock pressure and other physico-chemical factors, were introduced into the rocks of the earth&s crust and mantle year after year. In the process of sorption, the crystal lattices of the rocks were deformed with a change in their size and shape, and the rock and gas molecules formed stable chemical compounds - solid solutions [1-3]. Practice shows that under normal conditions, the reverse process of rock degassing stretches for thousands of years, which allows the crystal lattices to plasticize their sizes and shapes without breaking. But, as practice shows, at some random moment, it is possible to start the process of avalanche-like degassing of a block of rocks. After a sudden outflow of gases, the crystal lattices of the rocks must take on a natural configuration, but due to the high strain rate, the relaxation process does not keep up with the increase

in stress. The lattice collapses with the release of energy expended by nature for their deformation and the occurrence of elastic impacts - impulses, which are known in mining practice as rock bumps and sudden outbursts of rocks and gas. This process is possible in the event of a chain chemical reaction in a rock massif triggered by high-energy molecules, ions and free radicals, similar to the so-called cold explosion process, which was discovered in 1980 at the Institute of Chemical Physics of the USSR Academy of Sciences. The reaction mechanism of the cold explosion is explained by the occurrence of giant deformation loads in the sample arising from the rapid cooling of the sample. During the collapse, the process of high-speed degassing plays the role of cooling, and the mechanism of the chain chemical reaction is explained by the interaction of free radicals, high-energy molecules, and other charged particles in accordance with N. Bohr&s postulates. This article is devoted to the description of large-scale collapse mechanism and the formation of high-energy molecules, ions, free radicals according to the principle scheme X ^ X • + + e~/ Y + e~ ^ Y necessary for starting a chain chemical reaction in a rock massif and the physical and chemical conditions associated with the process.

Введение

Горным ударам и внезапным выбросам пород и газа в шахтах посвящена обширная научная и горная литература. Обвалам "повезло" меньше, хотя их изучение представляет не меньший научный интерес для безопасности людей проживающих в горных районах Анд, Альп, Памира, Кавказа, Гималаев. В настоящий момент возможности учёных значительно расширились. Космическая съемка местности и система GPS представляют исследователям отличную возможность для обнаружения подобных деформаций горных образований. У учёных появилась возможность не выходя из кабинетов изучать обстановку в горах, что дает значительную экономию времени и трудозатрат при районировании территории. Используя систему GPS можно с ювелирной точностью произвести привязку крупных обвалов к геологическим образованиям отражающим современный рельеф, что даёт неоценимый материал для изучения и установления связи обвалов с различными природными явлениями. При строительстве в горных районах большое значение имеет оценка степени устойчивости склонов и возникающие здесь обвалы приводят к значительным финансовым потерям, и необратимым изменениям ландшафта. Опасность возникновения обвалов и необходимость изучения условий их образования многократно увеличиваются в сейсмически активных областях. Согласно определению Геологических справочников [4-7] - обвалы относится к гравитационным движениям без участия воды, происходящим на склоне больше угла естественного откоса, вследствие потери сцепления с горным массивом блока горных пород результате выветривания или потери временной опоры в результате природных или

техногенных причин. Крупные блоки пород обру-шаются внезапно и согласно геофизикам - этот процесс большей частью генерируется сейсмическими событиями. Размеры обвалов достигают объемов в сотни миллионов и даже миллиарды кубических метров, а экономический ущерб исчисляется миллиардами долларов, не говоря уже о тысячах человеческих жизнях.

Теоретическая часть

Согласно современным утверждениям геофизиков, растворённые в породах газы, постепенно, день, за днём дегазируясь из горного массива, создают в трещинах и кавернах породных блоков избыточное давление, которое при ослаблении горного массива проявляется в виде горных ударов, внезапных выбросов пород и газов. Механизм такого процесса геофизики сравнивают с процессом внезапного разрушения ёмкости находящейся под высоким давлением газа. При пристальном рассмотрении этого утверждения возникает парадокс. С одной стороны многочисленные опыты показали, что процесс дегазации пород занимает длительное время измеряемое сутками и годами и никогда в лабораторных условиях процессы дегазации не происходили лавинообразно. Но с другой стороны, это противоречит фактам многочисленных горных ударов и внезапных выбросов газа и пород в подземных шахтах. К примеру, на калийной шахте Менценграбен в Германии 07.07.1953 года, произошёл внезапный выброс газа СО2. Тогда точное количество выброшенного СО2 определить не удалось, но то, что он с шумом и под давлением выходил из шахты по двум стволам в течение 25 минут, говорит за то, что его количество было не меньше нескольких сотен тысяч кубометров. Известен внезапный выброс газа более миллиона м3 СН4 на шахте Санхуба в Китае [8], что ~ эквивалентно суточному дебиту высокопродуктивной скважины на богатых месторождениях горючих газов (!). Существует ли решение этого парадокса? Из школьного курса химии известно, что наиболее распространенными физико-химическими системами являются растворы. Характерная особенность раствора состоит в том, что растворенное вещество находится в виде атомов, ионов или молекул, равномерно окруженных атомами и молекулами растворителя, то есть в них отсутствует граница раздела между растворителем и растворенным веществом. Растворы могут существовать в любом из агрегатных состояний: газообразном, жидком или твердом виде. Нас в данном случае интересуют твёрдые растворы в которых молекулы газов хаотично распределены среди молекул твердого вещества. Например, водород охотно растворяется в некоторых породах и элементах. В природе не существуют чистых кристаллических минералов, а следовательно и пород. Знание природы процессов смесимости имеет огромное значение для минералогии, геологии и общей геохимии, ибо взаимной смесимостью определено количественное распределение химических элементов горных пород в земной коре, мантии и ядре. Растворимость большинства твердых веществ с увеличением температуры увеличивается, а растворимость газов, наоборот, уменьшается. Это связано, прежде всего, с тем, что газы при тепловом движении способны покидать раствор гораздо легче, чем молекулы твердых веществ. Увеличение окружающего давления повышает растворимость газов. По своей сути любая порода является раствором переменного состава, имеющим возможность непрерывно изменять соотношение растворенного вещества и растворителя в зависимости от горных условий. Подводя краткий итог экскурса в химию, можно уверенно сказать, что газоносность зависит от геохимии горной пород и условий их залегания, возрастая с повышением горного давления, пористости и уменьшаясь с ростом температуры и водонасыщенности. Основываясь на этих знаниях, горные инженеры по физической сути (упрощенно) сравнивают добываемый депозит полезного ископаемого с бутылкой минеральной воды, в котором под давлением растворёны различные газы. Как только бутылку открывают, давление в ней падает и тут же уменьшается растворимость газа, который начинает лавинообразно выделяться из раствора в виде пузырьков. Официальная версия обвалов, это потеря механической устойчивости

консолей массива. Естественно, никто не сбрасывает со счетов возрастание консольных нагрузок за счёт деструктивных сил природы, которые несомненно могут привести к обвалу, но не они являются источниками процесса, а цепная химическая реакция (ЦХР), которая приводит к почти мгновенному превращению твёрдого раствора газа в свободное состояние. В этом случае возникает закономерный вопрос - имеет ли горный массив физическую и химическую возможность лавинообразно дегазировать газов из блока пород? До 1980 года это было неизвестно, когда в Институте химической физики АН СССР был открыт эффект под названием Холодный взрыв [9], который показал реальность процесса лавинообразного исхода газов при дегазации горного массива в результате цепной химической реакции. Если в цепных ядерных реакциях инициаторами реакции служат нейтроны, то в цепных химических реакциях эту роль выполняют свободные радикалы, ионы и высокоэнергетические молекулы, которые образуются при различных физических, химических, ядерных и механических процессах в горном массиве, в том числе при резком изменении горного давления. Например, в результате процесса радиолиза под действием альфа излучения происходит распад молекулы воды, которой более чем предостаточно в земной коре, по следующей схеме: из молекулы воды выбивается электрон и образуется положительно заряженный ион воды: у^Н2О ^е- + Н2О+ «Вырванный» электрон присоединяется к нейтральной молекуле воды, образуя отрицательный ион воды: е- + Н2О ^ Н2О-. Ионы воды, которые при этом образовались, в свою очередь диссоциируют, с образованием свободных радикалов водорода и гидроксила (Н ОН): Н2О+ ^ Н+ + ОН; Н2О-^ Н + ОН&. Срок жизни свободных радикалов - доли секунды, в течение которых наступает рекомбинация и восстановление нормальных молекул воды. Однако в результате исключительной реактивной способности в эти короткие промежутки своего существования свободные радикалы воды дают толчок другим реакциям, развивающимся по цепному типу, а также, что особо важно для нас, к нарушению кристаллической структуры. Общая формула образования свободных радикалов имеет следующий вид: Х^ Х&+ + ё~ / У + е~^ У»~. Классические примеры прохождения ЦХР изложены в работах нобелевского лауреата Н.Н. Семёнова [10-11], других учёных. Например, показательна реакция И2 + 02^ 20Н 12], из которой видно, что одна активная частица превращается в три активных частицы: атомы кислорода О•, водорода Н• и свободный радикал ОН». Более подробная схема этой реакции включает более двух десятков элементарных реакций с участием свободных радикалов в реагирующей смеси, но при наличии в системе соединений азота, углерода и других примесей число ветвей реакций существенно увеличивается и может составить несколько сотен! Но не в этом суть, а том, что даже одного радикала ОН• с мизерной энергией может хватить, чтобы число активных центров начало расти в геометрической прогрессии и реакция перешла в лавинообразный режим. Для реакции каждой активной частицы с молекулой исходного вещества требуются миллиардные (!) доли секунды. Конечно, скорость реакции в твёрдом растворе будет меньше, чем в других состояниях, но тем не менее достаточно высокой для лавинообразной дегазации. Из практического опыта наблюдения и изучения горных ударов и внезапных выбросов хорошо известно, что в этом процессе могут принимать участие такие газы как: водород Н2, моноксид и диоксид углерода СО и СО2, азот Ы2, метан СН4, сероводород Я2£, аргон Аг, гелий Не или смеси указанных газов. Что касается поглощения газов породами, то как показывает практика, все представленные в земной коре породы в процессе метаморфизма могут стать абсорбентами газов. Даже основные породы земной коры - базальты, обладающие высокой крепостью и плотностью и, казалось бы, неспособные служить адсорбентом, в процессе метаморфизма становятся идеальными абсорбентами. Так результаты [13] бурения сверхглубокой Тюменской скважины, полностью подтверждают этот вывод. С глубины 6424 метра скважина вскрыла толщу базальтов, которые в отличие от аналогичных по возрасту и составу пород, оказались сверх пористыми и превратились в идеальные адсорбенты.

Энергия и механизм обвала

В геологических словарях существует

единство мнений об обвалах, как об обрушении блока пород со склона, скольжении вниз, сдвига и оседания горных пород с малыми скоростями перемещения обусловленное силой гравитации, а само явление обвала трактуется, как разрядка потенциальной энергии горных масс полученная ими в процессе тектогенеза. Казалось бы в процессе обвала нет ничего загадочного и сложного - неожиданно пришедшие в движение огромные блоки пород отделившись от материнского геологического тела, в соответствии с законом гравитации устремляются отвесно вниз. При этом скорости перемещения обвальных масс находятся в прямой зависимости от массы обвального тела, высоты ниши отрыва над местностью, коэффициентов трения, сцепления, пластичности и углов наклона поверхностей скольжения транзитной зоны, т.е. ни о каком значительном перемещении блоков пород в воздухе по наклонной дуге не может быть и речи и противоречит фундаментальным законам физики. Данные определения, являясь в настоящее время общепринятыми в геофизике и не позволяют объяснить некоторые зафиксированные факты, которые никаким образом не вписываются в общепринятые схемы: дальность выброса, большие начальная скорости, ускорения и энергетические потенциалы отделившегося блока пород, высокие температуры обвальных масс, образование больших объёмов "бешеной муки" и стремительное поступательное движение блока пород без вращения. К настоящему времени в научной литературе задокументированы и описаны катастрофические обвалы блоков пород, которые нарушая закон гравитации, словно огромные каменные птеродактили, вместо того, чтобы отвесно упасть в долину и разбиться о землю пролетали по пологой дуге несколько километров (!). Ярким примерам такого необычного и загадочного процесса является Кариухохский обвал на Памире, рис. 1, когда блок скальных

Рисунок1. Схема Кариухохского обвала. Реконструкция рис. И.М.Васькова [14], стр.250 Figure 1. Scheme of the Kariukhokh collapse. Reconstruction of I.M. Vaskov figure [14], p. 250

пород шириной ~1500 м, высотой ~800 м и толщиной ~300 м, объемом до 3,6 • 108 м3, массой ~ 9.1 1011 т. при удельной плотности пород ~ 2.6 т/ м3 отделился от материнского массива и вместо того, чтобы под действием силы тяжести сползти вниз по склону горы, пролетел по наклонной дуге 2.3 (!) километра.

Не найдя объяснения причин столь "дальнего полёта" каменных блоков современная геофизика оставила решение этой загадки на потом, а в качестве основной причины механизма обвалов рассматривает резкое увеличение консольных нагрузок за счёт потери механического сцепления блока пород с материнским телом в результате экзогенного процесса выветривания, где главным разрушителем является вода проникающая в массив по трещинам. В период перепада температур и фазовых переходов вода-лёд-вода происходит пульсация напряжений упругих деформаций породного блока, что ведёт к разрядке геостатических напряжений и к ослаблению сил взаимного сцепления и возникновению зоны разгрузки, для которой характерно разуплотнение, возникновение и развитие трещин бокового отпора, которые постоянно увеличиваются и в какой-то момент времени отторгают породный блок от массива. Мы согласны с такой трактовкой процесса частично, ибо для некоторых обвалов начальное движение блоков пород не может трактоваться ни как скольжение масс по поверхности отрыва, ни как разрушение массива и обвал обломков по склону ввиду наличия зоны транзита, где оторвавшиеся массы горных пород, словно снаряды выпущенные из миномёта, перемещались по пологой дуге над поверхностью склона. Изучая приведённый выше рисунок становится очевидным, что для такого перемещения блока пород необходим значительный

начальный энергетический импульс, который согласно расчёту в работе [14] составляет 1,5 • 1016 Дж., или примерно 3.6 Мт.ТНТ. На основании расчёта автор делает вывод: Выделение большого количества энергии, наличие «бешеной муки» рис.2а,Ь, обжиг известняков и другие факты свидетельствуют о проявлении процесса типа горного удара при отрыве обвального блока.

Мы хотели бы обратить особое внимание на один из продуктов обвалов, горных ударов и внезапных выбросов пород и газа - "бешеную муку", или породную пыль тончайшего помола. Исследования с помощью электронных микроскопов [15] показали, что каждая такая пылинка имеет размер в пределах от нескольких микрон, до кластера из нескольких молекул (!). Так называемая шахтёрами "бешеная мука"является обязательным атрибутом и индикатором любого горного удара и внезапного выброса пород, которую невозможно получить никаким видом дробления, взрывными работами или другими способами, за исключением помола породы в шаровых мельницах. Этот замечательный факт позволяет приоткрыть секрет механизма обвалов и горных ударов, ибо тончайший помол пыли указывает на то, что горные породы были разрушены на уровне кристаллических решёток и нам необходимо исходить из этого практического факта. В горной литературе имеются многочисленные описания выделений "бешеной муки" при горных ударах и подземных выбросах 16]. Например, в результате обвала, произошедшего 12 ноября 2007 г. на северной стене Айнсера в Сикстинских Доломитах (Италия) было задокументировано [17], что обвальная масса и прилеРисунок 2а. Зона обвальных отложений Кариухохского обвала- обломки известняков и доломитов перемешанные «бешеной мукой» Figure 2a. The zone of landslides of the Kariukhokh collapse - fragments of limestone and dolomites mixed with "rabid flour"..

Рисунок 2b. Зона обвальных отложений (аккумуляции) Кариухохского обвала- брекчи из обломков известняков и доломитов размерами от

полуметра перемешанные «бешеной мукой». Figure 2b. The zone of landslide deposits (accumulation) of the Kariukhokh collapse - breccias from fragments of limestone and dolomites, half a meter in size, mixed with "rabid flour". Figure 2a is enlarged.

гающая территория были покрыты слоем бешеной муки толщиной ~ 100 мм. Согласно горным словарям, внезапный выброс, это часто встречающиеся в горной практики газодинамическое явление, возникающее вследствие внезапного изменения напряжённого состояния части участка ведения горных работ с внезапным выбросом из рабочей зоны породы и газа и бешеной муки, выброс которой служит веским доказательством того, что горный массив разрушился по причине лавинообразного исхода внутримолекулярного газа из кристаллических решёток пород массива. Внезапные выбросы и горные удары представляют огромную угрозу для жизни людей. Одним из наиболее опасных регионов, по данным ВНИМИ 18], является Кузбасс, на угольных и рудных шахтах которого в период с 1943 по 2005 гг. зарегистрировано 5470 динамических и газодинамических явления, в том числе: 207 внезапных выбросов, 222 горных и горно-тектонических удара, 42 микроудара, 3599 толчков и более 1400 стреляний [19]. Только на шахтах Украины за период с 1951 по 2005 гг. произошло 7230 внезапных выбросов, а в период с 1971 по 1980 гг. погибло 259 шахтёров. Это явление зафиксировано в подземных шахтах с 1738 г. (первый горный удар) и с 1834 г. (первый внезапный выброс) и хорошо изучено ввиду его доступности для исследователей и огромного статистического материала, накопленного за многие годы изучения. Самым мощным подземным выбросом пород считается выброс 14 тысяч тонн угля и около 600 000 м3 газа СН4, который произошёл в 1969 г. в Украине. Горную выработку засыпало выброшенным углём на протяжении 650 м. Говоря о сейсмическом характере обвалов, мы должны заметить, что точное время Кариухох-ского обвала неизвестно, поэтому привязать его к сейсмическому событию в регионе нельзя. Но на наше счастье, у нас есть Усойский гигантский обвал на Памире, рис.3, время которого точно

зафиксировано. Обвал произошёл 18 февраля 1911 г., 23 часа 15 минут при котором отторгнутый блок объёмом 1.3 - 1.5 км3 (!) пролетел по наклонной дуге более 5 км (!).

Вот сообщение известного русского сейсмолога того времени В.Б. Голицына от 13 мая 1915 года: - "Землетрясение силою в VIII баллов 18-го Февраля 1911 года около 11 1/4 часа вечера имело место на Памире, около Сареза и было отмечено на целом ряде сейсмических станций. В результате обвала образовалась огромная плотина, перекрывшая речку Мургаб. В результате этого возникло Сарезкое озеро длиной 75 км и шириной до 3,4 км, с глубиной 505 м. На Памирском посту землетрясение продолжалось не менее 2-х минут...". То есть В.Б.Голицын еще в 19 веке заметил связь между обвалами и сейсмической активностью. И хотя он говорит об одном землетрясении, на самом деле произошло два типа совершенно разных по механике землетрясений - первый в виде Горного удара и второй в виде Обвального землетрясения в момент удара обвального тела об землю. В расчётах автора 14 стр.280] при объёме отторгнутого блока 1.3 - 1.5 км3 указаны такие параметры энерговыделения Усойского обвала: 1.1-1017 Дж. при отрыве блока и 1,7^1017 Дж. при обрушении горной массы на землю, то есть в течении 20.5 секунд произошло два сейсмических события, которые идеально укладываются в картину записанных сейсмограмм ближайших станций. При перерасчёте этих цифр в ТНТ мы получим мощность обвала равную 26.3 Мт.ТНТ и 40.6 Мт.ТНТ, что равно мощности взрыва примерно 2000 и 3000 атомных бомб сброшенных на Хиросиму!

Исходя из изложенных фактов попробуем определить механизм образования энергии крупномасштабных обвалов. Ясно, что сила гравитации в описанных выше случаях играют второстепенную роль, являясь не причиной, а лишь следствием сил процессов эрозии и служит стиРисунок 3 Усойский обвал [14] стр. Figure 3 Usoi collapse [14] p.

87

мулятором процесса обвала - чем выше консольные нагрузки, тем больше разность упругих деформаций в горном массиве и следовательно, выше вероятность образования свободных радикалов и других высокоэнергетических молекул и тонов, способных запустить механизм ЦХР и вызвать горный удар в виде внезапного выброса горных пород. С точки зрения фундаментальных законов физики ничем другим объяснить "летающие" блоки пород не представляется возможным.

Нильс Бор и механизм обвалов

В самом начале ХХ века, строя квантовую модель атома и формулируя свои знаменитые постулаты [20], Нильс Борн и не догадывался, что его постулаты послужат фундаментом в объяснении механизма "летающих" обвалов. Известно, что атом содержит ядро из протонов и нейтронов, и электронов, которые обращаются по орбитам вокруг ядра. С точки зрения классической электродинамики, такой атом будет неустойчив, так как при движении электроны должны излучать энергию в виде электромагнитных волн и, следовательно, терять энергию. Постепенно электроны должны упасть на ядро, что привело бы к коллапсу Вселенной. Но этого не происходит! Чтобы разрешить этот парадокс, мистер Бор предложил два постулата:

1. Атомы и атомные системы могут длительно пребывать только в определенных состояниях — стационарных состояниях, — в которых, несмотря на происходящие в них движения заряженных частиц, они не излучают и не поглощают энергию. В этих состояниях атомные системы обладают энергиями, образующими дискретный ряд: Е1, Е2, ... , Еп Всякое изменение энергии в результате поглощения или испускания электромагнитного излучения может происходить только при полном переходе (скачком) из

одного стационарного состояния в другое стационарное состояние.

2. При переходе из одного стационарного состояния в другое атомы испускают или поглощают излучение только строго определенной частоты. Постулаты Нильса Бора были триумфально подтверждены опытами [21] Д. Франка и Г. Герца. Предлагаем рассмотреть энергетического состояние блока пород с точки зрения квантовой теории строения атома по Н.Бору. В момент формирования пород земной коры и перемещений какого-то отдельно взятого блока на какую-то глубину и обратно на поверхность в виде горных систем, атомам блока была сообщена энергия сил объёмного давления и кристаллические решётки пород блока интенсивно сорбировалась различными газами. То есть геофизические силы совершили работу по формированию массива. Электроны атомов пород получили потенциальную энергию упругих деформаций и согласно постулатам Бора перешли на внешнюю орбиту с поглощением кванта энергии, рис.1а. Породный массив в таком состоянии может находиться сколько угодно долго в зависимости от величины будущих сил деформаций и некоторых физических (например, РТ) и химических параметров (например, растворимости газов), от которых напрямую зависит величина критического потенциала (первый потенциал возбуждения).

При каких-то подвижках геологических тел, изменении их физического или химического состояния, теплового фактора, резкого увеличения консольной нагрузки и т.д. произойдёт перераспределения напряжений в горном массиве. Электроны в соответствии с принципом минимума энергии и постулатом Бора постараются сбросить запасённую ими потенциальную энергию и сделают скачок к ядру и займут стационара Absorption

b Emission

Рисунок 4. Гоафический смысл постулатов Бора. Figure 4. The graphic meaning of Bohr&s postulates.

ную орбиту в соответствии с величиной критического потенциала, излучив квант энергии, рис.1 Ь. Мгновенный сброс энергии атомами приведёт к резкому скачку температуры в месте ниши отрыва обвала (на это указывают оплавленные породы обвалов), зональному снижению давления и как следствие к скачкообразному уменьшению растворимости газов, которые постараются перейти в свободное состояние. Из физики известно, что при движении заряда (электрона) возникает электрический ток, то есть горный массив станет проводником. Но, так как появившиеся области с разной величиной горного давления будут генерировать разную полярность, то возникнет разность потенциалов. Так как движение электронов в горном массиве будет происходить с ускорением, а сила тока будет меняться, то электрический ток будет носить переменный характер, значит вокруг заряда возникнут электрические и магнитные поля и ток самоиндукции. Разгоняясь в появившимся электромагнитном поле на расстоянии свободного пробега, электроны могут приобретать кинетическую энергию, достаточную для ударной ионизации атомов или молекул материала при соударениях с ними. В результате каждого такого столкновения с достаточной для ионизации энергией возникает пара противоположно заряженных частиц, одна или обе из которых также начинают разгоняться электрическим полем и могут далее участвовать в процессе ударной ионизации, который приведёт к появлению высокоэнергетических ионов и молекул и свободных радикалов. Как результат возникнет цепная химическую реакции по образцу описанного выше Холодного взрыва. Плюс, в результате возникновения электрического и магнитного полей, фазовых переходов и механических деформаций массива в следствии изменения консольных и других нагрузок, в обвальном блоке пород, по аналогии с выбросами пород в подземных шахтах, обязательно возникнут явления различных стрикций [22] (электро, механо, термо, магнито). Процессы стрикций начнут "раскачивать" горный массив, что приведёт к микроударам в виде пульсаций предваряющих главный удар. В этот момент может начаться другой разрушительный процесс, известный, как цепной процесс магнитопластичности, хорошо изложенный в работе академика РАН А.Л.Бучаченко 23], который дополнит и усилит картину обвала. Согласно теории мистера Бора, электрон, в зависимости от величины критического потенциала и дискретного ряда, может прыгнуть сразу через несколько стационарных орбит, что естественно значительно увеличит дальность полёта каменного монстра.

Дискуссия

Наличие значительных транзитных зон обвальных тел и энергия выброса соответствует физическим, химическим и механическим параметрам и условиям внезапных выбросов пород и газов в подземных шахтах, а их производная - бешеная мука, однозначно указывает на идентичность процессов, причём тончайший помол бешеной муки также однозначно указывает на разрушение пород на кристаллической уровне. Так как случайными совпадениями эти факты объяснить нельзя, следовательно, крупномасштабные обвалы и внезапные выбросы пород в шахтах имеют одну природу и один механизм и в этом не должно быть никаких сомнений. Трудность изучаемого вопроса состоит в том, что природа внезапных выбросов [24] до сих пор не понятна до конца, а существующие современные теории не могут объяснить суть явления за исключением, пожалуй, гипотезы Деформационного взрыва пород [25]. Авторитетный исследователь внезапных выбросов и горных ударов, Член-корреспондент РАН Г.Грицко отметил [26]: "Современные научные представления о происходящих процессах при горных ударах и внезапных выбросах в шахтах не соответствуют реальным процессам". Другой сложный вопрос возникающий при рассмотрении обвалов состоит в явной связи обвалов и землетрясений. Некоторые учёные это категорически отрицают: [27, 28], а другие учёные согласны в наличие такой связи, но не раскрывают при этом механизма процесса [29]. Мы надеемся, что наша гипотеза прольёт свет, как на процесс обвалов, так и на процесс внезапных выбросов и горных ударов.

Заключение

Из представленной работы вытекают несколько выводов:

1. Потенциальная энергия деформированных кристаллических решёток пород горного массива основывается на энергии кулоновского взаимодействия атомов и молекул.
2. Стартом и движущей силой обвала, как вида внезапного выброса пород, служит потенциальная энергия деформированных кристаллических решёток пород горного массива, который по каким-то причинам начал выходить их равновесного состояния с излучением энергии электронами при переходе с одной стационарной орбиты на другую, согласно постулатам Н.Бора.
3. Процесс выделения энергии упруги деформаций кристаллических решёток влечёт за собой образование высокоэнергетических молекул, ионов и свободных радикалов, которые могут вызвать химическую цепную реакцию, так и цепную реакцию магнитопластичности. Вместе с возникшими процессами различного рода стрик-ций, все эти явления могут привести к крупномасштабному обвалу.

Изменение ландшафта ^ Растрескивание массива ^ Резкое изменение горного давления внутри горной системы ^ Образование высокоэнергетичных молекул, ионов и свободных радикалов ^ Старт цепной химической реакции ^ Лавинообразный исход газов из кристаллических решёток пород ^ Лавинообразное выделение потенциальной энергии электронов и энергии ЦХР ^ Образование ударной волны ^ Отброс горного блока.

дель обвала будет выглядеть так:

4. Согласно теории мистера Бора, электрон, в зависимости от величины критического потенциала и дискретного ряда, может прыгнуть сразу через несколько стационарных орбит, что значительно увеличит мощность обвала. МоСПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ. — Текст : электронный // Химик : [сайт]. — URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4329. html (дата обращения: 18.06.2020).
2. ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ. — Текст : электронный // Энциклопедия физики и техники : [сайт]. — URL: http://femto. com.ua/articles/part_2/3986.html (дата обращения: 18.06.2020).
3. Solid solution. — Текст : электронный // Encyclopaedia Britannica : [сайт]. — URL: https://www.britannica.com/ science/solid-solution (дата обращения: 18.06.2020).
4. Геологический словарь, 2011. — Текст : электронный // Геокнига : [сайт]. — URL: http://www.geokniga.org/ bookfiles/geokniga-geologicheskiy-slovar-tom-2-k-p.pdf (дата обращения: 18.06.2020).
5. Географическая энциклопедия. — Текст : электронный // academic.ru : [сайт]. — URL: http://dic.academic.ru/dic. nsf/enc_geo (дата обращения: 18.06.2020).
6. What is a landslide?. — Текст : электронный // BGS : [сайт]. — URL: http://www.bgs.ac.uk/research/ engineeringGeology/shallowGeohazardsAndRisks/landslides/whatls.html (дата обращения: 18.06.2020).
7. Whittow, John (1984). Dictionary of Physical Geography. London: Penguin, 1984. ISBN 0-14-051094-X.
8. Внезапный выброс. — Текст : электронный // MiningWiki : [сайт]. — URL: http://miningwiki.ru/wiki/%D0%92%D0% BD%D0%B5%D0%B7%D0%B0%D0%BF%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B2%D1%8B%D0%B1%D1%80%D0 %BE%D1%81 (дата обращения: 18.06.2020).
9. Кожушнер, М. А. Холодный взрыв / М. А. Кожушнер. — Текст : электронный // Кванта : [сайт]. — URL: http://kvant. mccme.ru/1983/02/p20.htm (дата обращения: 18.06.2020).
10. SEMENOV, N. N. Some problems relating to chain reactions and to the theory of combustion / N. N. SEMENOV. — Текст : электронный // College of Earth and Mineral Sciences personal pages : [сайт]. — URL: https://personal.ems. psu.edu/~radovic/Semenov_Nobel_1956.pdf (дата обращения: 18.06.2020).
11. Semenov N. N. Chain reactions. Moscow: Nauka 1986
12. University of Toronto. — Текст : электронный // College of Earth and Mineral Sciences personal pages : [сайт]. — URL: https://arrow.utias.utoronto.ca/~ogulder/ClassNotes3.pdf (дата обращения: 18.06.2020).
13. Попов, В. С. ГЛУБОКОЕ И СВЕРХГЛУБОКОЕ НАУЧНОЕ БУРЕНИЕ НА КОНТИНЕНТАХ / В. С. Попов. — Текст : электронный // Наука о Земле : [сайт]. — URL: http://popovgeo.sfedu.ru/sites/default/files/library/%D0%9F%D0%B E%D0%BF%D0%BE%D0%B2,%20%D0%9A%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%86% D0%BA%D0%B8%D0%B9%201999_11_2.pdf (дата обращения: 18.06.2020).
14. Vaskov, I. M. Large-scale landslides: geodynamics and forecas / I. M. Vaskov. — Текст : электронный // ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)» : [сайт]. — URL: ttp://www.skgmi-gtu.ru/Portals/0/_Monographs/2266-%D0%BC.pdf?ver=2019-02-13-162736-707 (дата обращения: 18.06.2020).
15. Kiryukov V. V. Electron-microscopic studies of vitrinite of Donetsk coals in order to predict sudden emissions of coal and gas. Coal Magazine. 1994. N 5. p. 44-47.
16. Xia-Ting Feng Rockburst: Mechanisms, Monitoring, Warning, and Mitigation. University of Wollongong Research Online 2018 https://pdfs.semanticscholar.org/f406/6399174b22547eb48a8c333bbf879a29a39b.pdf
17. Так умирают горы. Огромный обвал в Доломитах.. — Текст : электронный // Risk.ru : [сайт]. — URL: https://risk. ru/blog/2157 (дата обращения: 18.06.2020).
18. Главная. — Текст : электронный // Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела — межотраслевой научный центр "ВНИМИ" : [сайт]. — URL: http://vnimi.ru/ (дата обращения: 18.06.2020).
19. Вернигор, В. М. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ГОРНЫХ УДАРОВ И ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ В ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ / В. М. Вернигор. — Текст : электронный // Горная Промышленность : [сайт]. — URL: https://mining-media.ru/ru/article/newtech/1071-preduprezhdenie-gornykh-udarov-i-vnezapnykh-vybrosov-v-gornodobyvayushchej-promyshlennosti (дата обращения: 18.06.2020).
20. Introduction to the Bohr Model. — Текст : электронный // BYJU&S : [сайт]. — URL: https://byjus.com/chemistry/bohrs-model/ (дата обращения: 18.06.2020).
21. Physics 42 Spring 1995 Lab 1 - The Franck-Hertz Experiment and the Critical Potentials of Helium. — Текст : электронный // Dartmouth : [сайт]. — URL: http://www.dartmouth.edu/~physics/labs/descriptions/franck.hertz.critical. potentials/franck.hertz.critical.potential.writeup.pdf (дата обращения: 18.06.2020).
22. Magnetostriction. — Текст : электронный // LibreTexts : [сайт]. — URL: https://eng.libretexts.org/Bookshelves/ Materials_Science/Supplemental_Modules_(Materials_Science)/Magnetic_Properties/Magnetostriction (дата обращения: 18.06.2020).
23. Buchachenko, A. L. Magnetoplasticity and the physics of earthquakes. Can a catastrophe be prevented? / A. L. Buchachenko. — Текст : электронный // IOPscience : [сайт]. — URL: https://iopscience.iop.org/article/10.3367/

UFNe.0184.201401e.0101 (дата обращения: 18.06.2020).

24. Lama, R. Overview of Gas Outbursts and Unusual Emissions / R. Lama. — Текст : электронный // University of Wollongong Research Online : [сайт]. — URL: https://pdfs.semanticscholar.org/f406/6399174b22547eb48a8c333bbf 879a29a39b.pdf (дата обращения: 18.06.2020).
25. Бычков, С. В. МОДЕЛЬ ОЧАГА ВНЕЗАПНОГО ВЫБРОСА ПОРОД И ГАЗА ИЗ ГОРНОГО МАССИВА / С. В. Бычков. — Текст : электронный // Index Copernicus : [сайт]. — URL: https://journals.indexcopernicus.com/api/file/ viewByFileId/717032.pdf (дата обращения: 18.06.2020).
26. Грицко, Г. ВНЕЗАПНЫЕ ВЫБРОСЫ МЕТАНА В ШАХТАХ / Г Грицко. — Текст : электронный // Наука в Сибири : [сайт]. — URL: http://www.nsc.ru/HBC/article.phtml?nid=428id=17 (дата обращения: 18.06.2020).
27. Scheidegger A.E. Earth-Science Reviews, 1984 A review of recent work on mass movements on slopes and on rock falls
28. Fedorenko V.S. Mountain landslides and landslides, their forecast. M .: Publishing House of Moscow State University,1988
29. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ОТЧЕТ Международной ассоциации сейсмологии и физики недр Земли Международного геодезического и геофизического Союза 2003 - 2006. — Текст : электронный // РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ КОМИТЕТ : [сайт]. — URL: http://www.iugg.org/members/nationalreports/ russia07.pdf (дата обращения: 18.06.2020).

REFERENCES

1. SOLID SOLUTIONS. (n.d.). Retrieved from http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4329.html
2. Solid solutions. (n.d.). Retrieved from http://femto.com.ua/articles/part_2/3986.html
3. Perkowitz, S. (2016, September 14). Solid solution. Retrieved from https://www.britannica.com/science/solid-solution
4. Геологический словарь, 2011. — Текст : электронный // Геокнига : [сайт]. — URL: http://www.geokniga.org/ bookfiles/geokniga-geologicheskiy-slovar-tom-2-k-p.pdf (дата обращения: 18.06.2020).
5. Geophysical Dictionary. (2011). Retrieved from http://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-geologicheskiy-slovar-tom-2-k-p.pdf
6. British Geological Survey 1998 - 2017 (c)NERC mailto:www-bgs@bgs.ac.uk. (n.d.). What is a landslide? Retrieved from http://www.bgs.ac.uk/research/engineeringGeology/shallowGeohazardsAndRisks/landslides/whatIs.html
7. Whittow, J. B. (1988). The Penguin dictionary of physical geography. London, Eng.: Penguin.
8. Внезапный выброс. — Текст : электронный // MiningWiki : [сайт]. — URL: Sudden surge. (n.d.). Retrieved from http://miningwiki.ru/wiki/Внезапный_выброс
9. Kozhuhner, M. A. (n.d.). Cold explosion. Retrieved from http://kvant.mccme.ru/1983/02/p20.htm.
10. SEMENOV, N. N. (1956). Some problems relating to chain reactions and to the theory of combustion. Retrieved from https://personal.ems.psu.edu/~radovic/Semenov_Nobel_1956.pdf
11. Semenov, N. N. (1986). Chain reactions. Moscow: Nauka
12. Combustion Chemistry. (n.d.). Retrieved from https://arrow.utias.utoronto.ca/~ogulder/ClassNotes3.pdf.
13. Popov, V. S. (n.d.). DEEP AND ULTRA DEEP SCIENTIFIC DRILLING ON CONTINENTS. Retrieved from http:// popovgeo.sfedu.ru/sites/default/files/library/Попов, Кременецкий 1999_11_2.pdf
14. Vaskov, I. M. (n.d.). Large-scale landslides: Geodynamics and forecas. Retrieved from ttp://www.skgmi-gtu.ru/ Portals/0/_Monographs/2266-м.pdf?ver=2019-02-13-162736-707
15. Kiryukov, V.V. (1994). Electron-microscopic studies of vitrinite of Donetsk coals in order to predict sudden emissions of coal and gas. Coal Magazine, 5, 44-47.
16. Xia-Ting Feng. (2018). Rockburst: Mechanisms, Monitoring, Warning, and Mitigation. Retrieved from https://pdfs. semanticscholar.org/f406/6399174b22547eb48a8c333bbf879a29a39b.pdf
17. So the mountains die. Huge landslide in the Dolomites. (n.d.). Retrieved from https://risk.ru/blog/2157.
18. Home. (n.d.). Retrieved from http://vnimi.ru/
19. Vernigor, V. M. (n.d.). Prevention of rock blows and sudden emissions in the mining industry. Retrieved from https://mining-media.ru/ru/article/newtech/1071-preduprezhdenie-gornykh-udarov-i-vnezapnykh-vybrosov-v-gornodobyvayushchej-promyshlennosti
20. Admin. (2020, January 21). Bohr&s Model of an Atom with Postulates and Limitations: BYJU&S. Retrieved from https:// byjus.com/chemistry/bohrs-model/
21. Lab 1 - The Franck-Hertz Experiment and the Critical Potentials of Helium. (1995). Retrieved from http://www. dartmouth.edu/~physics/labs/descriptions/franck.hertz.critical.potentials/franck.hertz.critical.potential.writeup.pdf
22. Libretexts. (2020, May 31). Magnetostriction. Retrieved from https://eng.libretexts.org/Bookshelves/Materials_Science/ Supplemental_Modules_(Materials_Science)/Magnetic_Properties/Magnetostriction
23. Buchachenko, L. A. (n.d.). Magnetoplasticity and the physics of earthquakes. Can a catastrophe be prevented? Retrieved from https://iopscience.iop.org/article/10.3367/UFNe.0184.201401e.0101
24. Lama, R. (2002). Overview of Gas Outbursts and Unusual Emissions. Retrieved from https://pdfs.semanticscholar. org/f406/6399174b22547eb48a8c333bbf879a29a39b.pdf.
25. Bychkov. S.V.. (2018). FOCUS MODEL OF ROCK AND GAS SUDDEN OUTBURST FROM ROCK MASSIF. Retrieved from https://journals.indexcopernicus.com/api/file/viewByFileId/717032.pdf
26. Gritsko, G. (2007). Sudden Methane Emissions in Mines. Retrieved from http://www.nsc.ru/HBC/article. phtml?nid=428id=17
27. Scheidegger. A.E (1984). Earth-Science Reviews A review of recent work on mass movements on slopes and on rock falls
28. Fedorenko, V.S. (1988). Mountain landslides and landslides, their forecast. Mpscow - Publishing House of Moscow State University,
29. RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES NATIONAL GEOPHYSICAL COMMITTEE. (2007). NATIONAL REPORT to the International Association of Seismology and Physics of the Earth&s Interior of the International Union of Geodesy and Geophysics 2003 - 2006. Retrieved from http://www.iugg.org/members/nationalreports/russia07.pdf
ОБВАЛ ГОРНЫЙ УДАР ВНЕЗАПНЫЙ ВЫБРОС ПОРОД И ГАЗА ТВЁРДЫЙ РАСТВОР “БЕШЕНАЯ МУКА” ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ МОЛЕКУЛА ЦЕПНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ collapse rock bump sudden outburst of rocks and gas
Другие работы в данной теме: