Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния изученности распространения радио волн в горных породах .
1.1. Основные этапы работ в области изучения распространения радиоволн в горных породах10
1.2. Состояние изученности электрических характеристик мерзлых горных пород и льда 19
2. Теоретическая оценка условий распространения радио волн в полупроводящей среде .
2.1. Механизм распространения радиоволн в земной коре 27
2.2. Электромагнитное поле рамочной антенны и электрического диполя в однородной полупроводящей среде 31
2.3. Оценка точности измерения диэлектрической проницаемости горных пород в естественных условиях 47
2.4. Оценка влияния слоя протаивания на затухание радиоволн 56
3. Исследование электрических характеристик многолетнемерзлых горных пород.
3.1. Оценка методов определения электрических свойств мерзлых горных пород 64
3.2. Методика определения электрических свойств мерзлых горных пород в лабораторных условиях 71
3.3. Электрические свойства льда 75
3.4. Диэлектрическая проницаемость мерзлых горных пород 83
4. Экспериментальные исследования распространения радиоволн в горных породах Крайнего Севера .
4.1. Методика проведения экспериментальных работ 88
4.2. Экспериментальные исследования распространения радиоволн на шахте Сангарская 90
4.3. Экспериментальные исследования распространения радиоволн на шахте Джебарики-Хая 101
4.4. Экспериментальные исследования затухания радиоволн в мерзлых горных породах Якутии дополнительными методами 111
4.5. Основные результаты экспериментальных исследований и рекомендации по выбору технических требований на аппаратуру шахтной радиосвязи 122
Выводы 130
3аключение 132
Литература, 137
Приложения 147
- Состояние изученности электрических характеристик мерзлых горных пород и льда
- Электромагнитное поле рамочной антенны и электрического диполя в однородной полупроводящей среде
- Методика определения электрических свойств мерзлых горных пород в лабораторных условиях
- Экспериментальные исследования распространения радиоволн на шахте Джебарики-Хая
Введение к работе
Решениями ХХУІ съезда КПСС предусмотрено расширить создание и внедрение автоматизированных средств добычи угля на шахтах без постоянного присутствия людей в очистных забоях.
Актуальность темы. Применение автоматики и телемеханики на шахтах Севера - одна из первоочередных задач, тем более, что содержание рабочих в этих районах чрезвычайно дорого и имеется постоянный дефицит рабочей силы. Однако механически перенести известные схемы и решения, применяющиеся в шахтах средней полосы, без учета специфики горных условий в районах многолетнемерзлых пород, не представляется возможным. Необходимо создать качественно новые механизмы, оборудование и технологические схемы, учитывающие отрицательную температуру горных пород и их криогенную текстуру. При этом автоматизация горных работ возможна на основе внедрения телемеханики с созданием специальных каналов передачи информации. Передача информации приобретает особое значение в связи с разработкой автоматизированных систем управления (АСУ) горными предприятиями. Не менее важное значение имеет производственная связь с движущимися объектами.
Система передачи информации и производственной связи является существенной частью автоматизированного управления технологическими процессами. Именно в этой связи в настоящей работе исследуются вопросы передачи информации и производственной связи в горных выработках угольных шахт Крайнего Севера.
Основным условием надежности передачи информации является выбор канала связи. Используемые в настоящее время в каче стве канала передачи информации кабельные линии не являются надежными, так как они подвержены нарушениям, что ведет к потере информации. Значительно более надежным каналом передачи информации является беспроводная система (по радиоканалу), которая позволяет осуществить передачу информации как вдоль горных выработок, так и через завалы и сквозь массив горных пород. В связи с этим актуальным является изучение условий распространения радиоволн в горных выработках Крайнего Севера.
Целью работы является оценка условий распространения радиоволн в мерзлых горных породах, определение электрических характеристик мерзлых горных пород и основных параметров каналов радиосвязи и разработка на этой основе аппаратуры шахтной радиосвязи.
Задачи исследований:
- теоретические исследования распространения радиоволн в мерзлых горных породах в диапазоне частот от 10 кГц до I МГц;
- выяснение влияния сезоннопротаивающего слоя на распространение радиоволн между выработкой и дневной поверхностью;
- разработка методики, создание установки и исследование электрических свойств образцов льда и мерзлых горных пород в лабораторных условиях в диапазоне частот 10 кГц -1 МГц;
- экспериментальные исследования распространения радиоволн в диапазоне частот 10 кГц - I МГц в действующих выработках и через массив мерзлых горных пород при использовании простейших типов излучателей на угольных шахтах Крайнего Севера;
- определение основных параметров радиоканала передачи информации как в действующих выработках, так и через массив мерзлых горных пород и создание опытных образцов аппаратуры шахтной радиосвязи для условий Севера.
Методы исследования. При решении поставленных задач применялось комплексное сочетание теоретических исследований, выполненных с помощью ЭВМ, с лабораторными и полевыми (шахтными) экспериментами.
Научные положения, защищаемые автором:
- диэлектрическая проницаемость льда на частотах выше 50 кГц при температурах ниже -5°С практически не изменяется от частоты и не превышает 10, а диэлектрическая проницаемость песчаников 5-15;
- составляющие электромагнитного поля с увеличением частоты до определенного ее значения не уменьшаются, как это имеет место в талых породах, а увеличиваются за счет влияния токов смещения, что создает оптимальный частотный диапазон радиосвязи, равный для вмещающих пород основных угольных месторождений Якутской АССР 200-600 кГц;
- сезоннопротаивающий слой мощностью до 6 м на частоте о 100 кГц при проводимости Ю См/м практически не влияет на затухание радиоволн, при проводимости 10"" См/м его влияние уже заметно и резко возрастает с увеличением частоты.
Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:
- разработана методика и создана специальная измерительная установка для исследования электрических характеристик мерзлых горных пород;
- установлены закономерности изменения электрических свойств льда и мерзлых горных пород от температуры и частоты электромагнитного поля;
- оценена точность определения диэлектрической проницае мости горных пород в естественных условиях по методу радиопросвечивания, позволившая найти оптимальные условия ее применения;
- определены основные параметры радиоканала передачи информации (оптимальные частоты связи, предельные дальности связи, наиболее эффективные антенные системы и т.д.).
Личный вклад. Все результаты исследований получены лично автором.
Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций, сформулированных в работе, обеспечивается хорошей сходимостью результатов теоретических расчетов распространения радиоволн в горных породах, лабораторных исследований электрических характеристик мерзлых горных пород и натурных исследований распространения радиоволн в массиве мерзлых горных пород, а также реализацией шахтной радиосвязи в выбранном диапазоне частот с помощью созданных автором опытных образцов аппаратуры.
Практическая ценность работы:
- получены экспериментальные данные по электрическим свойствам мерзлых горных пород, определяющие условия радиосвязи и необходимые для телеизмерения различных параметров горных пород, геофизической разведки и устройства электрических заземлений;
- выбраны параметры оптимального радиоканала передачи информации для шахтной радиосвязи, разработки систем телемеханики и автоматического управления на шахтах Севера.
Реализация работы в промышленности. По результатам работы созданы два экспериментальных образца аппаратуры шахтной радиосвязи "Север", прошедшие испытания на шахте Сангарская Якутской ACGP и рекомендованные производственным объединением Якутуголь для серийного производства.
Работа объемом 146 страниц машинописного текста, включает 44 рисунка, 3 таблицы и состоит из введения, 4 разделов, заключения и списка использованных источников, который содержит 105 наименований.
В I разделе дается анализ изученности распространения радиоволн в горных породах и электрических характеристик мерзлых горных пород и льда.
Во 2 разделе приводятся теоретические расчеты электромагнитного поля рамочной антенны и электрического диполя в однородной полупроводящей среде с учетом токов смещения и проводимости, оценка точности измерения диэлектрической проницаемости горных пород в естественных условиях и оценка влияния слоя протаивания на затухание радиоволн.
Третий раздел посвящен исследованию электрических характеристик мерзлых горных пород и льда в лабораторных условиях. Описана методика исследования и созданная установка. Получены экспериментальные зависимости электрических свойств мерзлых горных пород и льда от температуры и частоты электромагнитного поля.
В 4 разделе рассматриваются экспериментальные исследования распространения радиоволн в горных выработках угольных шахт ЯАССР и даются рекомендации по выбору основных параметров радиоканала передачи информации в массиве мерзлых горных пород.
В приложении описана аппаратура шахтной радиосвязи "Север".
По результатам выполненной работы опубликованы 34 научные работы, в том числе I брошюра, 8 статей и тезисы 5 докладов.
Основные научные положения диссертационной работы докладывались на Геофизической конференции (Воркута, 1964), УШ Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Ашхабад, 1967), Научной сессии Якутского филиала СО АН СССР (Якутск, 1970), X Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Иркутск, 1972), У Всесоюзной научной конференции по физике горных пород и процессов (Москва, 1974) и других.
В проведении экспериментальных исследований на шахтах ЯАССР помощь оказывали работники лаборатории управляющих систем ИГД СО АН СССР В.А.Малин, И.А.Шестопалов, А.А.Орлов, Г.Е.Яковицкая и сотрудники отдела горного дела ШТОС Я§ СО АН СССР В.Ф.Носик и В.К.Ёлшин.
При составлении рукописи ценные замечания автору были сделаны кандидатом технических наук Г.В.Арцимовичем и доктором технических наук В.Ю.Изаксоном.
Ценные методические советы диссертант постоянно получал от кандидата технических наук М.М.Савкина, доктора технических наук В.Н.Скубы, доктора геолого-минералогических наук В.С.Якупова.
Всем упомянутым лицам диссертант выражает свою глубокую признательность.
Состояние изученности электрических характеристик мерзлых горных пород и льда
Основной особенностью мерзлых горных пород является присутствие в них льда в качестве породообразующего минерала. Образование льда в мерзлых породах связано с явлениями, происхо дящимй на границе раздела твердых минеральных частиц с жидкими и газообразными компонентами, входящими в состав породы. Незамерзшая вода по строению и свойствам значительно отличается от обычной воды в объемном состоянии и присутствует в мерзлых породах в виде квазижидкой прослойки между льдом и минеральным скелетом. Количественное содержание незамерзшей воды в мерзлых породах при данных термофизических условиях непосредственно связано с величиной активной поверхности минерального скелета и возрастает с увеличением дисперсности пород. Наряду с изменением физических и механических свойств пород при переходе ее в мерзлое состояние наблюдается изменение и электрических свойств, обусловленное существенным различием электрических характеристик минеральных частиц, льда и воды. Гетерогенное, многофазное строение мерзлых пород приводит к весьма сложным зависимостям электрических свойств от величины удельной поверхности, химического и минералогического состава и физических процессов, происходящих как на границе раздела фаз и компонентов, так и внутри гомогенной среды (фазы).
По современным представлениям, электрические свойства любого материала, в том числе мерзлых горных пород, обусловлены различными по форме движениями электрически заряженных и полярных частиц, возникающими при воздействии электрического поля. Вызываемые этим движением процессы принято подразделять на три основных вида /47,48,49/: электрическая поляризация, электрическая проводимость и диэлектрические потери (диэлектрическое поглощение), которые характеризуются электрическими свойствами: удельным электрическим сопротивлением, или обратной ему величиной - электропроводностью, и диэлектрической проницаемостью.
Электрические характеристики среды являются наиболее важными факторами, определяющими условия передачи сигналов по радиоканалу и дальность радиосвязи, осуществляемой в этой среде. Однако, несмотря на многолетнюю историю создания шахтной радиосвязи, вопросу определения электрических параметров горных пород уделялось недостаточное внимание, а сведения об электрических свойствах мерзлых горных пород крайне ограничены.
Учитывая, что лед является составной частью мерзлых горных пород, а иногда и мономинеральной породой, необходимо прежде всего рассмотреть его электрические свойства. Из многочисленных типов льда, встречающихся в природе, наиболее изучен пресный лед. Объемная проводимость льда при температуре -ЮС на постоянном токе равна 1,1.10 См/м, с понижением температуры она уменьшается. На частотах выше 10 кГц проводимость льда достигает стабильного значения, равного 1,6» 10" См/м/50/.
Значения диэлектрической проницаемости льда, по данным Б.Н.Достовалова /51/, в интервале температур от нуля до -60С уменьшаются от 80 до 2 для частот 300-1000 Гц и почти не изменяются на частотах выше 10 кГц. А по данным Г.П.Хохлова /52/ -диэлектрическая проницаемость льда в диапазоне частот ICr-IO Гц с понижением температуры от 0 до -7С увеличивается от 100 до 140, а на частотах свыше I МГц имеет величину около 3,1 и практически не изменяется от температуры. Недостаточно хорошее согласование данных различных авторов, вероятно, связано с отсутствием учета степени неоднородности льда и различной методикой измерения.
Электрическое сопротивление мерзлых горных пород изменя 2 7 ется в большом интервале -от 10 до 10 Ом.м. Литологическиеразличия мерзлых пород особенно заметно сказываются на их электрическом сопротивлении в диапазоне температур от 0 до -3С.
В соответствии с этим подмечается определенная закономерность их изменения. Так, сопротивление рыхлых отложений уменьшается от крупноскелетных отложений (гравийно-галечниковых песков) к мелкодисперсным (тяжелым суглинкам, глинам). Для коренных пород характерно уменьшение сопротивления от плотных крупнозернистых (конгломераты, песчаники) к тонкозернистым (аргиллиты, алевролиты, глинистые сланцы). Наибольшие сопротивления свойственны мерзлым конгломератам, песчаникам и пескам. Низшие пределы свойственны мерзлым аргиллитам, алевролитам, сланцам и глинам.
Среди рыхлых осадочных пород самым высоким сопротивлением обладают мерзлые, а также малоувлажненные пески. Особенно большим сопротивлением обладают мерзлые пески, имеющие низкую температуру. Талые глины, суглинки и супеси, залегающие на мерзлой толще, имеют сопротивление обычно меньше 100 Ом.м.
Изучение электрического сопротивления мерзлых горных пород в Советском Союзе проводилось еще в довоенный период различными авторами. Достаточно полный обзор этих работ дан Б.Н. Достоваловым /51/. В послевоенный период исследования проводились А.Т.Акимовым, А.А.Ананяном, В.С.Якуповым и другими. Анализ работ этого периода проведен автором /53,54/.
Зависимость электрической проводимости мерзлых рыхлых отложений от температуры, по данным лабораторных исследований, приведенная на рис. I.I /51/, показывает изменение проводимости при замерзании образцов на несколько порядков. Зависимости электрической проводимости коренных мерзлых горных пород от температуры, по данным М.А.Нестеровой и Л.Я.Нестерова /55/ и Б.А.Боровинского /56/, показывают незначительные изменения в интервале отрицательных температур, в пределах одного порядка.Изучение зависимости электрического сопротивления мерз
Электромагнитное поле рамочной антенны и электрического диполя в однородной полупроводящей среде
Земная кора представляет собой среду, электрические характеристики которой зависят от координат. Определение поля электрического или магнитного диполя, расположенного в неоднородной среде, представляет собой довольно сложную математическую задачу /65,66/. Кроме того, значительное отличие реальных структур земной коры от теоретических моделей, как за счет наличия геологических нарушений, так и за счет неоднородности электрических свойств слагающих пород, не дает возможности создать инженерный метод расчета беспроводной передачи информации через горный массив. Поэтому обычно принимают допущение, что среда однородна, а ее электрические свойства определяются интегральными эффективными параметрами. Это понятие, предложенное А.А.Петровским /5/, вытекает из определения эквивалентной среды - однородной и изотропной породы, которая характеризуется определенным затуханием электромагнитных волн и коэффициентом укорочения длины волны.
Исходный математический аппарат для расчета поля в полупроводящей среде остается тем же, что и для среды без потерь и является некоторым видоизменением классической задачи Зом-мерфельда. Одной из первых отечественных работ по расчету поля в полупроводящей среде является работа А.А.Петровского / 6/. В работах Л.М.Бреховских /67/, Е.Л.Фейнберга /68/ и Дж.Р.Уэйта /69/ дан наиболее полный анализ задачи распространения радиоволн в полупроводящей среде, которая отличается от классической тем, что источник расположен в среде с потерями и постоянная распространения радиоволн является комплексной величинойгде к= - +У 7 - комплексная диэлектрическая проницаемость среды; 6 , Є иу/ - проводимость, диэлектрическая и магнитная проницаемости среды; CJ - угловая частота.характеризует затухание сигнала на единицу длины пути.
Следует отметить, что однородная модель земли является довольно грубой идеализацией реальных условий. Она оправдана в тех случаях, когда неоднородность электрических свойств земли не вносит больших изменений в характер распространения радиоволн. Это возможно, по-видимому, при неглубоком погружении антенн, когда механизм распространения радиоволн определяется в основном боковыми волнами.
При расчетах удобнее пользоваться относительными электрическими и магнитными проницаемостями Горные породы относятся к числу немагнитных сред, и поэтому /и =/и /70/. Тогда формула коэффициента поглощения при О
В том огромном диапазоне частот, которым располагает современная радиотехника, свойства среды меняются весьма значительно. Нами рассмотрено влияние электропроводности и диэлектрической проницаемости среды на коэффициент поглощения радиоволн в диапазоне частот от 10 кГц до 2 МГц, который нашел наибольшее применение при организации передачи информации через горные породы.
При рассмотрении зависимостей коэффициента поглощения от частоты при электропроводностях 10"" , 10 , 10 и 10 См/м и диэлектрических проницаемостях среды от I до 60, представленных на рис. 2.2, мы видим, что при электропроводности среды . 10 и 10 См/м, которая соответствует горным породам средней полосы, диэлектрическая проницаемость в рассматриваемом диапазоне частот не влияет на коэффициент поглощения. При электро-проводностях среды 10 и 10 См/м, соответствующих мерзлым горным породам, диэлектрическая проницаемость оказывает влия Qние с частоты 30 кГц при электропроводности среды 10" и практически во всем рассматриваемом диапазоне при электропроводности 10 См/м. Коэффициент поглощения с увеличением диэлектри ческой проницаемости значительно уменьшается, особенно в высокочастотной части диапазона, и при больших значениях практически не зависит от частоты, что особенно наглядно прослеживается при электропроводности 10 См/м.
При рассмотрении влияния полупроводящей среды на условия распространения в ней радиоволн формулу коэффициента поглощения в значительной степени упрощают, если в полупроводящей среде преобладают соответственно токи смещения или токи проводимости. Поэтому большое практическое значение приобретает знание отношения токов смещения к токам проводимости, которое определяется следующей формулой /61/:
Отношение токов смещения к токам проводимости есть мера оценки свойств среды на фиксированной частоте. Нами рассмотрено соотношение токов смещения к токам проводимости в диапазо-не частот от 10 до 10 Гц для электропроводности среды 10 См/м, соответствующей мерзлым горным породам Центральной Якутии, при изменении величины относительной диэлектрической проницаемости от I до 80, представленное на рис. 2.3. Полученные графические зависимости позволяют быстро и с нужной в каждом случае точностью определить ту область частот, в которой расчет коэффициента поглощения можно проводить по упрощенной формуле.
Если задаться точностью расчета по упрощенной формуле в 5% при пренебрежении токами смещения, то область применения упрощенных формул можно определить по номограмме, представленной на рис. 2.4, где дано соотношение между частотой в диапа Л тзоне 10-10 Гц и электропроводностью в интервале от 10" до 10 См/м при различных значениях диэлектрической проницаемое
Методика определения электрических свойств мерзлых горных пород в лабораторных условиях
Поскольку в результате оценки лабораторных методов опре » деления электрических характеристик горных пород была установлена целесообразность разработки комбинированного метода, нами была создана специальная полуавтоматическая установка для изучения зависимости электрических свойств образцов горных пород с различной влажностью (льдистостью) и минерализацией порово-го раствора от температуры образца и частоты электромагнитного поля /90/ и разработана методика определения электрических свойств образцов горных пород. Установка обеспечивает поддержание отрицательной температуры в течение длительного времени, необходимого для выстойки образца и проведения опытов. Учитывая, что низшая температура мерзлых пород лежит в пределах -15С, а температура сезоннопротаивающего слоя не превышает +20С, нами был выбран рабочий интервал температур установки в пределах от +20 до -20С. Частотный диапазон находится в пределах от I кГц до 20 МГц, перекрывая практически все частоты, используемые при шахтной радиосвязи и передаче информации через горные породы. Установка позволяет измерять удельное электрическое сопротивление и диэлектрическую проницаемость образцов горных пород, в качестве которых было решено использовать имеющиеся во всех геологических экспедициях керны от буровых скважин диаметром до 130 мм, который соответствует большинству буровых скважин, и высотой до 15 мм.
Диэлектрическая проницаемость образцов измеряется методом вариации емкости, являющимся разновидностью резонансного метода, а удельное электрическое сопротивление определяется мостовым методом.
Блок-схема установки изображена на рис. 3.1. Основой установки является камера измерительного конденсатора, в которой поддерживается необходимая температура специальной системой регулирования, контролируемая терморегулятором повышенной чувствительности с программным устройством /91/.
Методика измерения электрических параметров образцов мерзлых горных пород заключается в следующем /92/:1. Изготавливались образцы горных пород из кернов буровых скважин, причем торцевые поверхности подвергались шлифованию, а боковые поверхности не обрабатывались.2. Образцы вставлялись между пластинами измерительного конденсатора, в котором для устранения влияния непосредственного контакта металл - горная порода, вызывающего появление запор ного слоя вследствие создания приэлектродных объемных зарядов на образце, вводится воздушный зазор между пластинами конденсатора и исследуемым образцом. Зазор между нижней пластиной и образцом создается путем приклейки к пластине двух полосок слюды толщиной 0,25 мм и шириной 2 мм каждая. Небольшой объем, занимаемый слюдой, и ее малая диэлектрическая проницаемость, равная в среднем 5, позволяют практически при расчете считать диэлектрическую проницаемость между нижней пластиной и образцом равной I. Зазор между образцом и верхней пластиной регулируется и может быть различным в зависимости от условий опыта.3. Задавался температурный режим образца на всю серию измерений по программному устройству и по достижении образцом необходимой температуры проводился замер электрических характеристик образца, для чего генератор настраивался на заданную частоту, и изменением измерительной емкости добивались резонанса, контролируя его по ламповому вольтметру. При той же частоте генератора в измерительную схему включался дополнительный конденсатор, аналогичный по конструктивному исполнению измерительному, и изменением расстояния между его пластинами снова добивались резонанса. Расстояния между пластинами измерительного конденсатора с образцом и дополнительного без образца заносились в журнал.4. Устанавливалась другая частота генератора и процесс измерения повторялся. После окончания измерений на одной температуре включалось программное устройство и проводилась выс-тойка образца до достижения следующей температуры.5. Диэлектрическая проницаемость образцов горных пород рассчитывалась по специально нами выведенной для этого метода формуле /93/:
Экспериментальные исследования распространения радиоволн на шахте Джебарики-Хая
Шахта Джебарики-Хая ПО Якутуголь МУЛ СССР расположена в Томпонском районе Якутской АССР, центром которого является пос. Хандыга.
Месторождение занимает юго-восточную часть Алданской угленосной площади на водоразделе рек Алдана и Сугжи, район месторождения находится на восточном крыле Алданской впадины, примыкающей к горным цепям Верхоянского хребта. Рельеф района имеет незначительную холмистость. В строении месторождения участвуют осадочные отложения нижнего палеозоя и мезозоя. Палео зойские отложения вскрыты на глубине более 900 м. Алданская впадина преимущественно заполнена мезозойскими отложениями, которые залегают на палеозойских осадках. Возраст угленосной толщи - средняя юра, нижний мел. По литологическому составу толщи разделяются на Алданскую и Предверхоянскую свиты. Алданская свита состоит из нижне- и среднеалданского горизонта, которые объединены мелкозернистыми песчаниками и песчано-глинис-тыми сланцами с многочисленными пластами и пропластками угля. В верхнеалданском горизонте, мощность которого 375 м, залегают елабосцементированные песчаники, которые при обнажении рассыпаются на мелкие частицы (рис. 4.9А). Рядом крупных тектонических нарушений месторождение расчленяется на обособленные участки, в результате чего площадь разбита на три шахтных поля, естественными границами которых являются сбросы, что хорошо видно на рис. 4,9Б. В большинстве случаев кровля и подошва пластов состоят из аргиллитов и алевролитов. На рис. 4.9В изображены структурные колонки по скважинам шахтного поля 2, на которых наглядно иллюстрирован состав пород и тектоника месторождения.
Месторождение состоит из 14 угольных пластов рабочей мощности; наибольшее значение имеют пласты Верхний, Первый и Второй. На отдельных участках месторождения последние сближаются, образуя один пласт Первый + Второй. Суммарная мощность рабочих пластов составляет 19 м. Породы угленосного комплекса покрыты четвертичными отложениями мощностью до 37 м. Мощность пластов невыдержанная, и только пласт Первый + Второй выдержан на значительных площадях мощностью до 3,6 м. Непосредственная кровля сложена из аргиллитов и песчаников, реже - алеврилитов, над ними залегают мелкозернистые крепкие песчаники, все породы имеют пониженную влажность.
Запасы угля расположены в многолетнемерзлых породах, имеющих мощность 420-500 м. Температура вмещающих пород в пределах действующей шахты равна -5,5С. Поверхность кровли, почвы и бортов выработки в зимний период имеет повсеместно отрицательную температуру и только летом происходит незначительная от-тайка. Растепление горных выработок летом определяется температурой и количеством воздуха, подаваемого в шахту, и достигает 900 м по длине вентиляционного пути. Оттаивание почвы и кровли выработок отмечается до глубины 35 см и выражено грязью на почве и обрушением угольной пачки, оставляемой в кровле подготовительных выработок /96/.
Геофизическими работами установлено, что под руслом р.Алдан многолетнемерзлые породы отсутствуют. Но межмерзлотных и подмерзлотных вод в районе месторождения не встречено. Мощность сезоннопротаивагощего слоя в зависимости от степени расчлененности рельефа и снежного покрова колеблется от 0,5 до 1,5 м. К сезоннопротаивающему слою приурочены надмерзлотные воды, представляющие собой верховодку, которые существуют только около трех летне-осенних месяцев.
Для проведения экспериментальных работ была выбрана горная выработка - штрек № 4 южный, не имеющая никаких протяженных металлических проводников и закрепленная деревянной крепью. Длина штрека составляла 300 м, ближайшая горная выработка находилась на расстоянии не менее 100 м. План указанной части шахтного поля приведен на рис. 4.10.
Излучающая установка находилась в точке пересечения штрека № 4 со штреком № 9. Приемная установка перемещалась вдоль выработки. Измерения проводились от 20 до 240 м через 20 м. В каждой точке определялось поле в диапазоне частот от 10 до 1400 кГц при различных излучающих и приемных устройствах.
Результаты измерений напряженности поля в зависимости от расстояния при работе с рамками, лежащими в одной плоскости, для разных частот приведены на рис. 4.II. Из рисунка видно, что зависимость от расстояния в билогарифмическом масштабе получается почти линейной, а напряженность поля больше для более высоких частот.
На рис. 4.12 приведены зависимости напряженности поля от частоты при работе с рамками, лежащими в одной плоскости. Из графиков видно, что напряженность поля увеличивается с ростом частоты для всех расстояний, на которых проводились измерения, и достигает своего максимального значения в диапазоне частот 400-600 кГц.
Результаты измерений зависимости напряженности электромагнитного поля от расстояния при работе с вертикальными (кривая I), горизонтальными продольными (кривая 2), горизонтальными поперечными (кривая 3) электрическими диполями, а также при работе с горизонтальным поперечным излучающим диполем и приемной рамкой (кривая 4) по частоте 200 кГц представлены на рис. 4.13. Для других частот зависимости напряженности поля от расстояния будут иметь аналогичный характер для всех комбинаций приемных и излучающих систем с той лишь разницей, что наклон их уменьшается с уменьшением частоты.
Из полученных зависимостей напряженности электромагнитного поля от частоты при работе с электрическими диполями нами приведены данные только для антенных установок в виде вертикальных электрических диполей (рис. 4.14), на которых довольно четко прослеживается максимум напряженности поля. Характер кривых при работе с горизонтальными поперечными и продольными электрическими диполями сохраняется примерно тот же с той лишь разницей, что оптимальные частоты для них значитель
