Учёные Института физики горных процессов в Донецке (ИФГП) разработали компактный прибор для оценки риска обрушений в шахтах. Устройство анализирует сигнал водорода в угле и определяет, приближается ли забой к геологическому нарушению, где растут риски обрушений и выбросов газа. Первые испытания прошли на шахте № 22 «Коммунаровская» в Макеевке.

Как работает прибор

Разработка представляет собой малогабаритный низкопольный спектрометр ядерного магнитного резонанса (ЯМР). С помощью магнитного поля он анализирует сигнал от атомов водорода в угле. По изменению этого сигнала специалисты определяют приближение к разлому или сдвигу пласта.

Прибор выполнен в виде компактного чемодана с электроникой. Инженеры сделали его меньше и дешевле за счёт того, что усилитель работает короткими импульсами. Это позволило отказаться от громоздкой системы охлаждения. Обработка данных идёт в цифровом виде.

Результаты испытаний

На шахте «Коммунаровская» прибор правильно показал приближение к геологическому нарушению — в забое угольный пласт был сдвинут примерно на метр. Затем исследователи проверили работу на более серьёзных нарушениях, и везде устройство улавливало характерные изменения спектра.

Сейчас учёные модернизируют прибор, чтобы он мог исследовать уголь с естественной влажностью. Это избавит от необходимости сушить образцы заранее.

Что известно об аналогах

В мире есть портативные ЯМР-сканеры для геотехнических задач. Ещё в 2004 году в Японии разрабатывали портативный протонный ЯМР-сканер для обнаружения водонасыщенных скрытых трещин в туннелях и шахтах. Это близкая по духу разработка, но она решала задачу поиска воды, а не прогноза разломов по водороду в угле.

В Китае запатентовано устройство для прогноза горных ударов по разрыву водородных связей — оно фиксирует микронапряжения и температурные изменения при разрушении угля. Это ближе к теме, но принцип другой: не ЯМР, а регистрация электрических и тепловых сигналов.

Существуют и портативные ЯМР-анализаторы для керна. Например, китайская компания Niiumai Technology выпускает мобильный анализатор MRCL-110 с полем 6,2 МГц для полнопрофильного керна длиной до 1 метра. Однако это оборудование для лабораторного или полевого анализа извлечённых образцов, а не для работы непосредственно в забое.