МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Московский государственный горный университет»

Кафедра физико-технического контроля процессов

горного производства

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по методической работе и качеству образования В. Л. Петров «» _2011 г.

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

СД.Ф.06.01. ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ Направление подготовки 130400 «Горное дело»

Специальность «Физические процессы горного или нефтегазового производства»

Форма обучения:

очная Москва

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Цели и задачи преподавания дисциплины заключаются в получении студентами знаний о закономерностях формирования и распространения полей упругих и электромагнитных волн в геосреде, принципах их использования для решения задач геоконтроля и интенсификации технологических процессов в горном деле, а также в формировании у студентов умений и навыков, позволяющих им самостоятельно оценивать параметры и характеристики волновых процессов.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения дисциплины студент должен обладать уровнем знаний, который позволит ему в будущем: принимать грамотные технические решения в области исследования и практического использования волновых полей при получении информации о структуре, свойствах и состоянии горных пород, реализации различных физических процессов горного производства, изучении соответствующих профильных дисциплин, а также самостоятельного повышения квалификации. При этом студент должен знать:

1. Основные параметры и характеристики колебательных и волновых процессов.

2. Закономерности распространения волн в газообразных, жидких и твёрдых средах, влияние на эти закономерности различных типов границ и неоднородностей. Особенности распространения волн в геосреде.

3. Основные источники волновых полей в массиве горных пород и их характеристики.

4. Аппаратурное и методическое обеспечение измерения параметров волновых полей.

5. Сферы использования волновых процессов при решении задач геоконтроля и технологий горного производства После изучения дисциплины студент должен уметь: экспериментально определять и теоретически рассчитывать параметры и характеристики волновых полей при проведении работ исследовательского и прикладного характера в рамках решения задач геоконтроля и горных технологий.

3. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Вид учебной работы Всего ча- Семестр сов Лекции 34 Практические занятия 17 Лабораторные занятия 17

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий № Раздел курса Вид занятий и их п/п учебная нагрузка в часах Лек- ПЗ ЛР ции 1. Введение 1 – – 2. Основные сведения о колебательных и волновых 5 2 процессах 3. Упругие волны в ограниченных системах с распре- 3 2 делёнными параметрами 4. Волны в газообразных, жидких,твёрдых средах и 7 4 массиве горных пород 5. Электромагнитные волновые поля в массиве гор- 4 2 ных пород 6. Изучение упругих волн в массиве горных пород 7 3 7. Практическое применение и измерение параметров 7 4 упругих волн Всего 34 17 4.2. Содержание разделов дисциплины Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ Применение упругих и электромагнитных волн для исследования свойств горных пород, контроля и прогнозирования динамических явлений, сейсмического воздействия взрывов, контроля параметров физических и технологических процессов горного производства, интенсификации технологических процессов.

Раздел 2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ И

ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССАХ

Основные параметры колебательных процессов. Колебания систем с сосредоточенными параметрами с учётом и без учёта потерь. Свободные и вынужденные колебания. Резонансные явления. Величины, характеризующие потери в колебательных системах.

Раздел 3. УПРУГИЕ ВОЛНЫ В ОГРАНИЧЕННЫХ СИСТЕМАХ С

РАСПРЕДЕЛЁННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Смещения и деформации. Продольные колебания в стержнях. Волновое уравнение. Скорость распространения упругих волн в стержне. Колебание ограниченного стержня. Граничные условия. Собственные колебания.

Вынужденные колебания стержня. Резонансные методы исследования свойств горных пород. Изгибные колебания в стержне. Колебания струны.

Свободные и вынужденные колебания. Колебательные характеристики струны при различных типах граничных условий.

Раздел 4. ВОЛНЫ В ГАЗООБРАЗНЫХ, ЖИДКИХ, ТВЁРДЫХ

СРЕДАХ И МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

Основные уравнения гидродинамики. Волновое уравнение. Фронт волны. Волновой вектор. Понятие скорости распространения волны. Акустические волны с плоским и сферическим фронтом. Акустический импеданс среды. Упругие волны в горных породах. Волновые уравнения для твёрдых сред. Упругие постоянные. Продольные и поперечные волны. Геометрическая дисперсия скорости.

Затухание упругих волн в горных породах. Основные механизмы поглощения упругих волн в горных породах. Рассеяние упругих волн на неоднородностях. Отражение и преломление плоской волны на границе двух сред. Полное внутреннее отражение. Неоднородные волны. Особенности отражения и преломления сферической волны. Образование головных волн.

Отражение и преломление упругой волны на границе двух сред.

Раздел 5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНОВЫЕ ПОЛЯ В МАССИВЕ

ГОРНЫХ ПОРОД

Основные уравнения для электромагнитного поля. Фазовая скорость, структура и затухание электромагнитных волн в горных породах на различных частотах. Импеданс электромагнитного поля. Основы излучения и прима электромагнитных полей. Основные характеристики источников электромагнитного поля. Применение электромагнитных полей при исследовании массива горных пород.

Раздел 6. ИЗЛУЧЕНИЕ УПРУГИХ ВОЛН В МАССИВЕ ГОРНЫХ Простейшие источники упругих волн. Активное и реактивное сопротивление излучения. Излучаемая акустическая мощность. Характеристика направленности излучателя. Излучение при землетрясениях и горных ударах. Образование сейсмических волн при взрывах. Акустическая эмиссия в горных породах.

Раздел 7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ

ПАРАМЕТРОВ УПРУГИХ ВОЛН

Измерение параметров сейсмоакустических процессов в массиве.

Сейсмоприёмники. Пьезодатчики. Метрологические требования при измерении импульсных воздействий.

Применение акустических волн для исследования свойств и состояния горных пород. Оценка сейсмического воздействия взрываю. Контроль трещиноватости массива. Обнаружение неоднородностей. Акустический каротаж. Волновые процессы в горных технологиях.

5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ, ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

п/п Измерение параметров колебательной системы с одной степенью свободы Исследование волновых процессов при продольных и изгибных колебаниях стержней Измерение фазовых скоростей и коэффициента затухания Изучение явлений отражения и преломления упругих волн на 5. 5 Измерение характеристик электромагнитного волнового поля Изучение процесса излучения поршневым источником в 6. 6 твёрдых средах при различных условиях регистрации волнового поля Определение модулей упругости горных пород резонансным Обнаружение структурных неоднородностей массива с использованием упругих волн 5.2. Примерный перечень практических занятий 1. Расчёт параметров и основных характеристик электродинамического сейсмоприёмника на основе колебательной системы с одной степенью свободы.

2. Расчёт параметров струнного датчика деформаций массива.

3. Расчёт параметров изгибных мод консольной балки.

4. Расчёт амплитуд отражённых волн от плоских границ раздела геологического разреза массива в случае различных граничащих сред.

5. Расчёт фазовых скоростей и коэффициента затухания электромагнитных волн в массиве горных пород при различных условиях проведения геоконтроля.

6. Расчёт параметров излучателя для ультразвукового каротажного зонда.

7. Расчёт упругих и прочностных параметров горных пород по результатам акустических измерений.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

а) Основная литература:

1. Бауков Ю.Н. Курс лекций по дисциплине «Волновые процессы». Учебное пособие. – М.: МГГУ, 2010. – 75 с.

2. Бауков Ю.Н., Колодин И.В., Вартанов А.З. Волновые процессы. Учебное пособие по проведению лабораторно-практических работ. – М.: МГГУ,. –54 с.

3. Бауков Ю.Н., Бауков А.Ю. Сборник задач по дисциплине «Волновые процессы» Учебное пособие. – М.: МГГУ, 2010 – 38 с.

4. Ямщиков В.С. Волновые процессы в массиве горных пород: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1984. – 271 с.

5. Протасов Ю.И. Электромагнитные процессы в массиве горных пород:

Учебное пособие. – М., МГИ, 1990. – 41 с.

6. Ямщиков В.С., Бауков Ю.Н. Сто задач по геоакустике: Учебное пособие для самостоятельных занятий. – М., МГИ, 1989. – 110 с.

7. Методические указания по проведению лабораторно-практических занятий по дисциплине «Волновые процессы». – М., МГГУ, 1995. – 52 с.

б) Дополнительная литература:

1. Бауков Ю.Н. Волновые процессы: Учебное пособие. – М.: МГГУ, 2004, с.

2. Новожилов Ю.В., Яппа Ю.А. Электродинамика: Учебное пособие. – М.:

Наука, 1978. – 352 с.

3. Рябинкин Л.А. Теория упругих волн: Учебное пособие. - М.: Недра, 1987.

– 182 с.

4. Лепендин Л.Ф. Акустика: Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 1978. – 448 с.

5. Бурсиан В.Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке. – Л.: Недра, 1972. – 368 с.

6. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. – М.: Наука, 1967. – 7. Горелик Г.С. Колебания и волны: Учебное пособие. – М.: ГИФИЛ, 1959. – 572 с.

7. И.П. Соловьянова, С.Н. Шабунин. Теория волновых процессов. Акустические волны: Учебное пособие. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. – 142 с.

8. Иродов И.Е. Основные законы: Волновые процессы: Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 2007. 263 с.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины Обеспечение освоения дисциплины реализуется на базе Компьютерного программного комплекса обучения и контроля знаний студентов.

6.3. Программное обеспечение и интернет-ресурсы 1. http://Physbook.ru (Электронный учебник физики). Проверено 19.01.11.

2. http://nehudlit.ru/books/detail5848.html (Иродов И.Е. Волновые процессы.

Основные законы. Уч.пособие. 2009) Проверено 19.01.11.

3. http://rrc.dgu.ru/res/phys/phdep.ifmo.ru/electr/80_lekzia_8.htm (Лекция. Элементы физики волновых проценссов. Иродов И.Е.) Проверено 19.01.11.

4. http://femto.com.ua/articles/part_1/0568.html (Волны – Физическая энциклопедия). Проверено 19.01.11.

5. http://siblec.ru/index.php?dn=html&way=bW9kL2h0bWwvY29udGVudC8z c2VtL2NvdXJzZTkzL2xlYy9vZzEuaHRt (конспект лекций курса «Электромагнитные поля и волны» СибГУТИ). Проверено 19.01.11.

1. Акустический журнал. Изд. РАН.

2. Физика волновых процессов и радиотехнические системы.

3. Электромагнитные волны и электронные системы.

7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

Специализированная лаборатория, компьютерный класс, комплекс акустических и электроизмерительных приборов, лабораторных стендов.

8. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ

ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Лекционные занятия проводятся с потоком.

2. Для проведения лабораторных и практических занятий студенческие группы делятся на две подгруппы.

3. Предусмотрено проведение одной контрольной работы.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования подготовки дипломированных специалистов по направлению 130400 по специальности "Физические процессы горного или нефтегазового производства".

Программу составил