Способ контроля сжимаемости твердеющих закладочных массивов Советский патент 1989 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к измерению деформационных свойств твердеющих закладочных массивов и может быть использовано при разработке месторожде иий полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.

Цель изобретения упрощение и сокращение времени контроля сжимаемости твердеющего массива под действием горного давления.

На фиг.1 изображен электрохимический преобразователь, общий вид; на фиг.2 - принципиальная схема измерения; на фиг.З - взаимосвязь усадки образцов и разрядного тока для раз-, личных давлений Р.

Электрохимический преобразователь состоит из полихлорвиниловой трубки 1 диаметром 50 мм, с наружной сторо- ны на которую на диаметрально противоположных сторонах наклеиваются графитовые стержни 2, внутри трубки с помощью держателей 3 крепится цинковая .трубка 4.

Измерение электрических параметров закладки осуществляют по схеме, изображенной на фиг.2. Графитовые электроды 5 - 8 и цинковая трубка 4 через кнопку 9 подключаются поочередно к микроамперметру 10, имеющему щунт 11.

На фнг.З изображена корреляционна зависимость между усадкой закладки (данного гранулометрического состава и разрядньм током электрохимического преобразователя I. Последний размещен в закладочной смеси. Корреляционная зависимость получена экспериментально для различных значений горного давления.

Способ осуществляют следующим образом.

В процессе формирования твердеющего закладочного массива электрохими- ческий преобразователь (фиг.1) размещается в исследуемой среде посредством опускания его в закладочньй раствор. От преобразователя электрически провода проводятся к пункту измерени При производстве замеров проводники подключаются к измерительной схеме (фиг.2). Результатом измерений является величина эффективного значения разрядного тока 1р.

Величину усадки определяют по формуле

Л 0,1570 (Р - I 1р)

при к (5 - 11,5) Mlla, .

Р (5 - 25) МПа,

где Л - сжимаемость закладочного массива;

IP разрядный ток электрохимического преобразователя; Р - величина горного давления; S - площадь поверхности электрода;К - электрохимический коэффициент

Величина изменяется в пределах от 5 до 25 МПа в связи с тем, что глубина разработки подземных рудников находится в пределах 200 - 1000 метров.

Электрохимический коэффициент К изменяется в пределах от 5 до 11,5 м -МПа/А при изменении марки цемента, применяемого в закладке, от 200 до 500.

С точки зрения электролитических свойств твердеющий закладочный материал представлен в виде матричного электролита, т.е. электролита, находящегося в порах твердого тела, электролитоносителя. Электропроводимость твердой фазы на несколько порядков ниже проводимости электро- ,лита, поэтому твердая фаза считается не проводящей электрический ток. Жидкость в результате действия капиллярных сил не является текучей, но обладает свойствами электролита, в котором отсутствует конвекция. Взаимосвязанность механической и физической структур лежит в основе действия рассматриваемого способа.

Если разместить в таком электролите в процессе его формирования электроды из материалов с различными значениями нормальных потенциалов на электродах возникает ЭДС (электродвижущая сила, величина которой зависит от вида электродов и электрических параметров твердеюв;ей среды. Измерение разрядного тока осув;ествляет- ся нажатием кнопки 9. С точки зрения инерционности измерительной системы магнитоэлектрического индикатора (ампервольтметр П-4311) следует считать, что отклонение стрелки прибора пропорционально эффективному значению разрядного тока за определенный промежуток времени.

Назначение шунта состоит в том, чтобы получить наибольшее значение разрядного тока, при этом наиболее полно проявляется эффект концентрационной поляризации и повышается информативность измерений. В связи с этим величина шунта должна быть минимальной, при которой чувствительность прибора обеспечивает уверенное фиксирование замеряемой величины.

Величина электрического тока определяется ходом электрокинетических процессов на графитовом электроде. Здесь происходит катодное .восстановление ионов водорода

Н -ь

Н

40Н

и молекул воды 2Н-2Р + 0/ + 4е

При подключении к электродам внеп1- ней нагрузки измерительного прибора в результате прохождения тока на границе графитового электрода в первый момент времени будет вьщеляться водород и ионы ОН. Графитовый электрод обладает весьма малой адсорбционной способностью по отношению к водороду, поэтому активная поверхность электрода экранируется пленкой водорода и дальнейшее протекание тока связано с рассасыйанием водорода в порах закладочного материала. Коэффициент диффузии D, входящий в первьй закон Фика, будет зависеть от степени заполнения влагой окружающих пор, поэтому разрядный ток равен

f Р -DS grad С,

где Iр - величина разрядного тока; С - концентрация регулирующих веществ в рассматриваемом случае пропорциональна влажности закладки; S - площадь поверхности электрода;

D коэффициент диффузии. Необходимый срок измерения сжимаемости закладочных массивов обуслов-

51270

ливается технологией разработки месторождения. Например, при отработке запасов руды во вторичных камерах контроль сжимаемости закладочного массива в заложенных камерах первой очереди показывает эффективность управления горным давлением, т.е. высо кая сжимаемость свидетельствует о начале сдвижения налегающих пород и необхЙ- димости применения более качественной закладки в соседних камерах. Конкретг. . ные сроки проведения такого контроля в пределах от 1 до- 6 мес.

При отработке руды под охраняемыми объектами сжимаемость твердеющих массивов должна строго соответство- вать расчетным нормативам и подтверждаться регулярными экспериментальными замерами через 1-1,5 мес.

10

15

30

45

50

20

Формула изобретения

Способ контроля сжимаемости твер- 25 деющих закладочных массивов, включающий размещение измерительных sjjeMeH- тов в закладочном массиве в процессе его возведения, отличающий - с я тем, что, с целью упрощения и сокращения времени контроля сжимаемости твердеющего массива под деист-, вием rqjiHoro давления, измерение эле ктрических параметров массива производят электрохимическими преобразователями, а сжимаемость определяют по корреляционной зависимости

Х 0,1570 (Р - I 1р), при К (5 - 11,5) - МПа,

Р (5 - 25) МПа, где А

35

40

сжимаемость закладочного массива;

IP - разрядный ток электрохимического преобразователя;

Р - величина горного давления;

S - площадь поверхности электрода;

К - электрохимический коэффициент.

Изобретение относится к области измерения деформационных свойств твердеющих закладочных массивов. Цель - упрощение и сокращение времени контроля сжимаемости твердеющего мас сива под действием горного давления. В процессе возведения закладочного массива в нем размещают измерительные электроды. Измеряют электрические параметры массива электрохимическими преобразователями. Сжимаемость определяют по корреляционной зависимости Д О,1570 (Р - K/S-IP) при К

t

Itgl

so W 60 80 т y.MKa Фив.З