Способ определения слеживаемости горной массы Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при выборе способов разработки и контроля свойств горной массы, добываемой из месторождений руд черных и цветных металлов.

Одним из важных свойств горной массы является ее Слеживаемость, оказывающая влияние на возможность выбора тех или иных способов разработки месторождений. Предварительное (до начала добычи руды в выемочном участке) выявление такого свойства позволяет исключить или ограничить применение способов работ, связанных с аккумулированием отбитой горной массы в очистном пространстве и рудоспусках.

Согласно известному способу определения слеживаемости горной массы в качестве показателя, характеризующего Слеживаемость, принимают начальное удельное сопротивление сдвигу образцов горной массы. Способ заключается в определении данного прочностного показателя (сопротивления сдвигу) в зависимости от различных факторов: срока хранения, уплотняющей нагрузки, влажности и гранулометрического состава.

Недостаток способа состоит в том, что получают косвенный показатель; установленные путем лабораторных испытаний численные значения начального удельного сопротивления сдвигу горной массы позволяют дать только сравнительную оценку слеживаемости и не позволяют однозначно судить об этом свойстве. Поэтому данный способ может быть применен лишь после

выполнения значительного объема опытно- промышленных работ по добыче руды в выемочных участках и накопления при этом данных о взаимосвязи слеживаемости в них горной массы с соответствующими значениями начального удельного сопротивления сдвигу образцов горной массы. Таким образом, способ отличается высокой трудоемкостью работ и неоперативностью определения показателя слеживаемости.

Известен способ оценки слеживаемости горной массы, основанный на определении гидравлического радиуса сводообра- зующего отверстия.

По величине сводообразующего отверстия судят о степени слеживаемости: чем больше значение радиуса, тем более высокой считается степень слеживаемости, и наоборот. Величину радиуса сводообразующего отверстия (R) сыпучего тела определяют по формуле

R Г0(1 + sin)/y,M,

где Т0 - начальное сопротивление сдвигу, кг/см ;

р - угол внутреннего трения, град;

у- объемный вес, кг/см3.

Этот показатель слеживаемости устанавливают предварительно (до начала добычи руды) путем лабораторных испытаний на прочность (сдвиг) образцов горной массы из намечаемых к выемке участков при соответствующих натурных значениях влажности, количества мелких фракций и коэффициента разрыхления. Затем создают модель выемочного блока, добиваются в ней показателя слеживаемости, соответствующего натурному значению, и подбирают оптимальные параметры системы разработ- ки(или решают вопрос о возможности применения определенного способа разработки).

Однако в данном способе численное значение показателя слеживаемости (гидравлический радиус, в метрах) не дает возможности непосредственно оценить свойство слеживаемости горной массы. Поэтому необходимо выполнение последующего этапа исследований: создания модели очистного блока и выявления на ней условий выпуска горной массы. И только после этого оценивается степень слеживаемости исследуемой горной массы. Таким образом, данный способ оценки слеживаемости недостаточно оперативен и в то же время довольно трудоемок.

Цель изобретения - снижение трудоемкости определения слеживаемости горной массы.

Поставленная цель достигается тем. что согласно способу оценки слеживаемости, включающему подготовку и испытание образцов горной массы под нагрузкой и измерения в них влажности и содержания пылевато-глинистых фракций, образцы горной массы уплотняют в режиме соответствующего технологического процесса добычи руды, затем по деформации образцов судят

о степени слеживаемости и устанавливают границу области слеживаемости, после чего по содержанию в образцах пылевато-глинистых фракций и влажности определяют показатель слеживаемости по формуле

C W-V,

где W и V - значения влажности и содержания пылевато-глинистых фракций соответственно, доли ед.

Выполнение до начала процесса добычи серии испытаний на прочность (отобранных из месторождения) образцов горной массы с определением при этом численного значения показателя слеживаемости по приведенной формуле позволяет сделать

непосредственную, а не косвенную, как в прототипе, оценку свойства слеживаемости горной массы в зависимости от основных влияющих факторов - влажности и содержания мелких фракций. Затем производят

оценку слеживаемости горной массы в выемочных участках путем измерения влажности и содержания мелких фракций в образцах горной массы, что повышает оперативность и снижает трудоемкость оценки

слеживаемости горной массы.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа и прототипа показывает, что на стадии исследования месторождения или его участка численное значение показателя слеживаемости (С) устанавливают в результате серии лабораторных испытаний образцов по формуле

С Wi Vi, где Wi и Vi - соответственно значения влажности и содержания в горной массе мелких фракций, при которых происходит слежива- ние, доли ед.;

I - число испытаний в серии, а в прототипе слеживаемость считают пропорциональной гидравлическому радиусу сводообразующего отверстия (R)

R TO (1 + sin y)/y, м,

где TO - начальное сопротивление горной массы сдвигу, кг/см ;

у - угол внутреннего трения, град; у- объемный вес, кг/см3.

На стадии оценки слеживаемости горной массы в намечаемом к разработке выемочном участке производят измерение влажности и содержания мелких фракций, устанавливают показатель слеживаемости по выражению

C W -V и относят горную массу либо к слеживающейся при W V , С, либо к неслеживающейся при W V С, а в прототипе на этой стадии исследований создают модель выемочного блока, добиваются в ней показатели слежи- ваемости (гидравлический радиус), соответствующего натурному значению, и при заданных параметрах системы разработки решают воспрос о возмож-ности беспрепятственного выпуска горной массы.

Сущность способа оценки слеживаемости добываемой горной массы заключается в следующем.

На стадии геологического изучения месторождения или отдельных его участков отбирают образцы горной массы однородного вещественного состава, представленные кусковым материалом, например отбитая горная масса в горно-разведочных выработках. Если состав руд месторожден- ия неоднородный, то отбирают серию образцов по каждому виду руд.

Исследуют образцы с естественной влажностью или придают образцам значения влажности в диапазоне от 0 до 10-15%. При более высоких значениях влажности свойство слеживаемости как правило исчезает.

Создают уплотняющую нагрузку в образцах, помещенных в контейнеры. Вели- чина нагрузки максимально .возможная, например соответствующая весу столба ма- газинированной руды при высоте блока 50- 60 м, что составляет 2-3 кг/см2.

Размер мелких фракций, подлежащих измерению, зависит от степени измельчае- мости руд взрывом. При обычной измельча- емости (фракции 50 мм не более 20-30%) измеряют содержание глинистых и пылева- тых частиц (0,05 мм), при склонности руды к переизмельчению (фракции 50 мм более 30%) измеряют содержание фракций глинистых и песчаных(2 мм) или даже мелкокусковой фракции (5 мм).

Выполняют серию испытаний на проч- ность (одноосное сжатие). Число испытаний в серии определяется исходя из достаточной представительности проб по всему месторождению или его части (в случае весьма разнорядных по составу руд) и с учетом ох- вата всего возможного диапазона влажности и мелких фракций.

Для оценки результатов испытаний нами разработана классификация, в основу

которой заложены два дополняющих друг друга признака: форма обраца при вскрытии контейнера и величина усилия, необходимого для разрушения полученной призмы. Первый признак (по форме) проявляется весьма наглядно и достаточно надежно характеризует образцы по степени слеживаемости. Второй признак является дополнительным и используется в ситуации, когда возникают затруднения при установлении степени слеживания.

По классификационным признакам (форме и усилию) судят о степени слеживаемости образцов (слеживаются, не слеживаются), результаты испытаний серии образцов наносят на график в координатах влажность - содержание пылевато-глини- стых фракций (фиг.1).

Классификация образцов по степени слеживаемости приведена в таблице.

Согласно способу устанавливают границу области слеживаемости и определяют численное значение показателя слеживаемости, как С W V.

Таким образом, при оценке слеживаемости в планируемых к разработке отдельных .выемочных участках определяется характерное значение влажности и содержании мелких частиц в горной массе.

Пример. Перед выбором системы разработки в выемочном блоке установлено С 0,05x0,10 0,005, т.е. не слеживается, так как находится в области сыпучести (см. фиг.1).

Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить по сравнению с существующим следующие преимущества, Снижается трудоемкость оценки слеживаемости в выемочных участках путем измерения в них только W и V, в то время как в прототипе предполагается выполнять моделирование (имеется в виду то, что испытания на прочность уплотненных образцов и измерение в них влажности и содержание мелких фракций в целом по месторождению уже выполнена на стадии геологического изучения месторождения). Время выполнения определения по предлагаемому способу составит вместе с отбором и обработкой проб несколько (3-4) суток. А при моделировании (как в прототипе) это время можно оценить с учетом создания модели выемочного блока в один месяц, т.е. в 10 раз больше.

Кроме того, увеличивается объем информации при изучении горных пород с различным характером связей и повышается качество и обоснованность технических решений при выборе способов разработки и управления ими.

Формул а изобретения

Способ определения слеживаемости горной массы, включающий отбор, подготовку и испытание на прочность образцов горной массы, измерение их влажности и содержания в них пылевато-глинистой фракции, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости on редел е

ния слеживаемости, уплотняют образцы горной массы в технологическом режиме ее разработки, определяют деформацию образцов, устанавливают связь последней со степенью слеживаемости и ее границами, а слеживаемость испытуемых образцов определяют из выражения

С - W V, где С - слеживаемость, отн. ед.;

W - влажность образцов, доли ед.;

V - содержание пылевато-глинистой фракции, доли ед.

Изобретение относится к горной промети. Целью изобретения является снижение трудоемкости определения слеживаемости. Для этого отбирают, подготавливают и испытывают на прочность образцы горной массы. Измеряют влажность и содержание в образцах пылевато-глинистой фракции. Уплотняют образцы горной массы в технологическом режиме ее разработки. Определяют деформацию образцов. Устанавливают связь последней со степенью слеживаемости и ее границами. Слеживаемость испытуемых образцов определяют из выражения: V, где С - Слеживаемость, отн. ед.; W - влажность образцов, доли ед.; V - содержание пылевато-глинистой фракции, доли ед. 1 ил., 1 табл. ё

Степень слеживаемости

е

щиеся

Принимают угол естественного откоса Сохраняют форму конуса с призмой в основании Сохраняют форму призмы с вывалами из вершин и граней Сохраняют форму призмы с вывалами кусков Сохраняют форму призмы с ровными гранями и ребрами

Превышение критической нагрузки 0,1-0.2 кг/см ведет к нарушению структуры уплотненной кусковой массы, после чего она способна к истечению.

Классификационный признак

по форме

по усилию

Разрушаются самопроизвольно То же

Разрушаются от соприкосновения Разрушаются при незначительном усилии-до 0,1 кг/см2 Разрушаются от вертикаль- ной нагрузки 0,1 -0,2 кг/см2)

V, доли ед. 0,4 Г0,05OJJJ W.BOAU ед.

0,15