» » Производственно-экспериментальные методы очистных работ

Производственно-экспериментальные методы очистных работ

08.08.2016

Производственно-экспериментальные методы исследований могут быть следующие:
- постановка специальных замеров и наблюдений на производстве;
- специальные производственные эксперименты («активный эксперимент»);
- сбор и обобщение накопленных в процессе обычной производственной деятельности практических данных (так называемое производственно-техническое обобщение или «пассивный эксперимент»).
Производственные эксперименты и наблюдения в производственных условиях. Производственные эксперименты чаще совмещаются с выполнением производственной программы рудника и лишь иногда ограничиваются исследовательскими целями.
При производственных экспериментах помимо фиксации обычных отчетных данных о расходе труда и материалов на различных работах, производительности оборудования и т. п., могут вестись, во-первых, хронометражные наблюдения для выявления затрат времен» на различные операции и простои, и, во-вторых, замеры величин, которые характеризуют эффективность отбойки, доставки руды и управления горным давлением и позволяют выявить пути совершенствования этих процессов.
К числу замеряемых относятся:
1) величины, характеризующие физико-механические свойства массива горных пород, — прочность, модуль деформации, трещиноватость, поведение под нагрузкой вплоть до разрушения и т. п.;
2) величины, характеризующие физическую сторону действия взрыва, такие, как скорость распространения ударной волны и развития трещин в массиве при взрыве, скорость распространения ударной волны в раздробленной горной массе, скорость выброса взорванной массы, величины и распределение возникающих в массиве напряжений и т. п.;
3) величины, характеризующие качество дробления руды при отбойке и вообще кусковатость раздробленной (в том числе и обрушенной горной массы). Их полезно знать для улучшения параметров отбойки, для установления зависимости производительности доставки руды от качества ее дробления, а также для определения аэродинамического сопротивления обрушенной массы;
4) величины, характеризующие процесс выпуска руды с точки зрения показателей ее извлечения и проходимости через выпускные отверстия;
5) слеживаемость отбитой руды, возгораемость, способность к налипанию и т, п.;
6) проявления горного давления.
Замеры по пункту 2 характерны лишь для исследований, выполняемых научно-исследовательскими институтами; по пункту 4 будут освещены в разделе систем разработки, предусматривающих выпуск руды под обрушенными породами. Остановимся на замерах по пунктам 1, 3 и 6.
Определение физико-механических свойств массива горных пород. Определение прочности, модуля деформации и т. п. на образцах пород выполняют испытаниями по стандартным методам. Для оценки же свойств массива, как правило, приближенно определяют переходные коэффициенты к ним путем сопоставления между собой отдельных экспериментальных данных по массиву и свойств образцов.
Один из методов экспериментальной оценки свойств массива — фотографирование забоя и определение на фотографии суммарной площади (точнее — проекции ее на плоскость фотографии) разрывов по трещинам Sт и разрывов по монолитной части массива Sм. Прочность массива
Производственно-экспериментальные методы очистных работ

где σп — прочность образцов породы; σт — прочность по трещинам, которая с трудом поддается замерам и иногда принимается ориентировочно, например σт = 0,1 σп.
Другой метод заключается в определении коэффициента структурного ослабления на основе амплитудно-частотной характеристики, определяемой прозвучиванием.
Иногда свойства массива определяют прямыми замерами: опиливают или каким-то иным способом отделяют по границам крупные (поперечным размером больше в. несколько раз расстояния между трещинами) блоки и испытывают их на сжатие.
В наблюдениях за изменением числа трещин используют прибор типа перископа для осмотра стенок скважин на глубину до 6—8 м.
Для определения модуля деформации массива пород применяют иногда гидроподушки, располагаемые в щели на площади до 9 м2. Гидроподушка площадью 0,6x3,0 м выполнена из двух металлических щитов, сваренных по периметру. В нее нагнетают воду или масло. Давление жидкости вследствие пластических деформаций металла передается на породу. Применяемые подушки допускают давление до 420 даН/см2 и перемещение стенок до 25 мм. Для большего перемещения можно располагать параллельно по несколько подушек.
Оценка качества дробления руды при отбойке. Обычно определяют только выход негабарита, выражается он в процентах по массе.
Реже и лишь в особых случаях определяют гранулометрический состав отбитой руды, т. е. выход кусков различных по крупности фракций в процентах по массе.
Иногда для оценки кусковатости негабаритной руды пользуются также понятием «средний диаметр куска» или классифицируют куски по их форме и выявляют распределение по этим классам.
Средний диаметр куска определяют как среднее арифметическое между длиной, шириной и толщиной куска, измеренным по трем взаимно перпендикулярным направлениям:
Производственно-экспериментальные методы очистных работ

Форму куска оценивают безразмерным соотношением длины, ширины и толщины его a:b:с (например, 1,52:1:0,68).
Для замера выхода негабарита используют как косвенные методы, так и обмер каждого негабаритного куска или фотометрический метод определения кусковатости горной массы.
Косвенные методы базируются на измерении каких-либо производственных показателей, зависящих определенным образом от выхода негабарита, таких, как удельный расход BB на вторичное дробление и расход капсюлей-детонаторов на вторичное дробление.
Выход негабарита принимают равным выраженному в процентах отношению q2 — удельного расхода BB на вторичное дробление (на 1 т всей отбитой руды) к q2' — среднему расходу BB на разрушение 1 т негабарита, т. е. в процентах
Производственно-экспериментальные методы очистных работ

По числу N израсходованных капсюлей-детонаторов при огнепроводном взрывании выход негабарита (%)
Производственно-экспериментальные методы очистных работ

где Vcp — средний объем негабаритного куска руды, м3 (устанавливается специальными замерами); γ — плотность руды в массиве, т/м3; P — общее количество отбитой руды.
Непосредственный обмер применяют только при научных исследованиях. Измеряют максимальные размеры каждого негабаритного куска по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Объем куска Vi = dibici k, где ai, bi, сi — максимальные длина, ширина и толщина куска, м; k — поправочный коэффициент, равный 0,4—0,7 в зависимости от формы куска.
Фотометрический метод замера кусковатости горной массы, предложенный проф. Л.И. Бароном, заключается в фотографировании навала руды с наложенной на него масштабной сеткой. По полученным фотографиям куски руды по их размеру (обычно максимальному) относят к соответствующей фракции крупности. Далее при прямоугольной фотопланиметрии (оптическая ось фотопланиметра перпендикулярна к поверхности навала руды) замеряют при помощи планиметра или палетки суммарные площади, занимаемые кусками каждой фракции, а при косоугольной фотопланиметрии подсчитывают число равномерно распределенных точек, приходящихся на куски (точечный метод).
Наиболее просто b безопасно осуществлять фотометрические работы с помощью прибора (рис. VIII.1), разработанного в Московском горном институте проф. П, И. Томаковым и инж. В. С. Коваленко, Масштабная сетка «накладывается» на негатив фотографируемого участка. В зависимости от расстояния сетки от фотоаппарата, размер условной масштабной сетки составляет 1x1 м, 2x2 м или 4x4 м. Фотографировать можно с расстояния от 2 до 40 м. Этим же прибором можно определять численную характеристику трещиноватости массива в труднодоступных местах. Содержание в горной массе каждой фракции (в том числе и негабаритной) определяется отношением в процентах площади, занимаемой кусками данной фракции, к общей площади масштабной сетки, а при точечном методе — отношением соответственно количества точек.
Аналогично определяют выход негабарита.
Определение диаметра среднего куска горной массы. Нередко в практических целях нас интересует диаметр среднего куска (не путать со средним диаметром куска!)
Производственно-экспериментальные методы очистных работ

где β1, β2, .... βm — массы или удельные значения каждого класса крупности; d1, d2, .... dm — средние диаметры каждой фракции крупности.
По соотношению диаметра среднего куска с поперечным размером выпускных отверстий можно прогнозировать проходимость руды через отверстия, т. е. частоту застреваний.
По диаметру среднего куска оценивают также аэродинамическое сопротивление обрушенной горной массы для расчета проветривания рудника для прогнозирования опасности воздушных ударов в выработках, находящихся под слоем обрушенных пород, и т. п.
Замеры проявлений горного давления. Замеряют смещения и расслоения горных пород, нагрузки на крепь, напряженное состояние массива горных пород.
Для замера используют обычные маркшейдерские методы или упрощенные приборы и приспособления,
Так, относительные смещения кровли и почвы (или висячего и лежачего боков), если расстояния между ними не превышают 2—2,5 м, замеряют с помощью универсальных измерительных стоек. Стойка с масштабной шкалой состоит из двух входящих одна в другую трубок, которые с помощью пружины распираются между собой реперами; ошибка измерений ±1 мм. Стойки с индикаторными головками часового типа дают точность замеров ±0,01 мм.
Относительные вертикальные составляющие смещений висячего и лежачего боков измеряются иногда приборами, основанными на принципе сообщающихся сосудов.
Для замеров относительных смещений в массиве пород на расстоянии до 10-15 м от горных выработок применяют глубинные реперы. Их помещают в скважинах и от каждого из них выводят в выработку проволочки с грузами на концах.
Нагрузки на крепь измеряют механическими, гидравлическими или шариковыми динамометрами. Шариковым измеряют только максимальную нагрузку по величине вдавливания стального шарика в плиту из мягкой стали.
Датчики для определения напряжений в элементах крепи обычно приклеивают или иным образом закрепляют на крепи, не изменяя податливости самой крепи. Используют проволочные тензометрические датчики сопротивлений (из тонкой константановой или нихромовой проволоки, которая по мере растяжения или сжатия меняет свое электрическое сопротивление) и более современные средства — фотоупругие тензометры или покрытия из оптически активных материалов.
Замеры напряженного состояния сорных пород. Распространены методы, основанные на способности пород к упругому восстановлению формы и объема при разгрузке, т. е. при образовании обнажений: замеряют деформации, а по ним рассчитывают снятые напряжения. Используют звукометрический метод, разрабатываются электрофизические, сейсмоакустические, ультразвуковые, радиометрические методы.
Методы, основанные на упругих свойствах пород, предусматривают разовые замеры (с частичной или полной разгрузкой) или постоянное наблюдение.
При методе частичной разгрузки бурят в крепкой породе короткий (6-10 см) шпур, измеряют по трем направлениям деформации, вызванные перераспределением напряжений, и по ним находят величины и направления главных нормальных напряжений, которые были в месте забуривания. Деформации измеряют либо тензометрическими проволочными датчиками сопротивлений, наклеиваемыми на поверхность обнажения породы рядом с местом забуривания, либо (при обводненных породах) с помощью съемных тензометров, натягиваемых между анкерными реперами (диаметром 8 мм и глубиной 3-5 см). Ошибка измерений не превышает 15 %. Благоприятны для этого метода породы монолитные или с крупноблочной структурой.
Метод полной разгрузки требует бурения специальной скважины. Измеряют деформации или на торце керна, или у центрального отверстия в кольцевом керне (рис. VIII.2).
Производственно-экспериментальные методы очистных работ

В первом случае на отшлифованный забой скважины наклеивают фотоупругий тензометр, представляющий собой диск с центральным отверстием, изготовленный на затверделой эпоксидной смоле. После этого выбуривают керн (на глубину 1,5-2 его диаметров) кольцевой алмазной коронкой, что вызывает деформации упругого восстановления пород в месте наклейки тензометра.
Другой вариант метода полной разгрузки основан на измерении деформаций упругого восстановления скважины малого диаметра (26 мм), обуриваемой кольцевой скважиной большого диаметра (80-100 мм).
Методом полной разгрузки можно оценивать напряженное состояние в массиве горных пород на значительном (до 15-20 м) расстоянии от горных выработок с точностью до 15-20%:
Для определения необходимости в креплении и выбора типа крепления в Криворожском НИГРИ разработан прибор — зонд для ультразвукового каротажа незаполненных скважин. Прибор помещается в скважину любой глубины и замеряет скорость прохождения ударной волны. Это выявляет зону трещиноватости или изменение типа пород с различным динамическим модулем упругости. Зонд замеряет также частоту и амплитуду ударных волн, что позволяет судить о характере распределения напряжений, и, таким образом, выявляет зону опорного давления.
Звукометрический метод определения состояния массива пород основан на том, что при нагружении горных пород в них происходят микроразрушения, являющиеся предвестниками обрушений. Микроразрушения сопровождаются звуковыми колебаниями — короткими «сухими» щелчками, частота которых возрастает с ростом напряженного состояния массива. Шумы связаны с необратимыми деформациями горных пород; следовательно, число шумов в принципе может характеризовать величину необратимой деформации, но такая характеристика обычно не используется; частота же шумов характеризует скорость деформации, что и представляет главный практический интерес: за известным пределом увеличение частоты шумов свидетельствует о наступлении критической скорости деформации, имеющей место на стадии прогрессирующей ползучести пород. Это значит,что процесс деформации стал необратимым,
В шпур (глубиной не менее 2 м) или скважину помещают геофон — стальной цилиндр с пьезоэлементом, обычно из кристаллов сегнетовой соли (рис, VIII.3). От возникшего в массиве породы звука разрушения (треска), представляющего собой короткий звуковой импульс, колебания распространяются по всем направлениям. Когда они достигают индикатора, пьезоэлемент, закрепленный как консоль, начинает колебаться и деформироваться на изгиб, что образует разность потенциалов, после чего каждая группа волн представляет собой короткий импульс постоянного тока, который слышен в телефоне как треск. Колебания могут записываться на осциллограмму или передаваться радиосигналами или по кабелю на приемно-регистрирующее устройство.
Долгое время использовали геофоны, улавливающие частоту колебаний до 10 кГц, и считали, что опасная ситуация наступает при достижении 20-70 шумов в минуту (большие значения относятся к более чувствительным геофонам). Исследованиями последних лет доказано, что для надежного прогнозирования обрушений необходимы более чувствительные геофоны, улавливающие шумы частотой до 40 кГц; соответствующая аппаратура создается.
Производственно-экспериментальные методы очистных работ

Производственно-техническое обобщение (или обобщение производственного опыта) предусматривает сбор, систематизацию, обработку и анализ практических данных, полученных при погашении рядов блоков (или этажей) как на данном руднике, так и на других рудниках со сходными условиями.
Помимо самостоятельных выводов, эти обобщения выявляют необходимость в тех или иных производственных экспериментах (для получения дополнительных или более достоверных данных) и помогают правильной их постановке.
С помощью производственно-технических обобщений выявляют существующие тенденции в расширении или сужении области применения тех или иных методов работ, изменении горно-геологических условий и технологических параметров, устанавливают для различных методов горных работ наилучшие варианты и параметры, характерные показатели, область рационального применения, перспективные направления развития. Сюда же следует отнести установление эмпирических зависимостей показателей горных работ от методов работ и горнотехнических условий, с той, однако, оговоркой, что производственно-техническое обобщение принято понимать как общий анализ, не использующий сложного математического аппарата.
Анализу подвергаются, например, структура себестоимости (или трудоемкости) добычи полезного ископаемого, выявляются доли затрат на различные производственные процессы или элементы. В результате можно установить, какие процессы или элементы требуют усовершенствования в первую очередь и в каком преимущественно направлении. Так, если на долю какого-либо процесса приходится значительная часть затрат, то главным направлением будет удешевление его. В ином случае можно пойти на некоторое удорожание, если это серьезно улучшит производительность и условия труда на последующих процессах, более дорогих и трудоемких,
Объектами анализа могут быть динамика себестоимости (трудоемкости) добычи руды или динамика структуры этой себестоимости во времени. Это дает представление об экономической эффективности проводившихся в рассматриваемый период технических или организационных мероприятий, о перспективности методов работ в зависимости от роста их показателей. Выявление эффективности какого-либо мероприятия на основе динамики показателей усложняется тем, что в базовый период осуществляют несколько усовершенствований, а практические данные показывают лишь общий их результат.