Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Лабораторные исследования послойной отбойки и торцового выпуска руды с переменным коэффициентом разрыхления


Коэффициент разрыхления руды, отбитой в зажиме, изменяется от 1,6 до 1,1 даже в пределах одного слоя, отбитого за одни прием. Нередко между отбитой рудой и массивом образуется щель. Эти факторы в значительной степени влияют на показатели извлечения руды при выпуске. Для того чтобы в опытах наиболее точно воспроизвести плотность отбитой руды, необходимо моделирование процесса ее взрывной отбойки. С этой целью в 1963 г. во ВНИИцветмете была разработана методика, а в 1964 г, построена экспериментальная установка (рис. 4.16).

Лабораторные исследования отбойки руды в зажиме проводились в ИГД нм. А.А. Скочинского, МГИ, ВНИИцветмете ИГД МЧМ, ВостНИГРИ, на Зыряновском, Лениногорском комбинатах и в других организациях и предприятиях. Исследователи отмечали смещение слоя отбитой руды в сторону обрушенных налегающих пород до 3 м с уплотнением руды и породы в приконтактной зоне.
Лабораторные исследования послойной отбойки и торцового выпуска руды с переменным коэффициентом разрыхления

С помощью экспериментальной установки предполагалось изучить более широкий круг вопросов:

- условия соблюдения подобия отрыва слоя от массива, характер деформации зажимающего материала;

- характер и величины сдвижения отбитой руды и зажимающей породы при послойном взрывании, коэффициенты разрыхления отбитой руды и зажимающей породы;

- качество дробления руды при отбойке в зависимости от крепости эквивалентного материала;

- зависимость потерь и разубоживания руды от коэффициента ее разрыхления при отбойке взрывом.

Моделирование проводили на эквивалентных материалах, скважинный заряд имитировали детонирующим шнуром, для выпуска и доставки руды была использована действующая модель вибропитателя.

Для приготовления эквивалентного материала использовали смесь из быстротвердеющего цемента и измельченной чугунной стружки, удовлетворяющую требованиям механического подобия (табл. 4.17). Чугунная фракция использовалась многократно, в ней кроме чугунного песка содержалось некоторое количество пыли цементного камня.

После выбора состава и технологии приготовления эквивалентного материала (согласно заданным свойствам) на специальном полигоне, оборудованном растворомешалкой, изготавливали блоки. До закладки эквивалентного материала в форму в нее вставляли металлические прутья диаметром 6 мм, после извлечения которых в блоках образовывались скважины. ЛНС составляла 6 см, расстояние между скважинами в ряду — 8 см (соответственно 1,5 и 2 и в натуре при линейном масштабе моделирования 1:25).

Одновременно с изготовлением блоков заливали контрольные кубики размером 10х10х10 см. Перед установкой блоков в модель уточняли прочность эквивалентного материала, раздавливая кубики на прессе. Если предел прочности на сжатие оказывался больше допустимого, блок браковали. Допустимые отклонения предела прочности кубиков на сжатие составляли 10—15% от расчетного, равного 50—80 кгс/см2.

При моделировании процесса разрушения породы взрывом необходимо было соблюсти подобие граничных условий. Экспериментально установлено, что если взрываемый материал граничит непосредственно с корпусом модели, то характер процесса разрушения не соответствует условиям натуры. В этом случае как бы создается пять плоскостей обнажения вместо одной в натуре. Для соблюдения граничного условия подобия взрываемый слон должен быть прочно связан со сплошным массивом, а толщина массива от слоя до корпуса модели должна составлять 1,5—2 ЛНС Следовательно, объем блоков из эквивалентного материала должен значительно превышать объем взрываемого слоя. С учетом этих требований корпус модели был увеличен.

С целью повышения оперативности моделирования, стабильности и точности результатов установку снабдили подъемно-транспортными механизмами, устройствами для отделения ферромагнитного песка; вместо применявшегося ранее болтового стягивания крышки модели с корпусом использованы балластные грузы. При выпуске руды эти грузы опускались, сохраняя определенное давление на обрушенную руду и породу. Известно, что взрывная отбойка руды приводит к образованию новых третий в массиве. Это обстоятельство было учтено при моделировании. После помещения блока из эквивалентного материала в корпус модели и его «замоноличивания» в нем на открытую камеру отбивали первый внешний слой руды с повышенным удельным расходом ВВ. В результате в массиве развивались микротрещины, имитирующие его естественную трещиноватость.

Установка (см. рис. 4.16) оборудована средствами вентиляции, в качестве контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратуры использованы: прибор КЗДШ для коротко-за ленного взрывания скважин, датчики для замера скорости и размеров перемещения отбитой руды, зажимающего материала сейсмографы ВЭГИК для определения сейсмических колебаний корпуса модели, осциллографы И-102 и Н-700, скоростная кинокамера CKC-1M-16, лабораторные весы, магнитные сепараторы.

Отбойку и выпуск руды моделировали для условий отработки крутого рудного тела (рис. 4 17).

После снятия опалубки и извлечения металлических стержней готовый блок из эквивалентного материала заряжали отрезками детонирующего шнура и с помощью тельфера устанавливала в модель. Пространство между этим блоком и стенками модели заливали раствором быстросхватывающегося цемента или гипса.

Таким образом, слой руды массой 100—200 кг отрывался взрывом от модели массой 20 т, что обеспечивало соблюдение подобия граничных условий.

Провода электродетонаторов выводили из модели через специальные отверстия и при помощи рубильника подсоединяли к сети. Если требовалось осциллографирование, сейсмическая или скоростная съемка, электровзрывную сеть подключали к специальным пусковым устройствам, снабженным реле времени для последовательного включения перечисленных приборов, В отдельных опытах пользовались обыкновенными капсюлями-детонаторами и огнепроводным шнуром.

При взрывной отбойке руды в зажатой среде отработанное пространство заполняли зажимающими породами из эквивалентного материала. Такие же породы насыпали л сверху заряженного блока. Поверх налегающих обрушенных пород помещали два груза: массой 200 кг — в узкую часть камеры и массой 400кг — в широкую часть. Грузы обеспечивали постоянное (дои после взрыва) распределение давления обрушенных налегающих пород.

Применительно к мощным пологим рудным телам использована модель (рис. 4.18), прочность эквивалентного материала которой определяли по формуле (3.3).

Для руд с коэффициентом крепости 10—14 в масштабе 1:25 прочность эквивалентного материала принимали равной 50—80 кгс /см3. При таком крупном масштабе моделирования общая масса использованных материалов (руды и обрушенных пород) достигала 3—4 т. Каждый опыт длился 3—5 дней. Чтобы нарастание прочности материала после достижения определенного ее значения происходило медленно, использованы составы № 7, 10—17 (см. табл. 4.17).

Эквивалентный материал с заданными свойствами приготовляли на специальном полигоне, оборудованном растворомешалкой.

Опытными взрывами установлена зависимость выхода негабарита от прочности эквивалентного материала:

где n — выход негабарита, %; е — основание натуральных логарифмов; осж — прочность эквивалентного материала на сжатие, кгс/см2.

Поэтому одним из главных критериев подобия при отбойке руды в зажиме и торцовом вибрационном выпуске было принято подобие гранулометрического состава на модели и в натуре. Это подобие соблюдено по всем диапазоне расчетной прочности эквивалентного материала на сжатие. При прочности меньше расчетной в 2 раза (осж=27 кгс/см2) выход негабарита составил 1,2%, а при прочности выше расчетной в 3—4 раза (осж=150 кгс/см3) даже при короткозамедленном взрывании выход негабарита составил 26%. Между массивом и отбитой рудой в последнем случае появлялась щель.

С целью определения зависимости качества дробления руды от способа взрывания руду расчетной прочности взрывали в зажиме тремя комплектами скважин по пять штук в каждом. В одном случае скважины в ряду взрывали мгновенно, в другом — короткозамедлению. После удаления налегающих обрушенных пород определяли качество отбойки руды (без выпуска), а также сдвижение слоев руды, отбитых каждым комплектом скважин, и образовавшуюся между ними щель.

В случае неправильного подбора параметров буровзрывных работ качество дробления резко ухудшалось. Для выпуска отбитой руды требовались дополнительные взрывы для обрушения сводов.

Чтобы не допустить значительных погрешностей при моделировании, необходимо правильно подобрать массу корпуса модели. Используя закон равенства количества движения, можно записать:

где m1 и m2 — массы модели и отбитого слоя руды, кг; v1 и v2 — скорости движения корпуса модели и отбитого слоя руды после взрыва, м/с.

Для соблюдения подобия сейсмических колебаний в результате взрыва необходимо постоянство критерия

где Qвв — масса заряда, кг; Lвз — расстояние от центра заряда до датчика сейсмических колебаний, м.

Для определения массы модели по формуле (4.35) необходимо замерить массу и скорость полета отбитой руды, а также скорость отклонения (отдачи) корпуса модели Эти величины определяли при отбойке на открытую камеру и в зажиме

В модели, подготовленной к взрыву на открытую камеру, на поверхность взрываемого слоя наклеивали нормально замкнутый датчик, который при взрыве разрывался и размыкал электрическую цепь. В камере на определенном расстоянии друг от друга помещали в распор с боками камеры еще два нормально замкнутых датчика, представляющих собой стеклянные трубки с наклеенными на них полоскам» медной фольги. На противоположной стороне камеры устанавливали нормальноразомкнутый датчик, который замыкал сеть после того, как до него долетала отбитая руда. Провода датчиков подключали к шлейфам осциллографа Н-700. Параллельно с сетями датчиков монтировали сети подрыва электродетонаторов. Включенные в сети реле времени позволяли преодолевать инерцию осциллографа После расшифровки осциллограмм определялась скорость полета кусков руды. Установлено, что скорость зависит от прочности эквивалентного материала, ЛHC и продолжительности полета кусков руды. Через 3 мс после взрыва руды прочностью 76 кгс/см2 скорость полета отбитой горной массы составила 102 м/с; средняя по камере 79 м/с, минимальная (при соударении с корпусом модели) 59 м/с.

Для определения скоростей движения отбитой руды и отклонения корпуса модели (рис. 4.19) при отбойке в зажиме во взрывную камеру поместили заряженный блок и скрепили его с корпусом. При заполнении очистного пространства зажимающей породой на определенном уровне установили специальные датчики, состоящие из металлических стержней диаметром 10 мм с навинченными на концах шайбами-флянцами. Стержни по длине отличались один от другого на 0, 12 м. Выступающие за корпус модели концы датчиков были установлены точно в одной вертикальной плоскости, к их обрезу подвели нулевую отметку шкалы отсчета сдвига датчиков. В верхней части корпуса модели на расстоянии 2 м от эпицентра взрыва установлены 3 сейсмографа с периодом собственных колебаний 0, 9—2 с. Они были ориентированы в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Сейсмические измерения для определения интенсивности колебаний корпуса модели проводились с участием С.И. Светличного.

Для определения скорости движения датчиков, регистрирующих смещение слоя руды при отбойке в зажиме, была использована скоростная киносъемочная камера CKC-1M-16 со специальным мощным осветителем (в работах принимал участие Ф.И. Шкурко). Пульт управления экспериментальной установки обеспечивал последовательное включение в работу осциллографа, кинокамеры и сети подрыва электродетонаторов.

В результате расшифровки пленок скоростной киносъемки определены скорости движения слоя отбитой в зажиме руды и зажимающих пород (табл. 4.18). Прочность отбитого материала составляла 76 кгс/см2, ЛНС—6 см, PMC—8 см, удельный расход BB 625 г/т.

Через 0, 4 мс от начала взрыва скорость движения датчика № 1 и следовательно, прилегающего к нему слоя зажимающего материала и слоя отбитой руды достигла 11, 5 м/с, а затем уменьшилась по экспоненциальному закону. Такое изменение скорости происходит и при отбойке реальных горных пород.

Через 1, 3; 2, 6 и 5, 2 мс от начала взрыва пришли в движение соответственно 2-й, 3-й н 4-й датчики. При этом скорость передачи импульса сдвижения была выше, чем скорость движения слоя отбитой руды (табл. 4.19), в 8—10 раз. Результаты исследований свидетельствуют о том, что при сдвижении зажимающий материал не ведет себя как твердое тело, но и не является пластичным.

При взрывах на открытую камеру и в зажиме производили сейсмическую съемку, позволяющую замерять скорости отклонения корпуса модели. Скорость отдачи корпуса модели о плоскости, параллельной к направлению взрыва, через 7 мс от начала взрыва составила: в камере 0, 6—1 м/с; при отбойке в зажиме — 0, 5—0, 6 м/с. Расшифровка осциллограмм показала, что корпус модели колебался в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. В горизонтальной плоскости эти колебания были в 2 раза интенсивнее. чем в плоскости, перпендикулярной к направлению взрыва. Интенсивность колебаний в главном направлении (в направлении взрыва) по высоте модели от се основания увеличивается в 10 раз. Такой характер колебаний объясняется тем, что корпус модели как бы защемлен в нижней части и совершает маятниковые колебания Следовательно, замеренные скорости меньше той, которая было бы получена в модели на подвижной платформе. Таким образом, изложенный метод определения массы модели дает существенную погрешность.

Для определения массы модели по формуле (4.36) сравнили сейсмические колебания при взрыве зарядов в натуре и на модели. При взрыве заряда массой 360 кг в натурных условиях значения критерия Rс составили 0,14 и 0,09 при расстоянии Lвп до сейсмоприемников соответственно 50 и 75 м. При моделировании отбойки массива в масштабе 1:24 расстояние до сейсмоприемников будут составлять 2,1 и 3,3 м, а масса заряда при сохранении подобия сейсмических колебаний — 25—26 г, При соблюдении геометрического подобия масса заряда на модели (1:24)в3 = 360 000*14 000в-1 = 25,8 г. Таким образом, массы заряда, определенные но двум критериям подобия, совпадают. Принятая масса заряда обеспечила подобие максимальных смещений в натуре и на модели (рис. 4.20). Меньшие смешения на модели свидетельствуют о том, что масса модели больше минимально необходимой для взрыва заряда, подобного натуре. Иными словами, данная модель позволяет производить отбойку руды в масштабе крупнее 1:24.

Пользуясь графиком (см. рис. 4.20), можно определить массу одновременно взрываемого заряда на модели. Если экспериментальные данные максимальных смешений на модели находятся левее или ниже натурной кривой, то подобие граничных условий соблюдается, а если правее или выше — то не соблюдается.

Скоростная киносъемка использовалась не только для определения величины и скорости перемещения слоя отбитой руды, но и для изучения происходящих в зажимающем материале деформаций. По кадрам (рис. 4.21) можно судить о перемещениях зажимающего материала от начала сдвижения до его окончания. Достигнув максимального смещения, датчики переходили в обратное движение, величина которого составила почти 50% от первоначального поступательного. В одном из кадров четко прослеживается выход газа и пыли через отверстия в стенке модели. Выход газа и обратное движение датчиков совпадают по времени. На основания этих фактов можно сделать вывод о том, что при взрывной отбойке и уплотнении происходят пластические и упругие деформации с преобладанием первых. В протекающих упругих деформациях принимают участие газы взрывчатого разложения вещества.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: