ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СЫПУЧИХ СВОЙСТВ РУДОПОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к горному делу и может быть использована при натурных исследованиях тепло и массообменных процессов, сыпучих свойств кусковых геоматериалов подвижной предохранительной подушки, отсыпаемой на дне отработанного карьера для защиты рудника от неблагоприятных факторов, при последующей нисходящей доработке вертикального рудного тела системой с принудительным обрушением, в том числе в условиях криолитозоны.
Наиболее близкой к предлагаемой модели по технической сущности и достигаемому результату, является подземная натурная модель, сконструированная в институте «Якутнипроалмаз» и предназначенная для натурного моделирования процессов выпуска руды из счистных блоков при отработке верхних горизонтов на руднике «Удачный» АК «АЛРОСА» (см. Александров И.Н., Шубин Г.В. и др. Экспериментальные исследования физико-механических и технологических свойств руды Удачнинского месторождения для оценки их сыпучести в процессе выпуска. ГИАБ. Тематическое приложение «Физика горных пород», с. 416-423. М.: Изд-во МГГУ, 2006).
Модель представляет собой специально пройденный восстающий (рудоспуск) высотой 15 м, сечением 9 м, в верхней (устьевой) части которого установлен решетчатый грохот для сортировки загружаемой с использованием погрузочно-доставочной машины руды, на полную высоту выработки. Загруженная руда насыщается минерализованной рудничной водой, с помощью приборов осуществляется ее температурный контроль, исследуются процессы слеживания, смерзания замагазинированной на длительный период руды (от 16 до 52 суток) при отрицательных температурах рудничной атмосферы, руды и окружающих пород.
Основными недостатками вышеописанной модели являются:
- невозможность обеспечивать реальные поверхностные температурные условия эксплуатации защитной подушки, в частности, поддерживать в подземном пространстве низкие отрицательные, а так же высокие положительные температуры;
- отсутствует возможность регулирования интенсивности вибрационных воздействий на исследуемый геоматериал, происходящих в действующем руднике от взрывной волны;
- крайне затруднительна регулировка разности депрессий в восстающем и, как следствие, интенсивности просачивания вентиляционного воздуха через замагазинированный геоматериал;
- ведение исследований на модели в стесненных подземных условиях сопряжено с целым рядом сложностей и неудобств.
Задача настоящей полезной модели расширение диапазона моделируемых параметров и факторов, определяющих оптимальные технологические режимы технической мелиорации геоматериала и ее возведения.
Технический результат, получаемый при использовании устройства, выражается в упрощении конструкции устройства, а также обеспечении моделирования исследования тепло- и массообменных процессов, сыпучих свойств геоматериалов.
Для решения поставленной задачи физическая модель углубленного типа для натурных исследований сыпучих свойств кусковых рудопородных материалов, слагающих подвижную защитную подушку, включающая сварную металлическую двухсекционную конструкцию коробообразной формы, устанавливаемую в предварительно пройденные шурфы или пробуренные нисходящие вертикальные скважины большого диаметра, приемный бункер, оборудованный в верхней части первой секции для загрузки исследуемого материала, подъемное устройство для подъема отработанного материала на поверхность, оборудованное во второй секции, отличается тем, что в целях имитации атмосферных и рудничных горно-технических условий и беспрепятственного продвижения исследуемого геоматериала, установка дополнительно оборудована колосниковым вибрационным грохотом, наклонной перфорированной декой и воздушным контуром, при этом для измерения температуры и влажности исследуемого материала, депрессии воздушного потока модель оснащена измерительными датчиками, а для его увлажнения в летний период - оросительной установкой.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, расширение диапазона моделируемых параметров и факторов тепло и массообменных процессов, сыпучих свойств геоматериалов.
Включение в конструкцию установки вибрационного грохота позволяет имитировать и регулировать вибрационные колебания, вызываемые взрывной волной при ведении взрывных работ в руднике, что способствует нисходящему продвижению слоя геоматериала без образования зависаний.
Включение в модель воздушного контура, обеспечивающего принудительный восходящий поток воздуха (который в обязательном порядке циркулирует в действующем руднике), создает возможность регулирования вентиляционного и температурного режимов путем регулирования скорости и температуры вентиляционного потока.
Немаловажными являются так же следующие факторы:
- удобство проведения исследований и обслуживания углубленной установки в сравнении с подземной;
- установка не сложна по конструкции и может быть изготовлена кустарным способом в механических мастерских рудника;
- полученные результаты исследований имеют высокую представительность, т.к. используются для исследований природные кусковые геоматериалы и воспроизводятся реальные погодные и технологические условия эксплуатации защитной подушки.
Заявляемая модель иллюстрируется чертежом (см. фиг.), где показан общий вид установки.
Условные обозначения, принятые на чертеже: 1 - исследуемый рудопородный материал; 2 - приемный бункер; 3 - компрессор; 4 - воздушный контур; 5 - лебедка; 6 - люк; 7 - колосниковый вибрационный грохот; 8 - наклонная перфорированная дека; 9 - разгрузочное окно; 10 - первая секция установки; 11 - вторая секция установки; 12 - подъемный сосуд (бадья); 13 - подъемный кран; 14 - зумпф; 15 - водяной насос; 16 - оросительная установка; 17 - водяной насос; 18 и 19 - датчики для замера температуры и влажности; 20 - воздушный депрессиометр.
Установка возводится на дневной поверхности вблизи отработанного карьера, состоит из двух сварных металлических соединенных коробообразных секций, опускаемых в предварительно пройденные шурфы или пробуренные вертикальные, нисходящие скважины большого диаметра. Первая секция в верхней части оборудуется приемным бункером и механизмами обеспечивающими продвижение исследуемого геоматериала сверху вниз в восходящем воздушном потоке, вторая секция служит для подъема отработанного материала.
Исследования на модели проводят в следующем порядке. Предварительно подготовленный, прошедший техническую мелиорацию рудопородный материал 1, предназначаемый для возведения защитной подушки, загружается погрузчиком в приемный бункер 2 с образованием ровного слоя одинаковой плотности, затем при помощи компрессора 3 подается сжатый воздух в воздушный контур 4, лебедкой 5 открывается люк 6 с одновременным включением колосникового вибрационного грохота 7, обеспечивающего продвижение породного слоя под действием собственного веса до наклонной перфорированной деки 8, по которой через разгрузочное окно 9, прорезанное в первой секции установки 10, попадает во вторую секцию установки 11, оборудованную подъемным сосудом (бадьей) 12, которая после наполнения с помощью подъемного крана 13 поднимается на поверхность.
Просочившаяся в первый отсек вода стекает самотеком в зумпф 14, откуда периодически откачивается насосом 15 на поверхность. Для имитации воздействий дождевых осадков на геоматериал в летний период, над загрузочным бункером устанавливается разбрызгивающееся (оросительное) устройство 16, вода в которое подается с помощью насоса 17. Замеры влажности и температуры исходного материала находящегося в приемном бункере производят датчиками 18 и 19, а давление воздушного потока - с помощью депрессиометра 20.
Преимуществами предлагаемой модели являются:
- возможность ведения исследований на естественном (природном) рудопородном материале;
- высокая достоверность получаемых результатов;
- возможность варьирования в широких пределах гранулометрическим и вещественным составам и исследуемого рудопородного материала;
- работоспособность установки в круглогодичном режиме, как при экстремальных положительных, так и при отрицательных температурах наружного воздуха;
- высока степень имитации атмосферных, а так же технологических процессов происходящих в руднике;
- простота изготовления установки и ее обслуживания.
Полученные результаты позволят определить зависимости подвижности рудопородного материала от следующих факторов;
- гранулометрического и вещественного состава;
- влажности, температуры материала и воздушной среды;
- интенсивности колебательных воздействий;
- интенсивности фильтрации воздуха.
Кроме этого, будут выявлены особенности течения процессов тепломассопереноса, слеживания, смерзания льдообразования, а так же определены оптимальные значения основных параметров определяющих требуемую подвижность отсыпаемой защитной подушки; внесены коррективы в технологические режимы технической мелиорации геоматериала и ее возведения.