СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОРОДЫ НА ПАРАМЕТРЫ ЭКСКАВАЦИИ

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ определения гранулометрического состава (далее грансостава) непосредственно на поверхности дробленых пород с использованием мерной ленты (Барон Л.И. Кусковатость и методы ее измерения. М., Изд. АН СССР, 1960, 123 с. (с. 79-80, 93-94; рис. 58, рис. 68).

На поверхность измельченной породы накладывают масштабирующую линейку (мерную ленту с делениями или геодезическую рейку). Развал дробленной породы с масштабирующей линейкой фотографируют. По фотографии (фотопланограмме) определяют количество и длину кусков по линии их пересечения с мерной лентой. Грансостав дробленной породы определяют путем разделения по классам крупности в зависимости от величины отношения размера пересекаемых кусков к длине масштабирующую линейки.

Недостатком этого способа является значительная трудоемкость определения грансостава, высокая степень опасности исследований, создание помех ведению горных работ и отсутствие оперативности учета изменения кусковатости при варьировании свойств пород. Кроме того, этому способу присуща низкая точность измерения грансостава дробленой породы. Если мерная лента пересечет угол куска породы площадью 1 м² и ее длина на куске будет равна 1 дециметру, за расчетный размер этого куска будет принят 1 квадратный дециметр, т.е. размер куска будет занижен в сто раз.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ определения грансостава раздробленной породы в карьерах (патент РФ №2388998, МПК G01C 11/00, В07С 5/10, опубл. 10.05.2010), включающий в себя использование фотопланограммы поверхности раздробленной породы и определение гранулометрического состава путем разнесения по классам крупности, при этом на поверхности развала дробленой горной массы в карьере в любом доступном месте располагают произвольно ориентированный масштабирующий прямоугольник с произвольно выбираемыми длинами сторон, фотографируют под любым углом, фотопланограмму вводят в компьютер, на ней формируют четырехугольный расчетный контур произвольного размера, не связанного с размерами и местоположением масштабирующего прямоугольника, оконтуривают площади кусков породы, задают классы крупности, в пределах расчетного контура с использованием компьютерной программы определяют гранулометрический состав раздробленной породы разнесением по классам крупности отношений площадей кусков породы к площади расчетного контура.

Недостатками этого способа определения грансостава являются недостаточная точность результата, связанная с формированием фотопланограммы поверхности раздробленной породы в доступном месте, а не в забое, отсутствие возможности его использования в промышленных масштабах карьера, при значительной производительности выемочно-погрузочного оборудования и резко меняющейся кусковатости пород в связи с изменчивостью их свойства в массиве, требующих многократной фотосъемки разрабатываемых пород, что исключается в условиях непрерывной работы оборудования, без угрозы травмирования исследователей.

Технический результат заключается в значительном снижении трудоемкости определения грансостава раздробленной породы при оценке его влияния на технологические параметры экскавации, оперативности получения результата, обеспечении безопасности исследований, исключении помех ведению горных работ и своевременности учета изменения кусковатости при изменении свойств пород для планирования эффективной буровзрывной подготовки пород к выемке.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения влияния гранулометрического состава породы на параметры экскавации, включающем использование фотопланограммы поверхности раздробленной породы и определение гранулометрического состава путем разнесения по классам крупности, с применением произвольно ориентированного масштабирующего прямоугольника с произвольно выбираемыми длинами сторон уложенного на поверхности развала отбитой горной массы в карьере, согласно заявляемому изобретению, сначала формируют фотопланограммы, путем многократного фотографирования взорванной породы непосредственно в забое, определяют гранулометрический состав и выбирают критерий гранулометрического состава, затем создают эталонные фотопланограммы путем разделения всего диапазона изменения величины критерия гранулометрического состава пород на 3-5 групп, после чего осуществляют хронометражные исследования технологического параметра выемочно-погрузочных работ в процессе экскавации и фиксируют соотношение технологического параметра выемочно-погрузочных работ и критерия гранулометрического состава раздробленной породы, визуально сравнивая фактический грансостав в забое с эталонными фотопланограммами, на которых этот критерий определен заранее, далее устанавливают математическую зависимость изменения исследуемого технологического параметра выемочно-погрузочных работ от критерия гранулометрического состава раздробленной породы, при этом возможные ошибки визуального разделения грансостава компенсируют большим количеством опытов, а достоверность результата подтверждают расчетом с применением методов математической статистики.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана исходная фотография раздробленной породы в конкретных горнотехнических условиях с расположением на ее поверхности масштабирующей рамки прямоугольной формы размером 3×4 м, каждая сторона которой через 10 см закрашена черной краской; на фиг. 2 и фиг. 3 - графические зависимости параметров гранулометрического состава: интегральное распределение (кумулятивная кривая) и относительное распределение (гистограмма) кусков взорванной горной массы; на фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7 и фиг. 8 - типовые фотопланограммы гранулометрического состава раздробленной породы, которые характеризуются величиной средневзвешенного размера кусков (Дсв) 0,192 м; 0,350 м; 0,485 м; 0,700 м; 1,050 м соответственно.

Способ осуществляют следующим образом.

Первоначально подготавливают фотопланограммы дробленых горных пород путем многократного фотографирования взорванных пород забоя в период простоя или регламентированных перерывов в работе оборудования (экскаватора) в конкретных горнотехнических условиях с расположением на поверхности масштабирующий рамки прямоугольной формы. Многократность фотографирования взорванных пород забоя необходима для того, чтобы установить весь диапазон гранулометрического состава взорванных пород. С этой же целью фотографирование взорванных пород производится именно в забое, а не в каком-то любом доступном месте. Период фотографирования - во время простоя или регламентированных перерывов в работе оборудования (экскаватора) выбирают из условий обеспечения безопасности исследований и исключения помех ведению горных работ.

Для всех фотопланограмм определяют грансостав: интегральное распределение (кумулятивная кривая) или относительное распределение (гистограмма) кусков взорванной горной массы и выбирают критерий гранулометрического состава раздробленной породы. Им могут быть: средневзвешенный размер кусков взорванной горной массы - Д_св, выраженный в м, см или мм; содержание крупных кусков в продукте дробления (d₅ - размер крупных кусков, содержание которых составляет 5% от общего объема); содержание мелких кусков от 0 мм до определенного размера (например, выход фракции 0-2 мм - остаток на сите 2 мм, R₂ %); содержание определенной фракции, например, 300-500 мм, выраженное в % и т.п.

Далее создают эталонные фотопланограммы. Для этого весь диапазон величины критерия гранулометрического состава раздробленной породы в данных горнотехнических условиях разделяют следующим образом: определяют минимальное, максимальное и среднее его значение. Фотопланограммы, которые соответствуют этим значениям величины критерия гранулометрического состава раздробленной породы, становятся эталонными.

С целью получения более точного результата, целесообразно добавить еще две эталонные фотопланограммы, для которых величина критерия гранулометрического состава раздробленной породы примерно соответствует среднеарифметическому значению минимального и среднего, а также максимального и среднего его значения.

Увеличение количества групп обеспечивает большую точность результата, но при этом становится труднее визуально разделять грансостав соседних групп. Как показал опыт, для четкого визуального разделения гранулометрического состава пород с помощью эталонных фотопланограмм, их количество должно разделять диапазон грансостава не более чем на 5 групп.

Эталонные фотопланограммы позволяют визуально, на основании сравнения с эталонной фотографией оперативно осуществлять определение величины выбранного критерия гранулометрического состава раздробленной породы в навале, в забое или в ковше экскаватора.

Гранулометрический состав раздробленных пород обычно определяют в связи с исследованием его влияния на определенный параметр, характеризующий процесс экскавации, например на вес породы в ковше экскаватора, производительность экскаватора, время цикла или наполнения ковша, удельный расход взрывчатых веществ и т.п. Для этого осуществляют хронометражные наблюдения, в процессе которых фиксируют соотношение исследуемого технологического параметра выемочно-погрузочных работ и критерия гранулометрического состава раздробленной породы, визуально сравнивая фактический грансостав в забое с эталонными фотопланограммами, на которых этот критерий определен заранее.

Далее устанавливают математическую зависимость, связывающую изменение этих величин. Затем, используя методы математической статистики, задавшись величиной требуемой вероятности расчетов и коэффициентом гарантии заданной точности, определяют необходимое количество опытов для заданной точности и производят оценку достоверности результатов расчета по установленной зависимости.

При установлении искомой зависимости возможные ошибки визуального разделения компенсируются большим количеством опытов (которые, например, производятся из кабины машиниста экскаватора) и применением методов математической статистики, которые позволяют определить приемлемость полученных данных.

Пример конкретного применения заявляемого способа для определения зависимости изменения веса породы в ковше от величины Д_св - средневзвешенного размера куска взорванной горной массы.

Фотографирование взорванного массива производилось на ОАО «Разрез «Тугнуйский» в забое экскаватора Bucyrus 495HD в период проведения его планового ремонтного и технического обслуживания в безопасных условиях с помощью цифрового фотоаппарата. Распознавание и статистическая обработка для определения крупности кусков взорванных пород по фотографическому снимку осуществлялись с применением программного продукта «Геоинформационная система K-MINE» («Модуль определения гранулометрического состава взорванной горной массы»). В результате обработки исходного изображения определялись графические зависимости: интегральное распределение (кумулятивная кривая) и относительное распределение (гистограмма) кусков взорванной горной массы (фиг. 1; фиг. 2 и фиг. 3).

Далее была произведена типизация кусковатости взорванных пород по величине средневзвешенного размера кусков взорванных пород (Дсв). Для четкого визуального разделения всего диапазона кусковатости пород в данных горнотехнических условиях грансостав взорванных вскрышных пород был разделен на 5 групп (фотографии приведены на фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6 и фиг. 7).

Типизация кусковатости позволила осуществлять определение гранулометрического состава дробленых пород на основании визуального сравнения с эталонными фотопланограммами. Возможные ошибки визуального разделения компенсированы большим количеством опытов, а применение методов математической статистики позволило получить достоверный результат и приемлемость полученных данных. Один из примеров применения предлагаемого способа оперативного определения величины Д_св - средневзвешенного размера кусков взорванной горной массы и степени ее влияния на вес породы в ковше экскаватора Bucyrus 495HD, который непосредственно влияет на его производительность, представлен в таблице 1.

При проведении хронометражных наблюдений исследуемый технологический параметр фиксировался в зависимости от кусковатости, которая учитывалась номером группы по предложенной типизации. Результаты хронометражных замеров изменения веса породы в ковше экскаватора от величины средневзвешенного размера кусков взорванной горной массы приведены в таблице 1.

Используя методы математической статистики, задавшись величиной требуемой вероятности расчетов р=0,9 и коэффициентом гарантии заданной точности К=1,65 по известных зависимостям определяем необходимое количество опытов для заданной точности результата. Результаты расчета показали, что фактически произведенных замеров достаточно для принятой точности результата.

Далее, на основании обработки результатов эксперимента по способу «наименьших квадратов», для проведения расчетов принимаем зависимость:

где G - вес породы в ковше, т;

Д_св - величина средневзвешенного размера кусков, м.

Оценка достоверности результатов расчета по установленной зависимости (1) произведена по известной методике. Она характеризуется значениями среднеквадратического отклонения σ′=2,40 и коэффициента вариации Квар=3,31%.

Таким образом, предлагаемый способ определения влияния гранулометрического состава породы на параметры экскавации в значительной степени снижает трудоемкость определения грансостава, исключает помехи ведению горных работ, обеспечивает оперативность получения результата, безопасность исследований и своевременность учета изменения свойств пород при планировании буровзрывной подготовки пород к выемке.