УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СЫПУЧИХ СВОЙСТВ ГЕОМАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при физическом моделировании в натурных условиях процессов, определяющих подвижность породной (или рудной) защитной подушки, возводимой из сыпучих кусковых геоматериалов на дне отработанного карьера для защиты рудника от неблагоприятных факторов при дальнейшей нисходящей отработке вертикального рудного тела подземным способом системой с принудительным обрушением.

Известна 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 м², 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 также 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.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является лабораторная модель, разработанная специалистами, занимающимися вопросами выпуска отбитой руды из очистных блоков рудников (см. Куликов В.В. Выпуск руды. М.: Недра, 1980, 303 с.). Такая модель состоит из корпуса, где размещается исследуемый мелкодисперсный сухой сыпучий материал, в днище корпуса имеются выпускные отверстия, оборудованные секторными затворами, работа которых регулируется специальным механизмом, регулирующим интенсивность истечения материала под собственным весом.

Основными недостатками данной модели, определяющими ее непригодность для планируемых натурных исследований, являются: невозможность использования для кусковатого, влагонасыщенного геоматериала, слагающего защитную подушку; модель не оборудована вибрационными устройствами, моделирующими воздействие взрывной волны на защитную подушку при ведении взрывных работ в руднике; невозможно имитировать реальные погодные условия круглогодичной эксплуатации защитной подушки - действие атмосферного холода и осадков; исследуемый материал должен быть в воздушно-сухом (сыпучем) состоянии; модель не оборудована вентиляционным контуром, обеспечивающим принудительное вертикальное движение воздуха в установке.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в расширении диапазона моделируемых факторов, определяющих оптимальные технологические режимы технической мелиорации геоматериала для возведения защитной подушки.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении конструкции устройства, а также обеспечении моделирования исследования происходящих тепло- и массообменных процессов, сыпучих свойств геоматериалов.

Для решения поставленной задачи устройство для натурных исследований сыпучих свойств, кусковых рудопородных материалов, включающая вертикальный металлический сварной корпус башенного типа, в верхней части которого расположен приемный бункер для загрузки исследуемого материала, а в нижней - два накопительных бункера с выпускными люками, оборудованными герметичными затворами, отличается тем, что в целях имитации климатических, атмосферных и рудничных горно-технических условий и беспрепятственного продвижения материала установка дополнительно оборудована колосниковым вибрационным грохотом, секторным затвором, качающейся перфорированной наклонной декой и воздухораспределительным контуром, при этом для измерения температуры и влажности исходного исследуемого материала используют измерительные датчики, размещаемые в приемной бункере, а для его увлажнения - оросительные устройства, размещенные над загрузочной воронкой.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков заявляемого изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно расширение диапазона моделируемых факторов тепло- и массообменных процессов, определяющих сыпучие свойства геоматериалов и, как следствие этого, подвижность возводимой защитной подушки.

Существенным отличительным признаком является включение в конструкцию устройства вибрационного грохота, размещаемого под приемным бункером, который позволяет имитировать и регулировать вибрационные колебания, вызываемые взрывной волной при ведении взрывных работ в руднике, что способствует нисходящему продвижению слоя геоматериалов без образования зависаний.

Признак о включении воздухораспределительного контура, обеспечивающего принудительный восходящий поток воздуха для имитации вертикального просачивания воздуха из действующего рудника, обеспечивает возможность регулирования вентиляционного и температурного режимов путем регулирования скорости и температуры восходящего вентиляционного потока и способствует расширению диапазона моделируемых факторов теплообменных процессов в сыпучих геоматериалах.

Немаловажными являются также следующие факторы:

- натурные исследования могут проводиться круглогодично как при положительных, так и при отрицательных температурах воздушной среды и геоматериала;

- установка не сложна по конструкции и может быть изготовлена кустарным способом в механических мастерских рудника;

- модель проста в обслуживании;

- полученные результаты исследований имеют высокую представительность, т.к. используются природные, кусковые геоматериалы и воспроизводятся реальные технологические условия эксплуатации защитной подушки;

- установка оборудована водяным оросителем, расположенным над загрузочным бункером, позволяющим имитировать воздействие дождевых осадков на исследуемый геоматериал, а также измерительными устройствами (температурным и влажностным).

Устройство для исследования сыпучих свойств рудопородных материалов поясняется чертежом, где показан его общий вид.

Условные обозначения, принятые на чертеже: 1 - исследуемый рудопородный материал; 2 - приемный бункер; 3 - компрессор; 4 - спланированная площадка; 5 - воздухораспределительный контур; 6 - секторный затвор; 7 - колосниковый вибрационный грохот; 8 - вертикальная башня; 9 - качающаяся перфорированная наклонная дека: 10 и 11 - накопительные бункеры, соответственно, для мелкой и крупной фракций геоматериала; 12 и 13 - разгрузочные люки; 14 и 15 - датчики для измерения температуры и влажности исследуемого рудопородного материала; 16 - водяной ороситель; 17 - водяной насос.

Установка монтируется на дневной поверхности, вблизи отработанного карьера на предварительно отсыпанной площадке с обеспечением устойчивого вертикального положения и удобства обслуживания.

Натурные исследования производят следующим образом. Предварительно подготовленный, прошедший техническую мелиорацию геоматериал (породы, руда) 1, предназначаемый для отсыпки защитной подушки на дне отработанного карьера, загружается погрузчиком в приемный бункер 2 с обеспечением равномерной плотности и горизонтальной поверхности, затем включается компрессор 3, установленный так же, как и вся установка на спланированной верхней площадке карьера 4, обеспечивающий подачу сжатого воздуха в воздухораспределительный контур 5, после этого открывается секторный затвор 6 и приводится в действие вышерасположенный вибрационный колосниковый грохот 7, размещенного в основании приемного бункера 2, обеспечивая равномерное продвижение слоя геоматериала внутри башни 8 под собственным весом, который заполняет перфорированную наклонную качающуюся деку 9, находящуюся над воздухораспределительным контуром 5, где в процессе его продвижения происходит разделение на две фракции, попадающие в накопительные бункеры 10 (крупная) и 11 (мелкая), разгружаемые через разгрузочные люки 12 и 13, расположенные в нижней части башни 8. Для фиксации температуры и влажности геоматериала устройство оснащается температурным 14 и влажностным 15 датчиками.

В летний период для имитации увлажнения геоматериала дождевыми осадками включается водяной ороситель 16, располагаемый над приемным бункером, питаемый насосом 17.

Таким образом, по результатам проведенных натурных исследований определяется нужный фракционный и вещественный состав геоматериала защитной подушки, исключающий ее зависание и образование куполов при ведении подземных горных работ в руднике, а также разрабатываются способы технической мелиорации рудопородных материалов, предназначаемых для ее возведения.

Преимуществами предлагаемого устройства являются:

- возможность проведения натурных исследований вне помещений на естественных геоматериалах;

- высокая представительность получаемых результатов;

- возможность имитации и регулирования всех происходящих геотехнических и атмосферных процессов;

- простота конструкции и обслуживания;

- возможность изготовления силами ремонтных мастерских рудника;

- работоспособность как при положительных, так и при отрицательных температурах воздуха и геоматериалов.

Устройство для исследования сыпучих свойств геоматериалов, включающее вертикальный металлический сварной корпус башенного типа, в верхней части которого расположен приемный бункер для загрузки исследуемого геоматериала, а в нижней - два накопительных бункера с выпускными люками, оборудованными герметичными затворами, отличающееся тем, что дополнительно оборудовано колосниковым вибрационным грохотом, секторным затвором, качающейся перфорированной наклонной декой и воздухораспределительным контуром, при этом для измерения температуры и влажности исходного исследуемого геоматериала используют измерительные датчики, размещенные в приемном бункере, а для его увлажнения в летний период используют водяной ороситель.