RU2571435C2

RU2571435C2 - Device for study of loose properties of geomaterials

Info

Publication number: RU2571435C2
Application number: RU2014110353/28A
Authority: RU
Inventors: Григорий Владимирович Шубин; Борис Николаевич Заровняев; Андрей Андреевич Дмитриев; Иннокентий Васильевич Васильев; Илья Александрович Николаев; Александр Сордокович Курилко; Валерий Васильевич Киселев
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2015-12-20
Also published as: RU2014110353A

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: device is a welded structure of tower type installed on the top pre-graded site of excavated pit with providing of vertical stability. Its top part has a receiving hopper, then a grid-iron shaking sieve, a sector shutter, a punched swinging deck, an air distributing loop and two receiving hoppers.

EFFECT: improvement of reliability of determination of fractional and substance composition of the guarding cushion.

1 dwg

Description

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.The invention relates to the mining industry and can be used in physical modeling in natural conditions of processes that determine the mobility of the rock (or ore) protective cushion, erected from bulk lumped geomaterials at the bottom of the spent quarry to protect the mine from adverse factors during further downward mining of the vertical ore body underground way system with forced collapse.

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.There is a well-known underground full-scale model constructed at the Yakutniproalmaz Institute and designed for full-scale modeling of the processes of ore extraction from clean-up blocks during mining of upper horizons at the Udachny mine of ALROSA (see Alexandrov I.N., Shubin G.V. and other experimental studies of the physicomechanical and technological properties of the ore of the Udachninsky deposit to assess their flowability during production. GIAB. Thematic appendix “Rock Physics”, pp. 416-423. M: Publishing House of MGU, 2006). The model is a specially walked uprising (ore launch) with a height of 15 m, a cross-section of 9 m ² , in the upper (wellhead) part of which there is a trellised screen for sorting the ore loaded using a loading and delivery machine, to the full height of the output. The loaded ore is saturated with mineralized mine water, temperature control is carried out with the help of instruments, the processes of caking, freezing of ore mined for a long period (from 16 to 52 days) at negative temperatures of the mine atmosphere, ore and surrounding rocks are studied.

Основными недостатками вышеописанной модели являются:The main disadvantages of the above model are:

- невозможность обеспечивать реальные поверхностные температурные условия эксплуатации защитной подушки, в частности поддерживать в подземном пространстве низкие отрицательные, а также высокие положительные температуры;- the inability to provide real surface temperature operating conditions of the protective cushion, in particular to maintain low negative and high positive temperatures in the underground space;

- отсутствует возможность регулирования интенсивности вибрационных воздействий на исследуемый геоматериал, происходящих в действующем руднике от взрывной волны;- there is no possibility of regulating the intensity of vibrational impacts on the studied geomaterial occurring in an existing mine from a blast wave;

- крайне затруднительна регулировка разности депрессий в восстающем и, как следствие, интенсивности просачивания вентиляционного воздуха через замагазинированный геоматериал;- it is extremely difficult to adjust the difference between the depressions in the uprising and, as a result, the intensity of ventilation air seepage through the stained geomaterial;

- ведение исследований на модели в стесненных подземных условиях сопряжено с целым рядом сложностей и неудобств.- conducting research on the model in cramped underground conditions is fraught with a number of difficulties and inconveniences.

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.The closest in technical essence and the achieved result is a laboratory model developed by specialists involved in issues of the release of beaten ore from treatment blocks of mines (see Kulikov V.V. Ore production. M .: Nedra, 1980, 303 pp.). Such a model consists of a housing, where the studied fine dry bulk material is placed, in the bottom of the housing there are outlet openings equipped with sector gates, the operation of which is regulated by a special mechanism that regulates the rate of outflow of material under its own weight.

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.The main disadvantages of this model, which determine its unsuitability for the planned full-scale studies, are: the inability to use for lumpy, moisture-saturated geomaterial that forms a protective pillow; the model is not equipped with vibration devices simulating the effect of the blast wave on the protective pillow during blasting operations in the mine; it is impossible to simulate the real weather conditions of the year-round operation of the airbag - the effect of atmospheric cold and precipitation; the test material should be in an air-dry (loose) state; the model is not equipped with a ventilation circuit that provides forced vertical air movement in the installation.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в расширении диапазона моделируемых факторов, определяющих оптимальные технологические режимы технической мелиорации геоматериала для возведения защитной подушки.The problem to which the claimed invention is directed is expressed in expanding the range of simulated factors determining the optimal technological modes of technical reclamation of geomaterial for the construction of a protective pillow.

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.The technical effect obtained by solving the problem is expressed in simplifying the design of the device, as well as providing simulation studies of ongoing heat and mass transfer processes, bulk properties of geomaterials.

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.To solve this problem, a device for full-scale studies of bulk properties, lump ore-bearing materials, including a vertical metal welded tower type housing, in the upper part of which there is a receiving hopper for loading the test material, and in the lower part there are two storage bins with outlet hatches equipped with hermetic gates, characterized in that in order to simulate climatic, atmospheric and mine mining and technical conditions and the unhindered movement of material, the installation of additional ADDITIONAL vibrating screen equipped with a grate, a sector shutter swash perforated inclined deck and an air distribution circuit, thus to measure the starting temperature of the material used and the moisture measuring sensors placed in the receiving hopper, and for its moistening - irrigation device arranged above the funnel.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of the prototype indicates the compliance of the claimed solution with the criterion of "novelty."

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.The combination of features of the claimed invention provides a solution to the claimed technical problem, namely, expanding the range of simulated factors of heat and mass transfer processes that determine the bulk properties of geomaterials and, as a consequence, the mobility of the erected protective cushion.

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.An essential distinguishing feature is the inclusion in the design of the device of a vibrating screen placed under the receiving hopper, which allows you to simulate and control the vibrational vibrations caused by the blast wave during blasting in the mine, which contributes to the downward movement of the geomaterial layer without freezing.

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.The sign of the inclusion of an air distribution circuit, which provides forced upward air flow to simulate vertical air leakage from an existing mine, provides the ability to control ventilation and temperature conditions by controlling the speed and temperature of the upward ventilation flow and helps to expand the range of simulated factors of heat transfer processes in bulk geomaterials.

Немаловажными являются также следующие факторы:The following factors are also important:

- натурные исследования могут проводиться круглогодично как при положительных, так и при отрицательных температурах воздушной среды и геоматериала;- full-scale studies can be carried out year-round both at positive and negative temperatures of the air environment and geomaterial;

- установка не сложна по конструкции и может быть изготовлена кустарным способом в механических мастерских рудника;- the installation is not complicated in design and can be made by handicraft in the mechanical workshops of the mine;

- модель проста в обслуживании;- the model is easy to maintain;

- полученные результаты исследований имеют высокую представительность, т.к. используются природные, кусковые геоматериалы и воспроизводятся реальные технологические условия эксплуатации защитной подушки;- the obtained research results are highly representative, because natural, lumpy geomaterials are used and real technological conditions for operating the airbag are reproduced;

- установка оборудована водяным оросителем, расположенным над загрузочным бункером, позволяющим имитировать воздействие дождевых осадков на исследуемый геоматериал, а также измерительными устройствами (температурным и влажностным).- the installation is equipped with a water sprinkler located above the loading hopper, which allows simulating the effect of rainfall on the studied geomaterial, as well as measuring devices (temperature and humidity).

Устройство для исследования сыпучих свойств рудопородных материалов поясняется чертежом, где показан его общий вид.A device for studying the bulk properties of ore-related materials is illustrated in the drawing, which shows its General view.

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.Symbols adopted in the drawing: 1 - studied ore-rock material; 2 - receiving hopper; 3 - compressor; 4 - planned site; 5 - air distribution circuit; 6 - sector shutter; 7 - grate vibrating screen; 8 - vertical tower; 9 - swinging perforated inclined deck: 10 and 11 - storage bins, respectively, for small and large fractions of geomaterial; 12 and 13 - unloading hatches; 14 and 15 - sensors for measuring temperature and humidity of the studied ore-rock material; 16 - water sprinkler; 17 - a water pump.

Установка монтируется на дневной поверхности, вблизи отработанного карьера на предварительно отсыпанной площадке с обеспечением устойчивого вертикального положения и удобства обслуживания.The installation is mounted on the surface of the day, near the spent quarry on a previously dumped site with a stable vertical position and ease of maintenance.

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.Field studies are performed as follows. The geomaterial (rock, ore) 1 pre-prepared, which has undergone technical reclamation, intended to fill the protective cushion at the bottom of the spent quarry, is loaded by a loader into the receiving hopper 2 with a uniform density and horizontal surface, then a compressor 3 is installed, which is installed in the same way as the whole installation on the planned upper platform of the quarry 4, which provides compressed air to the air distribution circuit 5, after which the sector shutter 6 opens and is actuated an overhead vibrating grate screen 7, located at the base of the receiving hopper 2, providing uniform advancement of the layer of geomaterial inside the tower 8 under its own weight, which fills the perforated inclined swinging deck 9, located above the air distribution circuit 5, where in the process of moving it is divided into two fractions, falling into the storage bins 10 (large) and 11 (small), unloaded through the discharge hatches 12 and 13, located in the lower part of the tower 8. To fix the temperature and humidity of the geomaterial, the device is equipped with temperature 14 and humidity 15 sensors.

В летний период для имитации увлажнения геоматериала дождевыми осадками включается водяной ороситель 16, располагаемый над приемным бункером, питаемый насосом 17.In the summer period, to simulate the wetting of the geomaterial by rainfall, a water sprinkler 16 is located, located above the receiving hopper, fed by a pump 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.Thus, according to the results of field studies, the required fractional and material composition of the geomaterial of the protective cushion is determined, excluding its hovering and dome formation during underground mining in the mine, and methods are being developed for the technical reclamation of ore-related materials intended for its construction.

Преимуществами предлагаемого устройства являются:The advantages of the proposed device are:

- возможность проведения натурных исследований вне помещений на естественных геоматериалах;- the ability to conduct field research outdoors on natural geomaterials;

- высокая представительность получаемых результатов;- high representativeness of the results;

- возможность имитации и регулирования всех происходящих геотехнических и атмосферных процессов;- the ability to simulate and regulate all occurring geotechnical and atmospheric processes;

- простота конструкции и обслуживания;- simplicity of design and maintenance;

- возможность изготовления силами ремонтных мастерских рудника;- the possibility of production by the repair shops of the mine;

- работоспособность как при положительных, так и при отрицательных температурах воздуха и геоматериалов.- performance both at positive and negative temperatures of air and geomaterials.

Claims

A device for studying the bulk properties of geomaterials, including a vertical metal welded tower type housing, in the upper part of which there is a receiving hopper for loading the studied geomaterial, and in the lower part there are two storage hoppers with outlet hatches equipped with hermetic gates, characterized in that it is additionally equipped with grate vibrating with a roar, a sector shutter, a swinging perforated inclined deck and an air distribution circuit, while measuring temperature To measure the moisture and humidity of the source material being studied, measuring sensors are used located in the receiving hopper, and a water sprinkler is used to moisten it in the summer.