ГЛАВА 2
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Общие положения
Физические процессы, изучаемые горной наукой, отличаются, как правило, большой
сложностью и многогранностью, поскольку представляют собой совокупность
теоретических и практических задач, которые могут быть решены и должны решаться
комплексно.
При комплексном подходе к решению горнотехнических задач используется анализ
литературных данных и обобщение производственного опыта, результаты
аналитических исследований, лабораторных экспериментов и промышленных
испытаний. Комплексный метод обеспечивает перекрестную проверку результатов
теоретических и практических исследований, гарантируя, таким образом, высокую
достоверность полученных результатов.
Любому практическому решению предшествует целый комплекс теоретических
изысканий, направленных на установление основных многофакторных зависимостей
исследуемого процесса. Продолжением теоретических исследований являются
различные методы моделирования, позволяющие с наибольшей полнотой изучить
влияние на исследуемый процесс главнейших действующих факторов.
При отработке рудных тел системами разработки с обрушением руды и вмещающих
пород и формированием в лежачем боку залежи очистной «пионер-камеры»
наблюдается нарушение первоначального силового поля массива горных пород. В
результате образования пустот в рудном массиве возникают напряжения. Для
исследования устойчивости обнажений «пионер-камеры» использовались
экспериментальные методы, основанные на имитационном моделировании.
Моделирование выпуска обрушенной руды из блока наиболее целесообразно выполнять
на моделях из эквивалентных материалов. Целью моделирования является
установление соответствия теоретических зависимостей данным лабораторных
исследований выпуска обрушенной руды как из «пионер-камеры» лежачего бока
залежи, так и выпуска запасов руды, находящихся в блоке и выпускаемых во вторую
очередь после заполнения «пионер-камеры» обрушенной пустой породой.
При изучении процесса формирования искусственных закладочных массивов общей
особенностью явилось принятое предположение, что действующая нагрузка на целик
равна весу всей толщи налегающих пород, приходящихся на выработанное
пространство. Определение несущей способности искусственных целиков
осуществлялось посредством метода эквивалентных материалов. Сущность
моделирования на эквивалентных материалах заключалась в том, что на физических
моделях с известными допущениями и при соблюдении условий подобия изучались
физические процессы, происходящие в искусственных массивах, находящихся в
условиях одноосного и объемного сжатия.
Учитывая большое количество переменных, участвующих в экспериментальном
моделировании и различную степень их влияния на конечный результат, для
обработки полученных данных использовался многофакторный анализ.
Изучение динамики потока обрушенной рудной массы с учетом напряженно
деформированного состояния искусственного массива, определение параметров фигур
выпуска и показателей извлечения руды при различных технологических схемах и
очередностях отработки очистных блоков выполнялось на статических моделях
выпуска руды.
Исследование закономерностей перераспределения напряжений в массиве горных
пород при формировании очистной «пионер-камеры» лежачего бока при отработке
системами с обрушением, осуществлялось методом конечных элементов.
Характер перераспределения напряжений по мере развития очистных и закладочных
работ, при отработке магнетитовых кварцитов комбинированными технологическими
схемами, представляющими собой характерные технологические циклы
«выемка-закладка», осуществлялся методом «последовательных циклов».
2.2. Методика лабораторных исследований на эквивалентных материалах
Методические основы моделирования методом эквивалентных материалов и критерии
подобия достаточно полно разработаны И.Д.Насоновым [148], М.В.Кирпичевым [149],
Ю.М.Паненковым [150], П.Д.Петренко, В.А.Калиниченко [151], Г.Н.Кузнецовым [152]
и другими авторами [153-158, 160, 169, 203].
Основная мысль, высказанная в этих работах, заключается в том, что получить
абсолютное подобие на моделях из эквивалентных материалов даже при соблюдении
всех критериев подобия практически невозможно. Следовательно, необходимо
соблюдать те критерии подобия, которые являются решающими в данном процессе.
В основе метода эквивалентных материалов лежит теория механического подобия
Ньютона, которая предполагает геометрическое, кинематическое и динамическое
подобие [148, 151,157].
Геометрическое подобие представляет собой масштабное уменьшение всех
геометрических размеров модели в некоторое число раз в соответствии с масштабом
моделирования исходного участка
, (2.1)
где Мг – геометрический масштаб моделирования;
lн – линейный размер исходного участка в натуре;
lм - линейный размер модели.
Кинематическое подобие представляет собой масштабное уменьшение промежутка
времени, в течение которого происходит моделируемый реальный процесс
, (2.2)
где Мt – кинематический масштаб моделирования;
tн – промежуток времени в натуре,
tм – промежуток времени в модели.
Динамическое подобие представляет собой масштабное уменьшение массы
сходственных частиц модели в некоторое число раз в соответствии с масштабом
моделирования исходного участка
, (2.3)
где Мm – динамический масштаб моделирования;
mн – масса частицы в натуре,
mм – масса частицы в модели.
2.2.1. Подбор эквивалентных материалов.
Подбор свойств эквивалентных материалов производился по разработанной методике
с использованием статистических методов последовательного построения
математических мод
- Київ+380960830922