Раздел 2
МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Наиболее универсальным методом исследований ряда физических процессов,
связанных с технологией добычи полезного ископаемого подземным способом,
является комплексный метод исследований закономерностей изменения свойств и
состояний объекта, в зависимости от условий его взаимодействия с внешним
силовым полем. При этом под внешним силовым полем в общем случае понимаются
нестационарные возмущения, стремящиеся нарушить равновесное состояние
механической системы и характеризующееся крайне неоднородным своим проявлением
во времени и пространстве. Как известно, в результате воздействия этих
возмущений на элементарный контур исследуемого объекта происходит изменение
физических параметров последнего до тех пор, пока деформация контура не
обеспечит устойчивое состояние его границ.
На наш взгляд более широкий класс задач, решение которых требует специфического
подхода к установлению достоверности результатов исследований, связан именно с
истечением сыпучей среды через выпускные отверстия. В этом случае сущность
комплексного подхода к изучению закономерностей исследования рудной массы будет
заключаться, в установлении пространственной ориентации контура выделенного
объекта (в данном случае контур фигуры вторичного разрыхления) от характера
проявления внешнего силового поля. Сущность комплексного метода исследования
при этом состоит в следующем:
первоначально формируется некоторая функциональная характеристика, являющаяся
математической моделью, которая позволяет устанавливать величину нагрузок,
действующих на семейство поверхностей в сыпучей среде и выявлять из них
поверхность, отвечающую условиям равновесного состояния по отношению к внешним
воздействиям. Найденным параметрам равновесного состояния исследуемого объекта,
как правило, соответствует определенный набор переменных величин,
характеризующих качественное состояние силового поля (например, величины
вертикальных и горизонтальных нагрузок);
далее для оценки адекватности созданной локальной математической модели
реальным физическим процессам, происходящим в натурных условиях, осуществляли
выборочную проверку полученных результатов на моделях из эквивалентного
материала в лабораторных условиях;
в случае совпадения значений регистрируемых параметров исследуемого объекта в
лабораторных условиях с теоретически прогнозируемыми считаем, что используемые
математические зависимости вполне приемлемы для описания сущности физического
процесса в широком интервале определяющих факторов;
после этого математическую модель использовали в качестве базовой основы для
технологического прогноза ряда показателей при добычи руд в условиях шахт
Криворожского бассейна.
В основу созданных математических моделей были положены результаты
фундаментальных аналитических и экспериментальных исследований, являющихся
базой теоретической механики и механики сыпучих сред. Особенности проведения
исследований в лабораторных условиях дополнительно описаны, в соответствующих
главах настоящей диссертации по мере решения поставленных задач, в
последовательности позволяющей оценить степень адекватности полученных
аналитических результатов параметрам, имеющим место в натурных условиях.
Информация, вынесенная в главу методики исследований, позволяет выявить
принципиальный подход к проблеме моделирования элементов очистных работ в
лабораторных условиях на моделях из эквивалентного материала.
2.1. Методика лабораторных исследований при установлении параметров фигур
выпуска и показателей извлечения
В основу проводимых лабораторных исследований на эквивалентных материалах
положены основные критерии механического подобия Ньютона. Суть механического
подобия заключается в том, что обеспечение определенных соотношений между
величинами (геометрического, кинематического, динамического характера) в модели
позволяет изучать интересующие нас физические процессы, свойственные натурным
условиям, и результаты этих исследований использовать как для подтверждения
теоретических положений, так и для практических рекомендаций. Для установления
величины малой и большой полуоси фигуры разрыхления в момент ее касания верхней
частью плоскости висячего бока использовали стандартную методику лабораторных
исследований, широко представленную в публикациях академика Г.М. Малахова.
Модель, позволяющая непосредственно замерить величину перемещений частиц
сыпучей среды в процессе выпуска, представляла собой короб, выполненный из
досок и фанеры со стеклянной передней стенкой. Толщина стенок 6 мм. Масштаб
модели 1:100 (рис. 2.1). Сыпучий материал натуры выбирался в зависимости от
цели и задач моделирования, это мог быть тальковый сланец, гетит - гематитовый
роговик, минеральные разновидности железных руд и т.д. Выпускные отверстия
моделировались путем формирования в днище модели сегментов круга, разделенного
пополам. Выпускные выработки (рудоспуски, щелевые наклонные выработки и т.д.)
моделировались из полихлорвиниловых трубок соответствующего диаметра,
распиленных на две части на всю длину. При этом передняя стеклянная стенка
модели позволяла осуществлять регистрацию координат перемещения частиц сыпучего
материала в плоской постановке задачи, по оси проходящей через центры выпускных
отверстий. Иногда в качестве дополнительного материала, позволяющего визуально
контролировать изменения области равновесного состояния сыпучей среды над
выпускным отверстием, использовали окрашенные горизонтальные полосы,
сформированные из порошка.
Рис. 2.1. Принципиальный вид модели для ис