[1]Изобретение относится к горной промышленности, в частности к открытой разработке месторождений полезных ископаемых.
[2]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).
[3]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.
[4]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.
[5]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.
[6]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.
[7]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.
[8]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.
[9]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.
[10]Способ осуществляют следующим образом.
[11]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.
[12]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 - Дсв, 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.
[13]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.
[14]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.
[15]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.
[16]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.
[17]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.
[18]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.
[19]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.
[20]Пример конкретного применения заявляемого способа для определения зависимости изменения веса породы в ковше от величины Дсв - средневзвешенного размера куска взорванной горной массы.
[21]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).
[22]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).
[23]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 Дсв - 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.
[24]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.
[25]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.
[26]Далее, на основании обработки результатов эксперимента по способу «наименьших квадратов», для проведения расчетов принимаем зависимость:
[27]
[28]
[29]где G - вес породы в ковше, т;
[30]Дсв- величина средневзвешенного размера кусков, м.
[31]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%.
[32]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.
