Способ контроля за степенью заполнения выработанного пространства

 

Использование: контроль за степенью заполнения выработанного пространства. Сущность изобретения: устанавливают заземленный электрод и вертикальный электрод в контролируемом интервале выработанного пространства. Измеряют величину разрядного тока, которая пропорциональна глубине погружения и по ней судят об уровне закладочной смеси.

С )ЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Ф% аа

Isa

at — (21) 4761789/03 (22) 22,11,89 (46) 15.12.92. Бюл. N. 46 (71) Казахский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) В.А.Мельников, Р.Н.Джумабаев и

М.Г.Каримов (73) Казахский политехнический институт им. В.И.Ленина (56) Авторское свидетельство СССР

М 1201526, кл. Е 21 F 15/00, 1989.

Кравченко В.П., Куликов В.В. Применение твердеющей закладки при разработке рудных месторождений, M. Недра, 1974, с.

125-126, Изобретение относится к горной промышленности и может найти применение при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, в частности при контроле за степенью заполнения выработанного пространства при его закладке.

Важным условием, обеспечивающим эффективное поддержание кровли искусственными целиками, является качественный подпор закладкой вмещающих пород. Поэтому необходим непрерывный и надежный контроль за положением закладочной смеси в закладываемом выработанном пространстве.

Известен способ контроля за степенью заполнения выработанного пространства при его закладке, который заключается в... Ы,, 1782289 А3 (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ 3А СТЕПЕНЬЮ

ЗАПОЛНЕНИЯ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА (57) Использование: контроль за степенью заполнения выработанного пространства.

Сущность изобретения: устанавливают заземленный электрод и вертикальный электрод в контролируемом интервале выработанного пространства. Измеряют величину разрядного тока, которая пропорциональна глубине погружения и по ней судят об уровне закладочной смеси. размещении под кровлей выработанного пространства аэростатов, — внутри"котбрых расположены датчики измерения давления газа, а об уровне судят по изменению давления газа в аэростатах до и после бконча- © ния закладки выработанного пространства.

Недостатком данного способа является Ы его трудоемкость — наличие груэонесущего QQ аэростата диаметром;1-2 м, гирлянды аэро- ЧО статов диаметром 0,3-0,6 м, наполнения их гелием, размещение датчиков давления, а также большим количеством комммутаци-: (д онных проводов. все перечисленные факторы затрудняют практическое применение способа на рудниках.

На информативность способа влияет количество аэростатов гирлянде, т.е. этот способ не позволяет определять уровень закладки в закладываемом пространстве в любой момент времени.

1782289

Известен способ контроля за степенью заполнения выработанного пространства при его закладке, заключающийся в измерении электрического тока через электроды, размещенные в выработанном пространстве.

Недостатком этого способа является его значительная трудоемкость, невысокая информативность, т.е. невозможность определить уровень закладки в любой момент времени производства закладочных работ.

С целью повышения информативности необходимо увеличивать число электродов, одновременно уменьшая расстояния между ними, что ведет к увеличению числа коммутационных проводов, Известен способ контроля за степенью заполнения выработанного йространства при его закладке, включающий установку электродов в контролируемом интервале выработанного пространства, измерение электрических параметров цепи и определение уровня. смеси.

Недостатком этого способа является, что неучитывается изменение ионной концентрации раствора при изменении состава смеси, что сказывается на информативности способа. Другим недостатком способа является значительная трудоемкость.

Целью изобретения является повышение информативности определения уровня закладки в любой момент времени производства закладочных работ и снижение трудоемкости.

Цель изобретения достигается тем, что в выработанном пространстве устанавливают заземленный электрод и в контролируемом интервале сплошной вертикальный электрод выполненный, например, из стеклоуглеродв, измеряют величину разрядного тока между электродами, а уровень закладочной смеси определяют по глубине погружения -сплошного электрода, устанавливаемой из выражения

Al

Н- ЬС, где! — величина разрядного тока, А;

Co — концентрация ионов в растворе кг экв, аакаадочиоа смеси, — —, м

А - постоянная, 1500 кг экв, Ь вЂ” ширина электрода (стеклоуглеродного).

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что электрический ток протекающий через электрохимическую ячейку — сплошной электрод, заземленный электрод и электролит(закладочный раствор) определяется электрохимическими процессами протекающими в двойном

5 электрическом слое.— концентрацией ионов и механизмом движения ионов в растворах электролитов.

Перенос заряда в жидкости разделяется на три механизма: миграция, диффузия и

10 конвекция.

В водных растворах электролитов молекулы растворенного вещества (цемента) диссоциируют на ионы. Для системы с большим избытком ионов основным механиз15 мом движения является диффузия и конвекция. Диффузия ионов возникает благодаря их непрерывному восстановлению и окислению на электродах, что поддерживает постоянный градиент концентрации рас20 твора. т,е. поддерживается стационарная диффузия (, -О), в результате чего миграdC ция ионов снижается до минимума, Для неподвижного раствора находящегося в

25 выработанном пространстве конвекция практически отсутствует. Таким образом в рассматриваемой системе практически наблюдается только диффузия.

Как известно, плотность диффузионно30 ro тока определяется выражением ! рф--De Л С, (1) где )д ф - —, I°, (1 a) где Р— коэффициент диффузии;

35 е — заряд ионов;

С вЂ” концентрация ионов в растворе твердеющей среды:

1 — сила тока;

S — площадь поверхности сплошного

40 электрода;

J — плотность тока.

Рассмотрим неподвижный электролит.

Линейные-размеры измерительного электрода много больше толщины диффузного

45 слоя дд.

В стационарном случае распределение концентрации С ионов определяется уравнением Лапласа: С О а с + Ф с + Ф с „(2) ах ау аР

Выберем систему координат, начало ко55 ординат на измерительном электроде, а ось

2 направлена по нормали к электроду, к поверхности ограниченной диффузным слоем. Граничные условия имеют следующий вид:

1782289

CoeDS e 0/ (1d C=p (г (12) н2СоеDb (15) 1

ТСое b (:1 (16) н

А! (17) С/Z - 0 - C1 — концентрация ионов на поверхности измерительного электрода; (3)

С/2- дц - Сг — концентрация ионов на участке диффузного слоя.

Таким образом концентрация ионов С зависит только от координаты 2. Из (2) можем записать

Интегрируя уравнение (4) получим следующее выражение:

-- = A1 . (5)

dC

C(Z) - А12+ Аг (5а)

Используя граничные условия (3), найдем А1 и Аг из уравнения (5a):

С(о) = С1 - Аг, С(дц ) - Сг - A1 дц+ С1

Сг С1 отсюда A) -. — д — (6) ц

Из (1) 1- -SDe АС - -SDe

dC

dZ с учетом (5) и (6)

I -SDeA1- -SDe(C2 — С1)/ дц (7)

При кратковременном разряде электрохимической ячейки, ячейка восстанавливается, т.е. эа рассматриваемый период времени количество ионов остается постоянны . Запишем это условие:

C(Z)dZ дц Со (8) где — концентрация ионов при их однородном распределении по электрохимической ячейке.

Подставим(5а) и (6) в уравнение (8)

S C ZdZ + S C) dZ = 4g Cg, — д." — о +до! 64 =до Со, Сг — С1 дг

Сг+ С1 2Со (9)

Иэ (7) с учетом (9) получим следующее выражение

1 д - eDSC1 — еоЗСгwDS(2Co — Сг) — е03Сг-2е0$Со — 2е0$Сг;

Cg Cg У > 6 (g0)

Id аналогично! дц - eDSC1. — eDS(2Co — С1)

=2eDSC1 — 2eDSCo;

С) Cd+ — а — ()оа) д

2eDS

Отношение концентраций Сг/С1 выражается через разность потенциалов (электродный потенциал), возникающий на границе электрод-электролит с помощью известного соотношения Нернста

U= In —, кТ С1 е Сг (11) где Т вЂ” температура; k — постоянная Больцмана.

Подставим (10) и (10а) в уравнение (11) ц Т „Co+ID/2еОS е е 2CoeDS e /kTI д,-2СоОЗ+ I д, $НЬ, (1 3) где Н вЂ” длина (высота) сплошного измери15 тельного электрода;

b — ширина измерительного электрода, Подставим значение S из (13) в полученное уравнение (12).

20 2 Coe D Н Ь e "/kÒ вЂ” 1

; отсюда

% н- — (да а " ат+1 (а)

2Сое0Ь ееи/МТ,— 1

Расчетами уста овлено, что eU» kT, поэтому можно принять, что "/ Т+1 — 1, с учетом этой поправки ееО/к-Т «1 выражение (14) принимает следующий вид:

С другой стороны дц = — (5)

«D где k1 — постоянная — коэффициент растворения. Подставим значение k1 в выражение

45 В условиях закладочных работ твердеющими смесями 2ek1- const, обозначим

1 — - А, и получим окончательное выраже2ek1 ние для определения степени заполнения

50 выработанного пространства закладочной смесью:

Со- концентрацию ионов в твердеющей смеси можно определить известными методами (6), например, измеряя на поверхности закладочного комплекса диффузионный ток

1ц при e = const) постоянной скорости вра1782289 л

Составитель P.Äæóìàáàåâ

Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Редактор

Заказ 4290 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 щения электрода. Из графика определяется концентрация ионов. которая является линейной функцией Ig.

Для определения постоянной А, в металлической форме размещался электрод из 5 стеклоуглерода, ширина которого составляла b - 1,4 10 2 м, и высотой Н 0,5 м.

Вывод от стеклоуглерода и заземленного провода подсоединяли к электроизмерительному прибору М2020. Приготавлива- 10 лась твердеющая смесь, концентрация ионов Со предварительно определялась по данным диффузионного тока измеренного с помощью полярогрвфа универсального ПУ1, в комплекте с ЛКД4-003, при постоянной 15 скорости вращения специального электрода. Смесь заливалась в форму порциями, при этом замеряли высоту заполнения емкости закладочной смесью и величину раз. рядного тока 1. На основе полученных 20 данных, при различных концентрациях, onHbCo ределили из выражения АА = 1500, погрешность установлен- 25 кг экв м А ной А не превышает 10, при доверительной вероятности 0,95.

Способ был осуществлен на Жезкентском ГОКе, в слое размещался электрод иэ стеклоуглерода на изоляторе (b -1,4 10 2 30 м) высотой 3 м, вывод от него и заземленного провода подсоединялись к электроизмерительному прибору. Концентрация ионов измерялась на поверхности закладочного комплекса. В процессе заполнения камеры за- 35 кладочной смесью измеояли величину раэрядноготока; I>-1 10 А, lz-3,5 10 А, 1з 6.2 10 А, при Со» 260 л — были

-з кг зкв м получены следующие значения H> - 0,43 м, Hz - 1,7 м, Нз - 2,7 м. Достоверность полученных данных контролировались с помощью мерного провода, на конце с поплавком, опускаемого с подэтажа в закладываемое пространство;

Формула изобретения

Способ контроля за степенью заполнения выработанного пространства при его закладке, включающий установку электродов в контролируемом интервале выработанного пространства, измерение электрических параметров цепи и определение уровня закладочной смеси, о т л и ч ею шийся тем, что, с целью повышения информативности определения уровня закладки в любой момент времени производства закладочных работ и снижения трудоемкости, в выработанном пространстве устанавливают заземленный электрод и в контролируемом интервале — сплошной вертикальный электрод, выполненный, например из стеклоуглерода, измеряют величину разрядного тока между электродами, а уровень закладочной смеси определяют по глубине погружения сплошного электрода, устанавливаемой из выражения н

„,Al где I —. величина разрядного тока, А;

Со- концентрация ионов в растворе закладочной смеси, кг экв/м";

А — постоянная, 1500 кг экв/м А;

b — ширина электрода,