Способ контроля за степенью заполнения выработанного пространства

(56) Авторское свидетельство3 Ф 1201526, кл. Е 21 Р 15/00,Кравченко В.П., Куликовние твердеющей закладки пррудных месторождений, М.: Н125-126,кий инст жумабае в и ий ин СССР 989.В.В. При и разраедра, 19 ене- отке Изобретение относится к мышленности и может найти при подземной разработке мес полезных ископаемых с заклад танного пространства твердею ми, в частности при контроле заполнения выработанного и при его закладке.Важным условием, обесп эффективное поддержание кро венными целиками, является к подпор закладкой вмещающих тому необходим непрерывный контроль за положением заклад в закладываемом выработанно стве. Известен способ контроля за степенью заполнения выработанного пространства при его закладке, который заключается в ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) горной проприменение торождений кой вырабощими смесяза степенью ространства ечивающим вли искусстачественныйпород. Пози надежный очной смеси м простран(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗА 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 оконча- ф ния закладки выработанного пространства.3 ЭНедостатком данного способа являетсяЫ его трудоемкость - наличие груэонесущего 00 аэростата диаметром;1-2 м, гирлянды аэро-ЧО статов диаметром 0,3-0,6 м, наполнения их гелием, размещение датчиков давления, а юф также большим количеством комммутаци-Сд 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,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 выраженияАгде - величина разрядного тока, А;Со - концентрация ионов в растворекг экв,ааиадочиоа смеси, в а в ,мА" постоянная, 1500кг экв,Ь - ширина электрода (стеклоуглеродного),Сущность предлагаемого техническогорешения заключается в том, что электрический ток протекающий через электрохимическую ячейку - сплошной электрод, заземленный электрод и электролит(закладочныйраствор) определяется электрохимическими процессами протекающими в двойном5 электрическом слое, - концентрацией ионови механизмом движения ионов в растворахэлектролитов,Перенос заряда в жидкости разделяется на три механизма: миграция, диффузия и10 конвекция.В водных растворах электролитов молекулы растворенного вещества (цемента)диссоциируют на ионы. Для системы с большим избытком ионов основным механиз 15 мом движения является диффузия иконвекция. Диффузия ионов возникает благодаря их непрерывному восстановлению иокислению на электродах, что поддерживает постоянный градиент концентрации рас 20 твора, т,е. поддерживается стационарнаядиффузия ( - О), в результате чего миграбСция ионов снижается до минимума, Для неподвижного раствора находящегося в25 выработанном пространстве конвекцияпрактически отсутствует. Таким образом врассматриваемой системе практически наблюдается только диффузия,Как известно, плотность диффузионно 30 го тока определяется выражением) - плотность тока.Рассмотрим неподвижный электролит,Линейные "размеры измерительного электрода много больше толщины диффузного45 слоя дд.В стационарном случае распределениеконцентрации С ионов определяется уравнением Лапласа: Выберем систему координат, начало ко ординат на измерительном электроде, а осьЕ направлена по нормали к электроду, к поверхности ограниченной диффузным слоем. Граничные условия имеют следующий вид:(17) СЯ - 0 - С 1 - концентрация ионов на поверхности измерительного электрода; (3) С/Е - дц - С 2 - концентрация ионов на участке диффузного слоя. Таким образом концентрация ионов С зависит только от координаты Е. Из (2) мо. жем записатьИнтегрируя уравнение (4) получим следующее выражение:= А 1 . (5)ОССД-Да+ Д 2 (5 а)Используя граничные условия (3), найдем А 1 и А 2 из уравнения (5 а):С(о) = С 1 А 2 С(дц ) С 2- А 1 дэ+ С 1С 2 С 1отсюдад) . -- о - (6)Из (1)- -ЗОе АС - -ЗОедСбЕс учетом (5) и (6)- -ЗОеА 1 - -ЗОе(С 2 - С 1)/ дц (7)При кратковременном разряде электрохимической ячейки, ячейка восстанавливается, т.е. эа рассматриваемый периодвремени количество ионов остается постоянны . Запишем это условие:СД(а- дц Со (8)где - концентрация ионов при их однородном распределении по электрохимической ячейке.Подставим(5 а) и (6) в уравнение (8)УСа 6:)та+6 С) а-до со,- 6- - 66+ос) оо =до Со,С 2 С 1 д 2С 2+ С 1 2 Со (9)Иэ Р) с учетом (9) получим следующеевыражение1 дв - еОЗС 1 - еОЗС 2 еОЗ(2 Со - С 2) - еОЗС 2- -2 еОЗСо - 2 еОЗС 2;Са Со 2 С 6 (16)даналогичнодя - еОЗС 1, - еОЗ(2 Со - С 1)=2 еОЗС 1 - 2 еОЗСо:С) - Со+ - д - (1 Оа)д2 еО 8Отношение концентраций С 2/С 1 выражается через разность потенциалов (электродный потенциал), возникающий награнице электрод-электролит с помощьюизвестного соотношения НернстаО= и - ,1 Т С 1е С 2(11) где Т - температура; Е - постоянная Больцмана. Подставим (10) и (10 а) в уравнение (11) 0Ти Со+д/2 е 08е ев"фт 2 соеОЗ-е/т д -2 СоеОЗ+ дц 8 НЬ, (13)где Н - длина (высота) сплошного измери тельного электрода;Ь - ширина измерительного электрода, Подставим значение 8 из (13) в полученное уравнение (12). 20 2 СоеО Н Ь ев"/МТ - 1; отсюдащ )) Н - 1 оа а "О Т + 1 (1 О)2 СоеОЬ еви ЪТ, - 1Расчетами уста овлено, что еО МТ, поэтому можно принять, что "/, Т+ 1- 1, с учетом этой поправки Е вО/С . выражение (14) принимает следующий вид:)С другой стороны дя --- (5)0где м 1 - постоянная - коэффициент растворения. Подставим значение М 1 в выражение 40 (15) 45 В условиях закладочных работ твердеющими смесями 2 еМ 1- сопзт, обозначим1- - А, и получим окончательное выраже 2 еЬ 1ние для определения степени заполнения 50 выработанного пространства закладочнойсмесью: 55Со- концентрацию ионов в твердеющейсмеси можно определить известными методами (6), например, измеряя на поверхности закладочного комплекса диффузионный ток в при й) = сопзт) постоянной скорости вра1782289 Составитель Р.ДжумабаевТехред М.Моргентал Корректор М.Демчик Редактор Заказ 4290 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рзушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 щения электрода, Из графика определяется концентрация ионов, которая является линейной функцией 4.Для определения постоянной А, в металлической форме размещался электрод из 5 стеклоуглерода, ширина которого составляла Ь - 1,4 102 м, и высотой Н 0,5 м. Вывод от стеклоуглерода и заземленного провода подсоединяли к электроизмерительному прибору М 2020. Приготавлива лась твердеющая смесь, концентрация ионов Со предварительно определялась по данным диффузионного тока измеренного с помощью полярогрзфа универсального ПУ, в комплекте с ЛКД 4-003, 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, опНЬСо ределили из выражения АА = 1500, погрешность установленкгэквм Аной А не превышает 10, при доверительной вероятности 0,95.Способ был осуществлен на Жезкентском ГОКе, в слое размещался электрод иэ стеклоуглерода на изоляторе (Ь -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 процессезаполнениякамерыза кладочной смесью измезояли величину раэ.рядного тока;1 -1 10 А, Ь,5 10 А,1 з 0,2 10 А, при Со 200 - л - были-з кг зквмполучены следующие значения Н 1" 0,43 м.Н 2 - 1,7 м, Нз - 2,7 м. Достоверность полученных данных контролировались с помощью мерного провода, на конце споплавком, опускаемого с подэтажа в закладываемое прострзнство;формула изобретенияСпособ контроля за степенью заполнения выработанного пространства при егозакладке, включающий установку электродов в контролируемом интервале выработанного пространства, измерениеэлектрических параметров цепи и определение уровня закладочной смеси, о т л и ч ею щ и й с я тем, что, с целью повышенияинформативности определения уровня закладки в любой момент времени производства закладочных работ и снижениятрудоемкости, в выработанном пространстве устанавливают заземленный электрод ив контролируемом интервале - сплошнойвертикальный электрод, выполненный, например из стеклоуглерода, измеряют величину разрядного тока между электродами, ауровень закладочной смеси определяют поглубине погружения сплошного электрода,устанавливаемой из выражения