Спосіб зруйнування твердого матеріалу

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК Л (19) (5i>5 Л /f #• 151^ ЙЧ* S»" ы и й«п E21 С 37/00, 37/06 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21)4922020/03 (22)26.03.91 (46)23.05.93. Бюл. №19 (71) Центральный штаб eoeftn3MposaHHbix горноспасательных частей Донбасса (72) Г.Ю.Валуконис, М.Г.Левертов и Б.С.Любарский (56) Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород. М.;Недра, 1973. Авторское свидетельство СССР isfe 977773, кл.Е 21 С 37/06. 1981. (54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА (57) Использование: разрушение твердных материалов в горном деле и строительстве без применения взрывных работ. Сущность изобретения, в твердом материале бурят шпур. Заполняют его рабочей жидкостью. Рабочую жидкость получают путем смешивания воды с газом или летучей жидкостью, образующими гидраты. В качестве такого газа может быть использован пропан или буган, а в качестве летучей жидкости - этиламин. Замораживают рабочую жидкость в шпуре. Под давлением образующегося льда твердый материал разрушается. Гидраты увеличивают объем льда и, соответственно, давление на стенки шпура. 2 з.п ф-лы, 3 табл Изобретение относится к горному делу и строительству и может быть использовано для разрушения материалов без применения взрывных работ, включая мерзлые породы. Целью изобретения является повышение давления на с генки полости за счет увеличения объема льда. Заявленный способ разрушения твердого материала включает образование полости в материале, заполнение ее водой и замораживание воды. Поставленная цель достигается тем, что перед замораживанием в воду вводят газ или летучую жидкость, образующие гидраты причем в качестве газа, образующего гидрат вводят пропан и (или) бутан, а в качестве летучей жидкости, образующей гидрат, ВРОД^Т этиламин Способ обеспечивает увеличение объема льда до 11-12% и болре Увеличение объема льда происходит вследствие того, что гидраты ряда газов и жидкостей, образующиеся одновременно со льдом, имеют более низкую плотность, чем он. По данным экспериментальных определений, плотность гидрата пропана 0,874, гидрата бутана 0,905 г/см 3 Примерно такова же плотность гидрата этиламина 0,891 "г/см 3 . I Так как гидраты образуют два типа структур, для приближенного определения их плотности можно воспользоваться формулами di = 0.797 +0,007 М, дг = 0.787 + 0,0023 М, где М - молекулярная масса гидрата, 0,797 и 0,787 - плотности гипотетических 'пустых" кристаллических решеток структур типа 1 и 2. 1816859 Так, формула гидрата пропана СзНв* 1(17,95 НгО, поэтому его приближенную плотность находят как йі. Нетрудно убедиться, что более "рыхлыми" являются именно структуры типа 2. Так как этиламин и некоторые другие летучие жидкости с водой смешиваются в любых соотношениях, то растворы для заполнения полостей могут быть получены простым перемешиванием такой жидкости с водой. При этом нужно помнить, что летучая жидкость несколько понижает температуру образования льда. Процесс введения газов более сложен. Во-первых, газы хуже растворимы в воде. Во-вторых, для многих из них давление гидратообразоаания при 0°С превышает атмосферное. Например, для пропана при Р = 101,3 кПэ температура образования гидрата равна 261,5 К, для мзобутана Т = 270,3 К. Поэтому для повышения температуры гидратообразования необходимо создавать некоторое избыточное давление (см. табл. 1). Растворимость пропана в воде при 25°С составляет 162 мл на 100 мл воды. Растворимость бутанов на порядок ниже: для нормального бутана 75 мл/100 мл и для изобутана 13,1 мл/100 мл при нормальном атмосферном давленим и температуре 17°С. Для реализации заявленного способа при работе с газами-гидратообразователями используют пластмассовые оболочки с обратными клапанами, через которые их заполняют водой с газами под давлением (не выше 200 кПа). Так как температура кипения нормального бутана равна - 0,5°С, то оболочку можно заполнять сжиженным газом примерно на 1/10 емкости. Остальные 9/10 заполняют водой, после чего жидкость перемешивают встряхиванием. Заполненные оболочки вставляют в шпур (диаметр оболочки должен быть несколько меньше диаметра шпура). Результаты'лабораторных определений увеличения объемов льда при наличии добавок приведены в табл. 2. Определения осуществлялись объемным методом. 5 Ю 15 20 25 30 Изучалось также действие добавок на увеличение распорного давления. Для этого использованы монолиты из бетона размером 300x200x200 мм, В каждом монолите бурились шпуры глубиной 250 мм и диаметром 42 мм, Для повышения прочностных свойств монолитов они помещались в призматические металлические емкости примерно аналогичных габаритов. На дне шпуров размещались датчики давления, полости шпуров заливались раствором с добавкой, или же в них размещались оболочки с раствором. Монолиты с рабочей жидкостью охлаждались в холодильной камере НКР-1 до температуры -5°С. Изменение давления фиксировалось самописцами. Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 3. Из данных, приведенных в табл. 2, 3, видно, что увеличение объема льда на 1% примерно эквивалентно увеличению распорного давления в шпуре на 10,3-12,3 МПа (при температуре -5°С). Полезность заявленного технического решения состоит, прежде всего, в том, что относительно небольшие добавки веществгидратообразователей повышают распорное давление льда в 1,1-2,9 раза, что обеспечивает более эффективное разрушение твердого материала. Формула изобретения 1. Способ разрушения твердого материала, включающий образование полости в 35 материале, заполнение ее водой и заморзживание воды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения давления на стенки полости за счет увеличения объема льда, перед замораживанием в воду вводят газ 30 или летучую жидкость, образующие гидраты. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве газа, образующего гидрат, вводят пропан и (или) бутан. 3. Способ по п.1. о т л и ч а ю щ и й с я 45 тем, что в качестве летучей жидкости, образующей гидрат, вводят этиламин. Таблица 1 Равновесные параметры гидрата пропана Тдис. Рдис 115 133 134 148 172 к 261,2 264,2 266,9 267,6 269,8 272,9 Рдис Тдис 273,4 273,6 273.8 274,0 275,5 276,9 кПа 100 мПа 181 192 194 204 291 401 к Таблица 2 Увеличение объемов льда при наличии добавок Добавка Увеличение обьемов.,% Количество добавки Этиламин.мас % 9,6 5 10 Пропан, мл/100 мл Бутан (изо), мл/100 мл 10,1 10,8 10,2 11,3 12,5 15 35 65 105 2 9,4 9,7 4 7 10,1 Таблица 3 Максимальные давления в шпурах в зависимости от количества и типа добавки к воде (при -5°С) Добавка Без добавки Этиламин, мас.% Пропан, мл/100 мл Бутан (изо), мл/100 мл Редактор М.Кузнецова Количество добавки . 5 15 35 65 105 2 4 7 Составитель Л Орлова Техред М Моргентал Давление, МПа 22,5 26,9 32,2 28,0 36,7 47,4 63.0 25,6 28,1 32 8 Корректор М Максимишинец Заказ 1711 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб , 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород, ул.Гагарина, 101