Невибухова руйнуюча суміш

Реферат: Винахід належить до гірничої справи і може бути використаний при руйнуванні гірських порід свердловинними зарядами в умовах температурних полів сучасних глибин розробки. Невибухова руйнуюча суміш, що містить негашене вапно, сульфітно-дріжджову барду й кальциновану соду, при цьому суміш додатково містить гумат натрію при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцинована сода - 3,0-9,0; сульфітно-дріжджова барда 0,5-3,0; гумат натрію - 1-6; негашене вапно - решта. Використання суміші дозволить створити високий тиск саморозширення в свердловинних зарядах, достатній для руйнування гірських порід, при цьому виключити мимовільний викид суміші. UA 102158 C2 (12) UA 102158 C2 UA 102158 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до гірничої справи і може бути використаний при руйнуванні гірських порід свердловинними зарядами в умовах температурних полів сучасних глибин розробки. Відома сировинна суміш для одержання невибухового руйнуючого матеріалу (RU 2010778, кл. С04 В7/00, 15.04.1994 p.), що містить вапнякову породу й фосфогіпс, при цьому вона додатково містить хлористий кальцій при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вапнякова порода 85-90 фосфогіпс 9-12 хлористий кальцій 1-3. Збільшення діаметра порожнини, яка містить відому суміш, більше 50 мм призводить до мимовільного викидання суміші при позитивних температурах об'єкта, що її вміщує. Це обумовлено різким ростом швидкості гідратації оксиду кальцію, який супроводжується, підвищенням температури й фазовим переходом хімічно незв'язаної води в пару. Це суттєво знижує продуктивність руйнування гірських порід свердловинними зарядами. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється по сукупності ознак і ефекту, що досягаються є руйнуючий матеріал (А.С. CCCP 1648911, кл. С04В7/00, 15.05.1991р.), що включає негашене вапно, сульфітно-дріжджову барду й кальциновану соду в наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцинована сода 3,5-7,0 сульфітно-дріжджова барда (СДБ) 1,0-2,0. При застосуванні найближчого аналога в умовах температурних полів гірських порід на сучасних глибинах розробки - у діапазоні від +15 до +35 °C, у свердловинних зарядах діаметром більше 50 мм, у процесі гідратації спостерігається різкий ріст температури матеріалу в свердловині, що приводить до мимовільного викидання матеріалу внутрішпуровим парогазовим тиском, зростаючим у результаті фазового переходу хімічно незв'язаної води в пару. Це істотно знижує продуктивність невибухового руйнування гірських порід свердловинними зарядами й обмежує застосування матеріалу в умовах підземних гірничих виробок. Крім того, час початку гідратації найближчого аналога перебуває в діапазоні 40-120 хвилин, що визначає час робіт із заряджання свердловин, підвищує кількість операцій по приготуванню порцій складу й підвищує трудомісткість робіт. У випадку, коли залишається незаряджений приготовлений руйнуючий матеріал, він гідратує безпосередньо в змішувальній ємності, при цьому значно підвищується температура матеріалу і відбувається викид дрібнодисперсного пилу гідроксиду кальцію, що обмежує застосування способу в умовах підземних гірничих виробок. В основу винаходу поставлена задача створення невибухової руйнуючої суміші (НРС), що дозволяє за рахунок зв'язування вільної води, забезпечити стабілізацію швидкості гідратації, виключити мимовільний викид суміші й при цьому створити високий тиск саморозширення в свердловинних зарядах, достатній для руйнування гірських порід, що дозволить підвищити продуктивність невибухового руйнування гірських порід в умовах підземних гірничих виробок. Поставлена задача вирішується тим, що невибухова руйнуюча суміш, що містить негашене вапно, сульфітно-дріжджову барду й кальциновану соду, відповідно до винаходу, додатково містить гумат натрію при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцинована сода 3,0-9,0 сульфітно-дріжджова барда (СДБ) 0,5-3,0 гумат натрію 1-6 негашене вапно решта. Введення в комплексну суміш гумату натрію забезпечує регулювання й стабілізацію швидкості гідратації за рахунок зв'язування вільної води, а в сукупності з іншими компонентами приводить до обмеження мимовільних викидів суміші з порожнин діаметром 50-100 мм в умовах підземних гірничих виробок, при збільшенні остаточної величини тиску саморозширення, що дозволить підвищити продуктивність невибухового руйнування гірських порід свердловинними зарядами. Сульфітно-дріжджова барда забезпечує необхідну рухливість суміші і сприяє зниженню водопотреби, що дозволить максимально щільно заповнити порожнини свердловин. Кальцинована сода сприяє утворенню кристалізаційного каркаса, який протидіє викиду суміші із свердловини. Приклад Для одержання невибухової руйнуючої суміші використовували негашене вапно, отримане шляхом випалу вапняку при 1000-1200 °C протягом 5-6 год. і охолодження його на повітрі. Невибухову руйнуючу суміш готували шляхом спільного помелу котунів обпаленого вапняку й кальцинованої соди (Nа2СО3) у кульовому млині до залишку на ситі № 008 до 10 %. При цьому 1 UA 102158 C2 5 10 готували п'ять сумішей зі вмістом кальцинованої соди в перерахуванні на готовий матеріал 1, 3, 6, 9, 11 мас. %. Отримані порошки перемішували з гуматом натрію, у перерахуванні на готовий матеріал 0,5, 1, 3, 6, 7,5 мас. %. і зачиняли водяним розчином сульфітно-дріжджової барди (СДБ). Кількість СДБ, що вводили, становила 0,125-3,5 %, залежно від співвідношення уведених компонентів, і відповідала рухливості суміші, яка обумовлена розплавом конуса 18 см. Експерименти проводили у режимі обмеженої піддатливості на спеціальному стенді, діаметром 75 мм, що містив джерело зовнішнього тиску, корпус з випробувальною камерою, поршень, датчики і реєструючі прилади. Тиск саморозширення визначали по переміщенню поршня. Об'ємні зміни НРС при цьому становили 3-7 %. Результати випробувань запропонованих складів НРС, при імітації свердловинного заряду діаметром 75мм, представлені в таблиці 1. Таблиця 1 Результати випробувань НРС у свердловинному заряді діаметром 75 мм Склад НРС, Негашене вапно 98,25 94,5 90 96,25 93,25 92,5 88 85,75 89,5 85 82,75 86,5 82 79,75 98,25 95 15 20 25 30 35 Na2CO3 Тиск саморозширення, МПа, у віці Мас. % СДБ 1 0,25 1 1,5 1 3 3 0,25 6 0,25 3 1,5 3 3 3 3,75 6 1,5 6 3 6 3,75 9 1,5 9 3 9 3,75 11 3 Найближчий аналог 4 1 24 72 51 51 50 49 51 54 53 47 52 51 47 48 47 40 25 52 52 51 49 52 54 57 53 53 56 53 50 52 45 28 Викид Викид Викид Викид Викид немає немає немає немає немає немає немає немає немає немає 48 6 7,5 6 48 47 46 45 43 40 40 35 31 38 33 29 34 30 25 18 Гумат натрію 0,5 3 6 0,5 0,5 3 6 7,5 3 6 7,5 Наявність мимовільного викиду НРС з свердловини 51 51 Викид Динаміка росту тиску саморозширення в свердловинному заряді діаметром 75 мм, який моделювався на стенді з початковим тиском 15 МПа, для найближчого аналога й запропонованої суміші представлена на кресленні. На кресл.: 1 - невибухова суміш - найближчий аналог СаО - 95, Na2CO3-4; СДБ - 1; мас. % відповідно; 2 - суміш із СаО - 89,5, Nа2СО3 - 6; СДБ 1,5; гумат натрію - 3 мас. % відповідно; 3 СаО - 85, Na2CO3 - 6; СДБ - 3; гумат натрію - 6 мас. % відповідно; 4 - СаО - 82,75, Na2CO3 - 6; СДБ - 3,75; гумат натрію - 7,5 мас. % відповідно. Аналіз проведених випробувань дозволяє зробити наступні висновки. При збільшенні діаметра свердловини, що вміщує заряд НРС, для запобігання мимовільному викиду суміші необхідно підвищувати вміст гумату натрію в суміші, що сприяє вповільненню й стабілізації процесу гідратації, не створюючи міцного кристалізаційного каркаса й не знижуючи кінцевий тиск саморозширення. При цьому підвищення вмісту гумату натрію більше 6 мас. % у суміші приводить до зниження тиску саморозширення, що знижує продуктивність невибухового руйнування гірських порід. А зменшення вмісту гумату натрію менше 1 мас. % не робить істотного ефекту й не дозволяє запобігти розвитку викиду суміші зі свердловини в результаті самонагрівання суміші при гідратації. При збільшенні діаметра свердловини, що вміщує заряд НРС, для запобігання мимовільному викиду суміші також необхідно підвищувати вміст кальцинованої соди в суміші, що прискорює утворення кристалізаційного каркаса, який перешкоджає викиданню суміші. При цьому підвищення вмісту кальцинованої соди більше 9 мас. % у суміші приводить до різкого зниження тиску саморозширення, що знижує продуктивність невибухового руйнування гірських 2 UA 102158 C2 5 10 15 20 порід. А зменшення вмісту кальцинованої соди менше 3 мас. % у суміші, приводить до розвитку викиду суміші зі свердловини в результаті самонагрівання суміші при гідратації. Підвищення вмісту СДБ приводить до підвищення рухливості суміші й зниження водопотреби порошку НРС. При цьому зниження вмісту СДБ менше 0,50 мас. % не дозволяє забезпечити необхідної консистенції суміші, таку малорухому суміш технологічно важко розміщати в свердловину. Підвищення вмісту СДБ більше 3 мас. % у суміші приводить до зниження тиску саморозширення. Вивчення динаміки росту тиску саморозширення в свердловинному заряді (кресл.) показало, що підвищення вмісту гумату натрію в суміші приводить до стабілізації швидкості росту тиску саморозширення. Крім того підвищення вмісту гумату натрію викликає збільшення часу початку гідратації НРС. Кінцевий тиск саморозширення при додаванні гумату натрію в діапазоні 1-6 % підвищується в порівнянні із найближчим аналогом. Це дозволяє розширити галузь застосування НРС в умовах підземних гірничих виробок при руйнуванні гірських порід свердловинними зарядами. Використання запропонованої невибухової суміші дозволить створити високий тиск саморозширення в свердловинних зарядах, достатній для руйнування гірських порід, при цьому виключити мимовільний викид суміші, що дозволить підвищити продуктивність невибухового руйнування гірських порід в умовах підземних гірничих виробок. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Невибухова руйнуюча суміш, що містить негашене вапно, сульфітно-дріжджову барду й кальциновану соду, яка відрізняється тим, що суміш додатково містить гумат натрію при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцинована сода 3,0-9,0 сульфітно-дріжджова барда 0,5-3,0 гумат натрію 1-6 негашене вапно решта. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3