Невибухова суміш, що саморозширюється

Реферат: Невибухова суміш, що саморозширюється, що містить негашене вапно, кальциновану соду, пластифікатор й гумат натрію, причому як пластифікатор використовують водний розчин модифікованих магнієвих лігносульфонатів Sika BV-3M. UA 119161 U (54) НЕВИБУХОВА СУМІШ, ЩО САМОРОЗШИРЮЄТЬСЯ UA 119161 U UA 119161 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до гірничої справи і може бути використана при зміцненні дискретних порід за рахунок їх стиснення, а також при руйнуванні монолітних гірських порід в умовах температурних полів сучасних глибин розробки. Відома сировинна суміш для одержання невибухового руйнуючого матеріалу (RLJ 2010778, кл. С04 В7/00 опубл. 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. Для отримання робочого розчину вказана суміш розбавляється водою, після чого в результаті гідратації відбувається її саморозширення. Збільшення діаметра свердловини, яка вміщує відому суміш, більше 50 мм, або температури бічних порід, що вміщують свердловину більше 25 градусів приводять до різкого зростання швидкості гідратації оксиду кальцію, який є основним хімічним компонентом вапнякової породи. Цей процес супроводжується, підвищенням температури й фазовим переходом хімічно незв'язаної води в пар, що призводить до перетворення твердіючої суміші на порошок і мимовільного викидання суміші зі свердловини при температурах породи вище 25 градусів. Це унеможливлює зміцнення дискретних порід за рахунок їх стиснення та знижує ефективність руйнування монолітних порід в умовах температурних полів сучасних глибин розробки. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, по сукупності ознак і ефекту, що досягаються, є невибухова руйнуюча суміш (UA 102158, С04В 7/34, В02С 23/06, С09К 3/00 опубл. 10.06.2013 p.), що містить негашене вапно, сульфітно-дріжджову барду й кальциновану соду і гумат натрію при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцинована сода 3,0-9,0 сульфітно-дріжджова барда 0,5-3,0 (СДБ) гумат натрію 1-6 негашене вапно інше. Для отримання робочого розчину, невибухова руйнуюча суміш розбавляється водою, після чого в результаті гідратаційного твердіння відбувається її саморозширення в стабільному температурному режимі. Підвищення температури гірських порід вище 30 градусів і збільшення діаметра свердловини більше 50 мм приводить до зростання швидкості гідратації, і відповідно більш швидкого утворення нових структурних елементів в процесі перекристалізації оксиду кальцію в гідроксид, з запізненням процесу твердіння. Це сприяє інтенсивному зростанню обсягу матеріалу. Щільність твердючої суміші поступово зменшується і відповідно зменшується міцність в післягідратаційний період. При зміцненні дискретних порід за рахунок їх стиснення такою сумішшю ефект ущільнення зникає після завершення гідратації і деформації масиву реалізуються в зворотному напрямку. Це унеможливлює зміцнення дискретних порід за рахунок їх стиснення в умовах температурних полів сучасних глибин розробки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення складу невибухової суміші, що саморозширюється, яка забезпечує синхронне протікання процесів твердіння і росту кристалів гідроксиду кальцію в процесі гідратаційного твердіння, що дозволить підвищити міцність затверділого розчину в післягідратаційний період і тим самим зберегти ефект ущільнення дискретних порід. Поставлена задача вирішується тим, що невибухова суміш, що саморозширюється, що містить негашене вапно, кальциновану соду, пластифікатор й гумат натрію відповідно до корисної моделі, як пластифікатор використовують водний розчин модифікованих магнієвих лігносульфонатів Sika BV 3М, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцинована сода 2,3-7,0 гумат натрію 0,8-4,6 20-40 % водний розчин Sika 30 BV 3М негашене вапно решта. Введення в суміш 20-40 % водного розчину модифікованих магнієвих лігносульфонатів (продукту конденсації магнію, сірки, метоксилів, гідроксилів) Sika BV 3М за рахунок зменшення поверхневого натягу рідини на межі розділу фаз і ущільнення розчину після заливки забезпечує регулювання протікання процесів твердіння і росту розмірів і кількості нових структурних елементів в процесі перекристалізації оксиду кальцію в гідроксид, що в сукупності з іншими компонентами приводить до підвищення міцності розчину після твердіння. Це дозволяє підвищити ефективність ущільнення дискретних гірських порід стисненням незалежно від 1 UA 119161 U 5 10 15 20 25 30 діаметра свердловин в температурних умовах порід, характерних для підземних гірських виробок. Окрім того, водний розчин Sika ВV 3М за рахунок зменшення тертя між частинками меленого вапна та інших компонентів суміші забезпечує необхідну рухливість суміші і сприяє зниженню водопотреби. Гумат натрію за рахунок зв'язування вільної води забезпечує стабілізацію температури і швидкості реакції гідратаційного твердіння, що стримує неконтрольоване зростання температури і приводить до обмеження мимовільних викидів суміші з порожнин діаметром більше 50 мм в умовах підземних гірничих виробок. Кальцинована сода сприяє утворенню кристалізаційного каркаса, який підвищує міцність суміші під час твердіння і після твердіння. Приклад. Для одержання невибухової суміші, що саморозширюється, згідно з заявленою корисною моделлю використовували негашене вапно, отримане шляхом випалу вапняку при 1200-1350 °C протягом 5-6 г, і охолодження його на повітрі. Суміш готували шляхом спільного помелу окатишів обпаленого вапняку й кальцинованої соди (Na2CO3) у кульовому млині до залишку на ситі № 008 до 10 %. При цьому готували п'ять сумішей зі вмістом кальцинованої соди в перерахуванні на готовий матеріал 0,77, 2,3, 4,6, 6,9, 8,5 мас. %. Отримані порошки перемішували з гуматом натрію, у перерахуванні на готовий матеріал 0,38, 0,77, 2,3, 4,6, 5,7 мас. %. і зачиняли водяним розчином пластифікатора модифікованих магнієвих лігносульфонатів Sika BV-3M-30. Концентрація водного розчину пластифікатора Sika BV-3M-30, що вводили, становила 10, 20, 30, 40, 50 %. Експерименти проводили на установці тривісного стиску в режимі заданих деформацій. Суміш поміщали у робочу камеру установки. Під час твердіння суміші протягом 24 годин тиск саморозширення фіксувався плитами установки, які утримувались в нульових деформаціях. Після того, горизонтальні плити розвантажували і затверділі зразки випробували на одноосьовий стиск у вертикальній площині. На кресл. представлено графік залежності тиску саморозширення невибухової суміші, що саморозширюється в робочій камері через 24 години від концентрації водного розчину пластифікатору Sika BV 3М при вмісті компонентів; мас. %: Na2CO3-4,6, гумат натрію - 2,3, Sika BV 3М - 30, СаО - 63,1 мас. % відповідно. Результати випробувань запропонованих рецептур суміші, представлені в таблиці. Таблиця Склад невибухової суміші, що саморозширюється, мас. % Міцність на стиск, Негашене Гумат Na2CO3 СДБ Вода Sika BV-3М МПа, у віці 24 години вапно натрію 63,1 30,7 2,3 27 3 27,2 63,1 33 2,3 24 6 28,4 63,1 36 2,3 21 9 30,7 63,1 17,4 2,3 18 12 33 63,1 26,2 2,3 15 15 36 66,93 30,7 2,3 21 9 17,4 65,4 33,9 2,3 21 9 26,2 54,1 35,8 2,3 30 9 30,7 60,8 19,1 2,3 21 9 33,9 59,2 24,6 2,3 21 9 35,8 65,02 30,7 0,38 21 9 19,1 64,63 34,2 0,77 21 9 24,6 63,1 34,8 2,3 21 9 30,7 60,8 4,6 4,6 21 9 34,2 59,7 4,6 5,7 21 9 34,8 Прототип 61,1 4,6 2,3 2 30 0 24,1 35 Аналіз проведених випробувань дозволяє зробити наступні висновки. При укріпленні дискретних гірських порід стисненням в температурних умовах, характерних для підземних гірничих виробок, необхідно додавати в суміш 20-40 % водного розчину модифікованих магнієвих лігносульфонатів Sika BV 3М. Це сприяє ущільненню розчину після заливки, що стимулює ріст тиску саморозширення, за рахунок зменшення поверхневого натягу 2 UA 119161 U 5 10 15 20 25 рідини на межі розділу фаз забезпечує регулювання протікання гідратаційного твердіння, що в сукупності з іншими компонентами приводить до підвищення міцності розчину після твердіння. При цьому підвищення концентрації Sika BV 3М більше 40 % приводить до різкого зниження тиску саморозширення суміші, а зменшення вмісту Sika BV 3М менше 20 % не суттєво впливає на міцність в післягідратаційний період. Окрім того, додавання водного розчину Sika BV 3М за рахунок зменшення тертя між частинками меленого вапна та інших компонентів суміші лінійно підвищує рухливість суміші, що спрощує поміщення останньої у свердловину. При укріпленні дискретних гірських порід стисненням в температурних умовах, характерних для підземних гірничих виробок, при збільшенні діаметра свердловин що вміщують суміш, необхідно підвищувати вміст гумату натрію в суміші, що сприяє стабілізації процесу гідратації. При цьому підвищення вмісту гумату натрію більше 4,6 мас. % у суміші не приводить до суттєвого підвищення міцності суміші, проте супроводжується зниженням тиску. Зменшення вмісту гумату натрія менш 0,8 мас. % не впливає на тиск саморозширення, але приводить до суттєвого зменшення міцності суміші. При укріпленні дискретних гірських порід стисненням необхідно, щоб розчин після твердіння мав міцність, порівняну з міцністю порід. Тому необхідно підвищувати вміст кальцинованої соди в суміші, щоприскорює утворення кристалізаційного каркаса, який формує міцність розчину. При цьому підвищення вмісту кальцинованої соди більше 7 мас. % у суміші приводить до різкого зниження тиску саморозширення, що знижує продуктивність укріплення дискретних порід за рахунок ущільнення. А зменшення вмісту кальцинованої соди менше 2,3 мас. % у суміші, приводить до різкого падіння міцності розчину в післягідратаційний період. Використання запропонованої невибухової суміші, що саморозширюється, дозволить створити високий тиск саморозширення в свердловинних зарядах, достатній для зміцнення дискретних порід за рахунок їх стиснення, а також для руйнування монолітних гірських порід в умовах температурних полів сучасних глибин розробки, що дозволить підвищити продуктивність робіт з укріплення дискретних порід і руйнування монолітних порід. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Невибухова суміш, що саморозширюється, що містить негашене вапно, кальциновану соду, пластифікатор й гумат натрію, яка відрізняється тим, що як пластифікатор використовують водний розчин модифікованих магнієвих лігносульфонатів Sika BV-3M, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцинована сода 2,3-7,0 гумат натрію 0,8-4,6 20-40 % водний розчин Sika BV 30 3М негашене вапно решта. 3 UA 119161 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4