Невибухова руйнуюча суміш

Реферат: Винахід належить до гірничої справи й може бути використаний при проходці й оконтурюванні гірничих виробок, руйнуванні гірських порід і конструкцій зі штучних матеріалів в умовах підземних гірничих виробок при позитивних температурах до +35 °C. Невибухова руйнуюча суміш містить оксид кальцію, кальциновану соду, лігносульфонат технічний, додатково містить етанову кислоту при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцинована сода 2,0-9,0 лігносульфонат технічний 0,40-2,5 етанова кислота 0,25-1,1 оксид кальцію з обпалених вапняку й гіпсу решта. Використання запропонованої невибухової руйнуючої суміші дозволить за рахунок регулювання швидкості гідратації створити високий тиск саморозширення в мінімальний термін, при цьому виключити мимовільний викид суміші зі шпурів при температурі до +35 °C. UA 102305 C2 (12) UA 102305 C2 UA 102305 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до гірничої справи й може бути використаний при руйнуванні негабаритних блоків, проходці й оконтурюванні гірничих виробок, руйнуванні гірських порід і конструкцій зі штучних матеріалів в умовах підземних гірничих виробок при позитивних температурах до +35 °C. Відомий руйнуючий матеріал (А.С. СССР N 1648911, кл. С 04 В 7/00 опубл. 15.05.1991р.), що містить 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. Недоліком відомого рішення є його низька працездатність, особливо при підвищених температурах. Так тиск саморозширення через 8 годин становить 35-38МПа, а через 24 години 54-60МПа, що не дозволяє забезпечити високі темпи руйнування порід. А при температурі об'єкта, що руйнується, вище +25 °C у процесі гідратації спостерігається різкий ріст температури матеріалу в шпурі, що призводить до мимовільного викидання матеріалу зі шпуру в результаті фазового переходу хімічно незв'язаної води в пару. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, по сукупності ознак і ефекту, що досягається, є комплексна суміш для невибухових руйнуючих матеріалів (RU 2147562 С04В7/34, С04В2/04, опубл. 20.04.2000 p.), що містить оксид кальцію й кальциновану соду, причому оксид кальцію одержують із обпалених вапняку й гіпсу, і додатково лігносульфонат технічний модифікований, гліцерин і алюмінієву пудру при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцинована сода 2,0-9,9 гліцерин 3,0-15,1 алюмінієва пудра 0,25-0,30 лігносульфонат технічний модифікований 0,10-2,35; оксид кальцію з обпалених вапняку й гіпсу решта. При застосуванні комплексної суміші найближчого аналога відбувається підвищення швидкості гідратації оксиду кальцію в рідкій фазі розчину за рахунок додаткового підвищення температури суміші, яке викликане введенням алюмінієвої пудри й гліцерину, що мають екзотермічну реакцію з оксидом кальцію. При цьому із суміші виділяється водень, що призводить до вспінювання суміші й зменшення її щільності. В умовах температур вище +5 °C, а температура гірських порід на сучасних глибинах розробки перебуває в діапазоні від +15 до +35 °C, спостерігається викидання суміші зі шпуру внутрішпуровим парогазовим тиском, що різко підвищується при переході хімічно незв'язаної води в пару. Це істотно знижує продуктивність невибухового руйнування гірських порід. При цьому температура суміші в період активної стадії гідратації може перевищувати 300 °C, що обмежує застосування суміші в умовах підземних гірничих виробок. В основу винаходу поставлена задача створення невибухової руйнуючої суміші (НРС), що дозволяє за рахунок регулювання швидкості реакції гідратації в мінімальний термін (до 12 годин) створити високий тиск саморозширення, достатній для руйнування гірських порід, при цьому виключається мимовільний викид суміші зі шпурів при температурі об'єкта, що руйнується, до +35 °C, що дозволить підвищити продуктивність невибухового руйнування гірських порід. Поставлена задача вирішується тим, що невибухова руйнуюча суміш, яка містить оксид кальцію, кальциновану соду, лігносульфонат технічний, відповідно до винаходу додатково містить етанову кислоту при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцинована сода 3,0-9,0 лігносульфонат технічний 0,40-2,5 етанова кислота 0,25-1,10 оксид кальцію з обпалених вапняку й гіпсу решта. Введення в невибухову руйнуючу суміш етанової кислоти забезпечує підвищення швидкості росту тиску саморозширення, а в сукупності із другими компонентами приводить до обмеження мимовільних викидів суміші зі шпурів при температурі до +35 °C, що дозволить підвищити продуктивність невибухового руйнування гірських порід. При цьому в умовах високих температур, навіть при розвитку мимовільного викиду, температура суміші не буде перевищувати 110 °C, що дозволяє застосовувати суміш в умовах підземних гірничих виробок. 1 UA 102305 C2 5 10 15 20 Лігносульфонат забезпечує високу рухливість суміші і сприяє зниженню водопотреби, що дозволить максимально щільно заповнити порожнини шпурів. Кальцинована сода сприяє утворенню кристалізаційного каркаса, який протидіє викиду суміші зі шпуру. Приклад. Для одержання невибухової руйнуючої суміші використовували оксид кальцію (СаО), отриманий шляхом випалу вапняку й гіпсу в співвідношенні 3:1 при 1200-1350 °C протягом 5-6 ч, і охолодженого на повітрі. Невибухову руйнуючу суміш готували шляхом спільного помелу окатишів обпаленого вапняку й гіпсу 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 1, 3, 6, 9, 11 мас. %. Отримані порошки зачиняли водяним розчином, який містив лігносульфонат технічний модифікований (ЛСТМ) і етанову кислоту (СН3СООН). При цьому водопорошкове співвідношення змінювалося в діапазоні 0,33-0,4 мас. %, залежно від співвідношення уведених компонентів, і відповідало рухливості суміші, визначеній по розплаву конуса 18 см. Експерименти проводилися в спеціальному стенді, що містив джерело зовнішнього тиску, корпус з випробувальною камерою, поршень, датчики і реєструючі прилади, при цьому корпус випробувальної камери містив нагріваючий елемент, з'єднаний з датчиком температури, який був встановлений на внутрішній стороні камери, і мав вихід до блока керування. Інтервал температур при експериментах становив +5+35 °C. Результати експериментів запропонованих складів НРС, для застосування в температурних режимах +5+15 °C, +15+25 °C, +25+35 °C представлені в таблицях 1, 2, 3 відповідно. Таблиця 1 Результати випробувань НРС у температурному полі +5+15 °C Тиск саморозширення, МПа, у віці 12 24 32 37 23 32 27 36 19 29 5 11 35 41 27 35 31 38 23 30 8 16 41 45 32 40 35 43 28 35 15 32 Склад НРС, мас % СаО 98,4 96,35 92 88 86 98,15 96,1 91,75 87,75 85,45 97,9 95,85 91,4 87,4 85,1 Na2CO3 1 3 6 9 11 1 3 6 9 11 1 3 6 9 11 ЛСТМ 0,35 0,4 1,5 2,5 2,8 0,35 0,4 1,5 2,5 2,8 0,35 0,4 1,5 2,5 2,8 СН3СООН 0,25 0,25 0,5 0,5 0,2 0,5 0,5 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 1,1 1,1 1,1 Прототип 32 2 38 Наявність мимовільного викиду НРС зі шпуру Викид немає немає немає немає Викид немає немає немає немає Викид немає немає немає немає Викид UA 102305 C2 Таблиця 2 Результати випробувань НРС у температурному полі +15+25 ºС Тиск саморозширення, МПа, у віці 12 24 37 44 30 41 34 45 30 35 24 31 45 60 37 42 40 46 36 40 26 35 48 68 50 67 39 48 34 40 7 21 Склад НРС, мас. % СаО 98,4 96,35 92 88 85,7 98,15 96,1 91,75 87,75 85,45 97,9 95,4 91,4 87,4 85,95 Na2CO3 1 3 6 9 11 1 3 6 9 11 1 3 6 9 11 ЛСТМ 0,35 0,4 1,5 2,5 2,8 0,35 0,4 1,5 2,5 2,8 0,35 0,4 1,5 2,5 2,8 СаО 0,25 0,25 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,75 0,75 0,75 0,75 1,2 1,1 1,1 0,25 Прототип 45 Наявність мимовільного викиду НРС зі шпуру Викид немає немає немає немає Викид немає немає немає немає Викид Викид немає немає немає Викид 50 Таблиця 3 Результати випробувань НРС у температурному полі +25+35 °C Тиск саморозширення, МПа, у віці 12 24 48 58 40 52 46 57 38 45 30 35 55 69 44 50 48 56 40 47 32 38 65 73 75 82 70 80 56 65 17 25 Склад НРС, мас. % СаО 98,4 96,35 92 88 85,7 98,15 96,1 91,75 87,75 85,45 97,9 95,4 91,3 87,3 85,1 Na2CO3 1 3 6 9 11 1 3 6 9 11 1 3 6 9 11 ЛСТМ 0,35 0,4 1,5 2,5 2,8 0,35 0,4 1,5 2,5 2,8 0,35 0,4 1,5 2,5 2,8 СН3СООН 0,25 0,25 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,75 0,75 0,75 0,75 1,2 1,2 1,2 0,75 Прототип 5 10 60 63 Наявність мимовільного викиду НРС зі шпуру Викид немає немає немає немає Викид немає немає немає немає Викид Викид Викид Викид немає Викид Ріст температури в шпурових зарядах НРС діаметром 40 мм при температурі шпуру, що вміщує, об'єкт +30 °C для прототипу й пропонованої суміші, при провокуванні викиду НРС представлений на кресленні. На кресл. - невибухова суміш-прототип; 2 - суміш із СаО - 88, Na2CO3-9; ЛСТМ 2,5; СН3СООН-0,5 мас. % відповідно; 3-СаО-97,9, Na2C3-1; ЛСТМ-0,35; СН3СООН-0,75 мас. % відповідно; 4-СаО-87,3, Na2CO3-9; ЛСТМ - 2,5; СН3СООН-1,2 мас. % відповідно; 5-СаО-95,4, Na2CO3-3; ЛСТМ-0,4; СН3СООН-1,2 мас. % відповідно. 3 UA 102305 C2 5 10 15 20 25 Аналіз проведених випробувань дозволяє зробити наступні висновки. При підвищенні температури об'єкта, вміщуючого шпур із НРС для запобігання мимовільного викиду зі шпуру необхідно підвищувати вміст кальцинованої соди в суміші, що сприяє вповільненню процесу гідратації й утворенню кристалізаційного каркаса, що перешкоджає мимовільному викиданню суміші. При цьому підвищення вмісту кальцинованої соди більше 9 мас. % у суміші приводить до різкого зниження тиску саморозширення, що розвивається, це знижує продуктивність невибухового руйнування гірських порід. А зменшення вмісту кальцинованої соди менше 2 мас. % у суміші призводить до розвитку викиду суміші зі шпуру в результаті самонагрівання суміші при гідратації. Підвищення вмісту етанової кислоти приводить до росту швидкості реакції гідратації, що забезпечує ріст тиску саморозширення. При цьому підвищення вмісту етанової кислоти більше 1,1 мас. % у суміші приводить до викидання суміші зі шпуру в результаті фазового переходу хімічно незв'язаної води в пару при самонагріванні суміші. А зменшення вмісту етанової кислоти менш 0,25 мас. % у суміші не робить істотного прискорювального ефекту. Підвищення вмісту ЛСТМ приводить до підвищення рухливості суміші й зниженню її водопотреби. При цьому зниження вмісту ЛСТМ менше 0,40 мас. % у суміші не дозволяє забезпечити необхідної консистенції суміші, таку малорухому суміш технологічно важко розміщати в шпур. Підвищення вмісту ЛСТМ більше 2,5 мас. % у суміші приводить до зниження тиску саморозширення, що розвивається. Дослідження температури невибухової руйнуючої суміші при провокуванні викидання НРС зі шпурів показало, що температура суміші навіть при її викиді, не підвищується більше 110 °C, що дозволяє застосовувати невибухову руйнуючу суміш в умовах підземних гірничих виробок. Використання запропонованої невибухової руйнуючої суміші дозволить за рахунок регулювання швидкості гідратації створити високий тиск саморозширення в мінімальний термін, при цьому виключити мимовільний викид суміші зі шпурів при температурі до +35 °C, що дозволить розширити область її застосування й підвищити продуктивність невибухового руйнування гірських порід. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 Невибухова руйнуюча суміш, що містить оксид кальцію, кальциновану соду, лігносульфонат технічний, яка відрізняється тим, що суміш додатково містить етанову кислоту при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцинована сода 2,0-9,0 лігносульфонат технічний 0,40-2,5 етанова кислота 0,25-1,1 оксид кальцію з обпалених решта. вапняку й гіпсу 4 UA 102305 C2 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 5