CC BY
15
- © П.Н. Должиков, A.A. Шубин, 2013
УДК 622.257.1
П.Н. Должиков, А.А. Шубин
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАКЛАДКИ ПОДЗЕМНЫХ ПУСТОТ
Представлены результаты моделирования процесса ликвидации подземных пустот при формировании закладочного массива путем нагнетания гидросмеси на основе дилатантных материалов
Ключевые слова: подземная камера, тампонажно-закладочные смеси, вязкопла-стичные материалы, гидросмесь.
Проведенные экспериментальные исследования [1—3] отобразили реальную картину совокупности процессов, происходящих при заполнении крупных подземных полостей и камер, тампонажа трещиноватых зон и развития провалов над горными выработками. Необходимо отметить, что при этом использовались ресурсосберегающие тампонаж-но-закладочные смеси на основе отходов горного производства.
Результаты исследований подвергались статистической обработке, повторялись до получения устойчивого результата. При этом отклонение фактических данных от средних значений, за исключением случайных величин, составляло 7—16 %.
Моделирование закладки подземных пустот дилатантными смесями показало, что во времени расход гидросмеси линейно уменьшается, а за счет линейного уменьшения во времени раскрытия подкровельной щели через определенное время процесс заполнения прекращается.
Эти зависимости приведены на рис. 1. Очевидно, что аналитическая форма этих зависимостей имеет вид:
А<3 = Qt - Qt = <н - а-Д1, (1)
Рис. 1. Зависимость расхода жидкости и раскрытия подкровельиой щели от времени
8 = 80 - в -М , (2)
где а и в — эмпирические параметры, характеризующие конкретный закладочный раствор и процесс заполнения пустот.
По физическому смыслу параметр а равен объему закладки подкровель-ной щели, а параметр в представляет скорость течения гидросмеси. Эти параметры легко определяются из приведенных графиков как тангенс угла наклона линии.
Максимальный радиус конического закладочного массива зависит только от давления за счет перепада в сква-
жине и свойств гидросмеси. Из экспериментальных данных следует, что градиент давления гидросмеси АР /К по радиусу течения есть величина уменьшающаяся, поэтому происходит остановка движения раствора. Причем скорость течения гидросмеси в подкровельной щели не зависит от радиуса течения.
Нагнетание вязкопластичных материалов в трещиноватые зоны породных массивов аналитически и экспериментально изучалось ранее подробно [2, 3]. Однако ведение закладочных работ требует больших объемов недорогих растворов, поэтому необходимо было установить закономерность уменьшения давления, режим движения и гидравлические потери в зависимости от радиуса течения для растворов на основе отходов горного производства. При этом доказано, что суспензии на основе шламов и золы уноса образуют стабильные смеси при добавке 2%, бентонита, 3% цемента и 1% жидкого стекла. При таких параметрах суспензии их плотность составляет 1330— 1620 кг/м3, вязкость 60—170 сПз, динамическое напряжение сдвига 15—120 Па. Несмотря на большой разброс значений параметров, величина обобщенного критерия Рей-нольдса (параметр Хюдст-рема) не выходит из области структурного режима течения, т.е. предложенные растворы представляют со-бой вязко-пластичное тело Бингама-Шведова.
Расчет гидравлических сопротивлений при дви-
жении растворов в трещинах различного раскрытия производился по
формуле:
{ =
Ке*
(
1 +
^08
Р ,
(3)
где
Р = 1 -
3 б» 1(8, 2 ' 8 + 2
— ком-
плексный параметр трещиноватости; 8 Х0Я
80 = —— — размеры ядра потока;
АР
V, V
0 скорость движения жидкости и ядра потока.
Зависимость расчетных гидравлических сопротивлений от критерия Рейнольдса в логарифмическом масштабе для исследуемых растворов приведена на рис. 2. Линией обозначена теоретическая зависимость.
Исследования закономерности формирования провальной воронки над горной выработкой показали, что в начальный период времени формируется ядро течения в результате действия касательных напряжений, которое активизируется под влиянием влаги в грунте.
Рис. 2. Зависимость гидравлических сопротивлений от числа Рейиольлса при течении растворов в тре-шинах 3, 5, 10 мм: О — шлам; Ф — зола
Таблица 1
Критерий разрушения гидроактивизированных грунтов
№ Грунт Время, мин Скорость течения, мм/мин Диаметр воронки, мм Влажность, д.ед Критерий разрушения
1 Глина 139 0,62 40 0,28 7,7
2 65 0,87 45 0,32 3,9
3 12 1,8 50 0,40 1,1
4 294 0,35 50 0,21 9,8
5 225 0,4 45 0,25 8,0
6 Суглинок 178 1,04 40 0,2 22,0
7 47 1,75 45 0,25 7,3
8 16 2,41 50 0,29 2,6
9 10 3,0 45 0,32 2,1
10 396 0,9 50 0,18 39,6
В связи с этим основным показателем потенциальной возможности провала грунта является комплексный критерий разрушения, учитывающий геометрические параметры, кинетику процесса и активизирующий фактор:
К = (4)
р а - ш
Результаты экспериментальных исследований показали степенную зависимость скорости формирования провала (течения грунта) от влажности, а также гиперболическую зависимость скорости формирования провала от времени. Причем было получено ряд результатов прогрессирующего разрушения и некоторые течения затухающего характера. Это позволяет определить критическое
значение критерия разрушения гид-роактивизированных грунтов. Результаты расчетов приведены в табл. 1.
Анализ полученных результатов показывает, что глины приходят в движении при влажности не менее 0,25, а суглинки разрушаются в форме провала при влажности более 0,2.
Это означает, что для данного типа грунтов критическое значение критерия разрушения составляет: для глин — Кр = 8; для суглинков — Кр = 22. Этот показатель свидетельствует о возможности формирования провала над выработкой за счет прогрессирующих разрушений грунта. Причем важнейшее значение при этом имеет активизирующий фактор — влажность грунта.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Должиков П.Н., Страданченко С.Г., Шубин A.A. Исследование реологических свойств закладочных гидросмесей. Известия
ТулГУ. Серия Геомеханика. Механика подземных сооружений. Вып. 2. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. — С. 251—256.
2. Шубин A.A. К вопросу о закладке крупных подземных пустот. Горный инф. аналит. бюлл.— МГГУ — 2005.— № 8. — С. 145—148.
3. Должиков П.Н., Шубин A.A. Ликвидация водопритоков в условиях развития
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
карста. Научно-технические проблемы разработки угольных месторождений, шахтного и подземного строительства: Сб. науч. тр./ Шахтинский ин-т ЮРГТУ (НПИ). — Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2005,—С. 180—185.. S2E
Шубин Андрей Анатольевич — кандидат технических наук, доцент, shubinaa_62@mail.ru, Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета, Должиков Петр Николаевич — доктор технических наук, профессор, Антрацитовский факультет Восточно-Украинского Национального университета им. В.Даля.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
ПЛОТНОСТЬ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ (ЭВВ) С ХИМИЧЕСКОЙ ГАЗОГЕНЕРАЦИЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ СУХУЮ ФАЗУ, И ЭВВ, СЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ ПЕНОПОЛИСТИРОЛОМ, ПО ВЫСОТЕ СКВАЖИННОГО ЗАРЯДА
Иляхин Сергей Васильевич — профессор, доктор технических наук, Маслов Илья Юрьевич — соискатель, ilmaslov@mal.ru, Российский государственный геологоразведочный университет.
Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2012. — № 12. — 12 с.— М.: Издательство «Горная книга».
Приведена методика расчета плотности ВВ по колонке вертикального скважинного заряда для эмуланов и эмульпоров, учитывающая термомеханические свойства матричной эмульсии и гранул аммиачной селитры (или гранул вспененного полистирола). Показано, что при применении эмуланов и эмулинов в скважинах глубиной более 30 метров кроме сжимаемости этих ВВ под действием гидростатического давления необходимо также учитывать термоусадку заряда.
Ключевые слова: эмулин, эмулан, эмульпор, гранулы аммиачной селитры, гранулы вспененного полистирола, коэффициент объемного расширения, модификации кристаллической структуры аммиачной селитры.
CHEMICALLY GASSED EMULSION EXPLOSIVES WITH DRY COMPONENT AND EMULSION EXPLOSIVES SENSITIZED WITH FOAMED POLYSTYRENE: EXPLOSIVE DENSITY HEIGHTWISE BLASTHOLE CHARGE
Ilyakhin S.V., Maslov I.Yu.
The article describes calculation procedure for density of an explosive heightwise a vertical blasthole charge for emulsion explosives Emulan and Emulpor, taking into account thermome-chanical properties of emulsion matrix and ammonium nitrate pellets (or foamed polystyrene pellets). It is shown that on application of emulsion explosives in blastholes over 30 m in length, it is necessary to account for compressibility of the explosive under hydrostatic pressure and the thermal shrinkage of the charge.
Key words: emulsion explosive, Emulan, Emulpor, ammonium nitrate pellets, foamed polystyrene pellets, coefficient of volume expansion, ammonium nitrate crystal structure modification.
