CC BY
22
- © О.Н. Буренина, A.B. Андреева, Г.В.Егоров,
М.Д. Соколова, Б.Н. Заровняев, A.A. Христофорова, 2013
УДК 622.271.7, 625.852
О.Н. Буренина, А.В. Андреева, Г.В.Егоров,
М.Д. Соколова, Б.Н. Заровняев, A.A. Христофорова
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УКРЕПЛЕННЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ОСНОВАНИЙ КРУТОНАКЛОННЫХ СЪЕЗДОВ КАРЬЕРНЫХ ДОРОГ*
Показана возможность использований техногенных грунтов Накынского кимберлите во го поля Республики Саха (Якутия), полученных в результате углубления карьера, для строительства оснований карьерных дорог крутонаклонных съездов. При этом в качестве стабилизатора рекомендовано использование поверхностно-активного препарата «ANT», действие которого направлено на создание прочного минерального скелета из имеющихся в грунте элементов. Установлено, что применение «ANT» позволяет получать конструктивные материалы с высокими механическими свойствами.
Ключевые слова: нижние горизонты карьеров, технологические карьерные дороги, укрепленные грунты, горные породы, портландцемент, глинистые грунты Ту-раннахского месторождения РС (Я), механические свойства.
Завершение открытых горных работ на основных алмазо-рудных месторождениях, имеющих существенное значение в формировании минерально-сырьевого баланса компании "АЁРОСА" и необходимость перехода на некоторых из них на подземный способ добычи в сложных горно-геологических условиях Севера обуславливает необходимость индивидуального подхода к стратегии и технологии освоения каждой трубки. В результате произошло углубление карьеров, что привело к необходимости введения зоны интенсивной углубки на нижних горизонтах с применением крутонаклонных съездов с углом подъема до 37°.
Конструкция крутонаклонного съезда должна обеспечивать безопасность работы автотехники и требует совершенствования дорожной одежды. Известно, что дорожная одежда выполняется в один или несколько конструктивных слоев. В работе в качестве слоя основания предлагается использовать грунты Накынского кимберлитового поля Республики Саха (Якутия), полученные в результате углубления карьера, укрепленные ионным стабилизатором "ANT".
Кимберлитовая трубка «Ботуобин-ская» прорывает терригенно-карбо-натные, карбонатные породы кембрия, ордовика, перекрыта толщей рыхлых и слабосцементированных
*Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках комплексного проекта № 2010-21801-001 по созданию высокотехнологичного производства, выполняемого с участием российского высшего учебного заведения.
мезозойских отложений, сложенных песчано-алевритисто-глинистыми породами, а у дневной поверхности -современными элювиально-делювиальными образованиями.
В геологическом отношении, вмещающие породы кимберлитовых трубок представлены мархинской и мор-кокинской свитами кембрийской системы и олдондинской свитой ордовика. Мархинская свита состоит из пе-строокрашенных алевролитов, мергелей, аргиллитов, известняков, доломитов и песчаников с редкими прослоями известняковых конгломератов. Породы моркокинской свиты представляются алевролитами и мергелями, часто загипсованными с прослоями известняков, доломитов, реже брекчий и конгломератов. Олдондин-ская свита слагается из сероцветных известняков и доломитов с подчиненным развитием алевролитов, мергелей, аргиллитов и конгломератами [1].
Для проведения исследований были представлены крупнообломочные образцы следующих горных пород: долериты, доломиты, алевролиты, известняки, мергели.
В качестве стабилизатора использован поверхностно-активный препарат «ANT», полученный в результате катализа органических веществ. Действие стабилизатора направлено на создание прочного минерального скелета из имеющихся в грунте элементов (SiO2, CaCO2, AI2O3 и т.д.). Мощный каталитически-связующий процесс, происходящий в грунте под действием препарата, повторяет физико-химические процессы укрепления грунтов и образования каменистых отложений, происходящие в земной коре, но со значительной временной разностью. Для увеличения показателей водостойкости и морозостойкости укреплённого грунта,
рекомендуется применение различных минеральных наполнителей, таких как: неорганические вяжущие, промышленные и горнодобывающие отходы. В связи с тем, что общедоступным к использованию является портландцемент, в качестве минерального вяжущего для производства материалов был выбран портландцемент 400-Д20 Мохсоголлохского месторождения Республики Саха (Якутия), производства ОАО ПО «Якутце-мент», который обладает 26,5 МПа (кгс-кв.см) активностью при пропари-вании (средняя за месяц), 2 группой эффективности при пропаривании, 27 % густотой цементного теста, без признаков ложного схватывания, менее 370 Бк/кг удельной эффективной активностью естественных радионуклидов.
Для изготовления образцов горные породы были измельчены в щековой дробилке и фракционированы для получения оптимальной гранулометрии. При этом содержание глинистых частиц (фракции менее 0,071мм) в укрепляемом материале должно составлять от 10 % до 60 % от общей массы, содержание частиц фракции более 0,25 мм в грунте должно составлять не менее 40 % от общей массы.
С целью корректировки состава укрепляемого грунта в его состав были введены предварительно высушенные при температуре 110 °С в течение 24 часов и измельченные добавки глинистого грунта Тураннахского месторождения РС (Я).
Это сырье обладает удовлетворительной формовочной способностью, средней пластичностью, а также характеризуется малой чувствительностью к сушке, малой воздушной и общей усадками. Данные гранулометрического анализа представлены в табл.1.
Таблица 1
Гранулометрический состав грунта
Частицы, мм мас.%
10 0
5 0
2 2,17
1 7,32
0,5 11,67
0,25 17,01
0,071 24,76
<0,071 37,07
Таблица 2
Состав образцов из укрепленных грун-тов
Навески глины, техногенных грунтов и цемента тщательно перемешивались, добавлялось необходимое количество воды и стабилизатора ANT. Готовая смесь засыпалась в металлическую форму и прессовалась при давлении 3 МПа на гидравлическом прессе. Полученные образцы в виде цилиндров диаметром 50 мм и высотой от 50 мм выставлялись для твердения при комнатных условиях на 28 суток.
Состав образцов представлен в табл. 2.
После прессования, и по истечении 3, 7, 14 и 28 суток снимались замеры массы, диаметра и высоты образцов. Рассчитывались значения плотности, воздушной усадки, остаточной влажности образцов.
Установлено, что основное количество влаги в материалах всех рецептур удаляется в первые 3 суток, причем скорость десорбции и количество остаточной влаги (около 2 мас.%) не зависит от исходной влажности
сырья. Это объясняется тем, что в начале сушки, когда в глинистых грунтах имеется свободная вода, ее передвижение по капиллярам к поверхности испарения происходит с достаточно большой скоростью. При дальнейшей сушке силы, удерживающие влагу на поверхности частиц, возрастают, что служит причиной постепенного уменьшения подвижности влаги и замедления процесса сушки. Процесс сушки считается законченным по истечении 28 суток. Высушенные до постоянной массы образцы считаются исходными и готовыми для проведения экспериментов. Технологическая схема изготовления образцов представлена на рис. 1.
Испытания материалов проводили согласно соответствующих действующих ГОСТ и известных методик.
Научной основой методов укрепления грунтов добавками различной природы является воздействие последних на тонкодисперсную часть грунта. При этом должно быть обеспечено направленное использование присущей грунтам физико-химической и химической активности в целях обеспечения оптимальных условий структурообразования в искусственно создаваемом материале - укрепленном грунте [2].
Главной особенностью методов является то, что правильный выбор веществ в их оптимальных сочетаниях и дозировках, в достаточно широком диапазоне концентраций, позволяет изменять и повышать активность исходного глинистого материала, ускорять процессы формирования более прочной и монолитной структуры искусственного строительного конгломерата [3].
Таким образом, с целью улучшения эксплуатационных показателей материалов из исходного сырья была про-
Наименование Содержание,
мас.%
Глинистый грунт 20, 25, 30
Техногенный грунт 53, 58, 63
Вода 12
Цемент 5
ANT 0,007
Рис. 1. Технологическая схема изготовления образцов
ведена стабилизация этих материалов структурообразующими добавками [4].
Результаты исследования плотности образцов в зависимости от количества вводимых добавок глинистого сырья показали (рис. 2.), что плотность образцов увеличивается с увеличением количества вводимых добавок и позволяют предположить улучшение физико-механических свойств
Рис. 2. Зависимость плотности образцов от содержа ния глинистого грунта
материалов, содержащих в своем составе глинистые грунты в количестве 30 мас. %, цемент в количестве 5 мас.% и стабилизатор «ANT» - 0,007 мас.% .
Воздушная усадка образцов также увеличивается с увеличением количества вводимого глинистого грунта (рис. 3), однако максимальное значение составляет всего 1,37 %, что будет благоприятно сказываться на показателях трещино-стойкости реальных укрепленных грунтов.
Установлено, что прочность при сжатии образцов (рис. 4) повышается с увеличением времени сушки и количества вводимого глинистого грунта. Максимальные значения прочности при сжатии наблюдаются у
Воздушная усадка. % 1,381 1,36 1,34 1,32 1,3 1,28 1,26 1,24 1,22
1
20
25
30
Глинистый грунт, мае % Рис. 3. Зависимость воздушной усадки образцов от содержания глинистого грунта
Рис. 4. Прочность при сжатии образцов
образцов с содержанием глинистого грунта в количестве 30 мас.% и твердеющих в течение 28 суток. При этом прочность при сжатии образцов данной рецептуры составляет 3,4 МПа, что в 1,7 раз выше нормативной, регламентируемой ОСТ 60929601.001-2010.
Полученные результаты исследования прочности при сжатии образцов позволяют рекомендовать материалы следующего состава: вода - 12 мас.%, цемент - 5 мас.%, «ANT» - 0, 007 мас.%, глинистый грунт - 30 мас. %, техногенный грунт - остальное, позволяющие получать конструктивные материалы для строительства оснований карьерных дорог с высокими механическими свойствами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванова В. В. Оценка эффективности освоения Накынского кимберлитового поля // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2007. - № 1. - С. 175-182.
2. Дорожные одежды из местных материалов. П/р Славуцкого А.К. -М.: Транспорт, 1977. -364 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
3. Славуцкий А. К., Еленович A.C., Курденков Б. И. Дорожные одежды из местных материалов. - М.: Транспорт, 1965. - 270 с.
4. Безрук В.М., Еленович A.C. Дорожные одежды из укрепленных грунтов. -М.: ВШ, 1969. -330 с. ЕШ
Буренина Ольга Николаевна - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, bon.ipng@mail.ru
Андреева Айталина Валентиновна - младший научный сотрудник, brick305@yandex.ru Соколова Марина Дмитриевна - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, marsokol@mail.ru
Христофорова Александра Афанасьевна - научный сотрудник, brick305@yandex.ru Институт проблем нефти и газа СО РАН, г. Якутск
Заровняев Борис Николаевич - доктор технических наук, профессор, mine_academy@mail.ru Егоров Григорий Виссарионович - ассистент, brick305@yandex.ru Северо-восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, г. Якутск.
