CC BY
3
Ад UNIVERSUM:
№ 5 (122)_& ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_май. 2024 г.
DOI - 10.32743/UniTech.2024.122.5.17470
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ СХВАТЫВАНИЯ И ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
НА ПРОЧНОСТЬ СМЕСЕЙ
Мислибаев Илхом Туйчибаевич
д-р техн. наук, проф., Навоийский горно-технологический университет, Республика Узбекистан, г. Навои E-mail: _ [email protected]
Алимов Шохриддин Мухамматович
ст. преподаватель Алмалыкского флиала Ташкентского государственного технического университета им. И. Каримова,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Туйчиева Дилноза Илхом кизи
ассистент
Навоийского горно-технологического университета, Республика Узбекистан, г. Навои
TIME OF SETTING AND THE EFFECT OF TEMPERATURE ON THE STRENGTH OF MIXTURES
Ilkhom Mislibayev
Doctor of Technical Sciences, Professor, Navoi State Mining and Technology University
Uzbekistan, Navoi
Shokhriddin Alimov
Senior Lecturer, Almalyk Branch,
Tashkent State Technical University named after Islam Karimov,
Uzbekistan, Almalyk
Dilnoza Tuychiyeva
Assistant,
Navoi State Mining and Technology University
Uzbekistan, Navoi
АННОТАЦИЯ
В работе рассмотрены вопросы начало схватывания и продолжительность твердения смеси до проектной прочности, факторы, влияющие на выбор состава твердеющей закладки, влияние горнотехнических условии эксплуатации месторождения на срок твердения закладочного материала, соответствии принятой технологии закладочных и очистных работ, методы определения фактических продолжительности схватывания закладки, процесс гидратации вяжущих компонентов твердеющей закладки. Изучены влияние температуры на срок схватывание и прочность закладочного смеси. Также рассмотрены влияние объема и пористости закладочного материала на прочности закладочного массива. Изучены закономерности изменения температуры закладочного массива и наблюдениями установлено, в каком части массива наиболее высокая температура. Твердение закладочной смеси сопровождается изменением объема. В процессе заполнения выработанного пространства твердеющий раствор под действием собственного веса и в результате дренажа уплотняется.
ABSTRACT
The article deals withissues of the beginning of setting and the duration of hardening of the mixture to the design strength, factors influencing the choice of the composition of the solid stowing, the influence of mining conditions of field operation on the period of hardening of the laying material, compliance with the accepted technology of laying and cleaning operations, methods for determining the actual duration of setting of the stowing, the process of hydration of the binding components of the solid stowing. The influence of temperature on the setting time and strength of the filling
Библиографическое описание: Мислибаев И.Т., Алимов Ш.М., Туйчиева Д.И. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ СХВАТЫВАНИЯ И ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОЧНОСТЬ СМЕСЕЙ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 5(122). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/17470
A UNIVERSUM:
№ 5 (122)_m ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_май. 2024 г.
mixture has been studied. The influence of the volume and porosity of the laying material on the strength of the laying array is also considered. The patterns of temperature changes in the laying array have been studied and observations have established in which part of the array the highest temperature is. The hardening of the filling mixture is accompanied by a change in volume. In the process of filling the developed space, the hardening solution is compacted by its own weight and as a result of drainage.
Ключевые слова: искусственный массив, схватывания, продолжительность твердения, проектный прочность, очистная выемка, процесс гидратации, вяжущие компоненты, закладочный массив, температура закладочного массива, уплотнения.
Keywords: artificial massif; setting; duration of hardening; design strength; cleaning excavation; hydration process; binding components; laying array; temperature of the laying array; seals.
Введение
В мире подземная добыча на современном этапе характеризуется понижением уровня горных работ, которое сопровождается увеличением горного давления и осложнением горно-геологических условий разработки месторождений полезных ископаемых. В таких условиях все большее применение находят системы с закладкой выработанного пространства в основном твердеющими смесями. В связи с этим разработка технологий закладочных работ, обеспечивающих расширение области применения эффективных систем разработки с высокой полнотой выемки, является актуальной задачей, имеющей важное научное и практическое значение для горного производства.
Методология исследований
Состав твердеющей закладки подбирают с таким расчетом, чтобы начало схватывания и продолжительность твердения смеси до проектной прочности соответствовали принятой технологии закладочных и очистных работ. Схватывание смеси должно
Сроки схватывания смесей наиболее
наступать по возможности позднее для обеспечивания времени, необходимого на ее доставку в выработанное пространство и вероятных непродолжительных остановок в работе закладочной установок. Фактическая продолжительность схватывания закладки устанавливается с помощью иглы диаметром 1,1 мм, прикрепленной к цилиндрическому стержню весом 300 г, который свободно может перемещаться по штативу. Пробу смеси с толщиной слоя 4 см устанавливают под углом прибора. Начало схватывания фиксируют, если игла при погружении в смесь не достигает дна на 1 мм, конец схватывания -если игла погружается в смесь всего га 1 мм [1].
Процесс схватывания раствора, приготовленного даже на низкосортных шлаковых цементах, начинается очень быстро, спустя 1 ч после затворения смеси водой. По этой причине цементы в обычном виде малопригодны для твердеющей закладки. Однако добавлением глинистого материала можно флегмати-зировать цементный раствор, затормозить процесс схватывания до 4-5 ч. В случае более, длительных остановок в работе закладочной установки необходимо освобождать трубопровод от смеси [1, 2].
Таблица 1.
ных составов (водовяжущее соотношение 0,7)
Смесь Продолжительность схвативания, ч—мин.
начало окончание
Сульфатироианный цемент и песок (1:3) 1—00 16—00
Шлако-портланд-цемент и песок (1:3) 1 -00 12—00
Сугльфатированный цемент, глина и песок (1:1:6) 5—40 32—00
Шлако-портланд-цемент, глина и песок (1:1:6) 5—50 31—00
Доменный шлак первого сорта и песок (1:3) с 1 % добавления портланд-цемента 6—00 32—00
Быстроохлажденный котельный шлак и песок (1:3) с добавлением 3% портланд-цемента 6—00 32—00
Фильтрованный топливный шлак и песок (1:3) 1—30 14—30
Более благоприятно применение в закладочных смесях молотых шлаков, начало схватывания которых наступает спустя 6 ч после приготовления раствора.
Оптимальный срок твердения закладочного материала устанавливается в зависимости от горнотехнических условии эксплуатации месторождения.
Запасы руды в камерах второй очереди (между -камерных целиках) целесообразнее отрабатывать в возможно короткие сроки после выемки полезных ископаемых из камер первой очереди для сокращения затрат на поддержание и проветривание выработок, а также издержек, связанных с консервацией запасов руды в массиве. При этом большое значение имеет
№ 5 (122)
май, 2024 г.
максимальная концентрация горных работ при достаточно широком фронте очистной выемки в пределах участка. Поэтому время твердения закладки должно быть по возможности небольшим. Прочность закладки возрастает, как известно, прямо пропорционально времени ее твердения. Оптимальный срок твердения рассмотренных составов закладки составляет три месяца. Однако очистную выемку пограничных с закладочным массивом блоков можно начинать спустя 1-1,5 месяца, так как закладочный материал к этому времени приобретает достаточную устойчивость, а нагрузки на него вышележащих пород будут еще относительно небольшими [4].
Процесс гидратации вяжущих компонентов твердеющей закладки протекает с выделением теплоты в количестве 5-9 калорий из 1 г вяжущего вещества в течение 28 дней.
Закладочные массивы больших объемов вследствие высокой пористости материала (25-30%), следовательно, и плохой теплопроводности способны аккумулировать в себе значительное количество теплоты и за счет этого разогреваться до высоких температур. Разогреванию закладочного материала способствует также повышенный расход вяжущих веществ.
Повышение температуры закладочного массива до определенных пределов благоприятно влияет на твердение смеси. Однако при разработке месторождений полезных ископаемых на большой глубине повышение температуры нежелательно, так как оно увеличивает тепловой баланс шахт, осложняя проветривание забоев и охлаждение рудничного воздуха.
Закономерность изменения температуры закладочного массива устанавливали непосредственными замерами в шахтных условиях термисторами, которые помещали в закладку при ее подаче в выработанное пространство.
Термистор представляет собой металлический цилиндр диаметром 5 мм и длиной 6 см. Внутри этого цилиндра находится порошок специального состава, соприкасающийся с электродами, соединенными проводниками с измерительным прибором. Электропроводность порошка изменяется в зависимости от колебаний температуры закладочного массива, что фиксируется амперметром, тарированным в градусах Цельсия.
Результаты и обсуждение
Наблюдениями установлено, что наиболее высокая температура 800 С наблюдалась в центральной части закладочного массива через 8—10 дней после его возведения и в дальнейшем она снижалась до нормальной (20° С) в течение нескольких месяцев. На обнаженных горными выработками поверхностях закладки температура не превышала 350 С. Медленное охлаждение искусственного массива объясняется низкой теплопроводностью закладочного материала. Поэтому оно не оказывает существенного влияния на климатические условия в выработках при обычном их проветривании.
Влияние температуры на прочность закладочных смесей устанавливают испытанием образцов после длительного хранения их под слоем воды в тепловых печах при определенной температуре.
1.5
1А
% I
1.3
10
-с О. ¡1
12
1.1
1.0
1_ у
/ 2 /
20 30 4О 50
60
70
ГС
1-на доменном шлаке; 2- на котельном шлаке Рисунок 1. Влияние температуры на прочность закладочного материала
Увеличение прочности при сжатии образцов, твердевших в условиях повышенной температуры, показано на рис. 1. Необходимо отметить, что нарастание предела прочности при сжатии происходит пропорционально повышению температуры.
С увеличением температуры до 80°С интенсивность твердения закладочной смеси возрастает на 35-50 % по сравнению с образцами, твердевшими в нормальных условиях, т. е. при 20° С.
№ 5 (122)
май, 2024 г.
Твердение закладочной смеси сопровождается изменением объема. В процессе заполнения выработанного пространства твердеющий раствор под действием собственного веса и в результате дренажа уплотняется. Усадка незатвердевшей смеси может достигать 5% и прекращается после схватывания раствора. Затвердевший закладочный массив практически не дает усадки. При расчете бетонных сооружений обычно принимают коэффициент усадки равным 0,00015, т. е. на 1 м длины бетонного сооружения усадка составляет 0,15 мм.
Под действием повышенной температуры закладочный массив расширяется, причем по своей величине это расширение превосходит усадку и создает дополнительный распор на междукамерные целики, повышая их прочность на сжатие.
В результате уплотнения закладочной смеси (под собственным весом) за счет отдачи части воды (дренаж, отстой, испарение) а также экзотермии прочность образцов закладочного массива оказалась
на 60-70 % выше контрольных проб, твердевших в нормальных условиях. Прочностные свойства искусственного массива все время улучшаются, в частности предел прочности образцов за этот период времени увеличился в среднем в 1,8 раза по сравнению с пробами трехмесячного возраста. За прочностными свойствами искусственного массива велись наблюдения п течение трех лет.
Заключение
При определении прочности искусственных массивов целесообразно принимать марку закладки по результатам испытаний образцов, твердевших в нормальных условиях, а увеличение прочности материала в выработанном пространстве учитывать коэффициентом запаса. Объемный вес закладочного материала зависит также от количества и удельного веса составляющих ее компонентов и в основном заполнителя.
Список литературы:
1 Бронников Д.М. и др. Основы технологии подземной разработки рудных месторождений с закладкой. Д.М. Бронников, Н.Ф. Замесов, Г.С. Кириенко. - М.: Недра, 2003. -260 с.
2 Закладочные работы в шахтах. Справочник. под ред. Д.М. Бронникова, М.Н Цыгалова. - М. : Недра, 1999. - 400 с.
3 Кожбанов К.Х. Технология закладочных работ на Орловском руднике. Горн, журнал. - 2005 г. - № 5, -С. 43-45.
4 Ляшенко В.И., Голик. В.И- Совершенствование технологии закладочных работ. Горн.журнал. - 1998.- № 1.-С. 19-22.
5 Юркевич Г.Ф., Леонтьев А.А., Конохов В.П., Гуревич Б.И. Промышленные испытания закладочных твердеющих смесей с воздухововлекающей добавкой. Горн, журнал. - 1999. - № 9. — С. 46-49.
6 BFP. Improved Recovery in Highwall Mining Using Backfill, ACARP Project C3052, Australian Coal Research Limited. 1998.
7 Whitman B.E. Pillar recovery by the undercut-and-fill method at the Zinc Corporation Ltd., and New Broken Hill Consolidated Ltd.-In; Proc. of the 11-th Common Mining and Metallurgy Congress. Hong - Cong.
