CC BY
19
УДК 622.235
Р.В. Емельянов, С.В. Иляхин
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ ВСТАВКИ В ШПУРЕ С НРС НА ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ПО ПЕРИМЕТРУ
НРС применяют при разрушении старых фундаментов зданий, когда невозможно использовать взрыв. Форма вставки при 5вс/5зк = 15-20% сильно не влияет на развиваемое НРС давление, но может влиять на перераспределение напряжений по периметру и длине зарядной камеры, а значит изменяя форму вставки за счет регулирования радиальных напряжений по периметру зарядной камеры можно менять направление развития трещин и степень дробления горных пород. В результате проведения опытов на плексигласовых кольцах была получена качественная картина направленного разрушения с использованием НРС в сочетании с профильными жесткими вставками. Форма вставок влияет на изменение давления по периметру зарядной камеры, что подтверждается в экспериментах на плексигласовой модели цилиндрической формы.
Ключевые слова: НРС - невзрывчатое разрушающее средство (смесь), отбойка, горные породы, блочный камень , трещинообразование, вставки различной формы, зарядная камера, шпур, установка, жесткие вставки, плексигласовое кольцо, установка, перераспределение , напряжение по периметру.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-209-213
В настоящее время отбойка горной породы с использованием НРС заняла свою нишу. Во первых, это отбойка блочного камня. Но из-за длительности процесса разрушения, измеряемого часами, а иногда и сутками (при отрицательных температурах среды) применение НРС сдерживается. НРС применяют при разрушении старых фундаментов зданий, когда невозможно использовать взрыв. Однако при дроблении железобетона применение НРС ограничено из-за трудности обуривания и малых смещений. В подземных горных выработках НРС используют для оконтуривания свода, особенно при пересечении выработок для уменьшения образования заколов
и тем самым повышения устойчивости кровли. Практически во всех вышеперечисленных случаях необходимо контролировать направление трещинообра-зования.
Данная статья посвящена изучению регулирования процессом трещинооб-разования при использовании НРС за счет помещения вставки различной формы в центре зарядной камеры. Изменяя форму вставки перераспределяются радиальные напряжения по периметру зарядной камеры (шпура), а значит можно менять направление развития трещин и степень дробления горных пород. При успешном внедрении этой технологии на производстве можно снизить выход
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 9. С. 209-213. © Р.В. Емельянов, С.В. Иляхин. 2017.
некондиционных блоков или повысить степень дробления разрушаемых пород.
Цель работы — изучить влияние формы вставки в шпуре с НРС на перераспределения напряжений по периметру шпура.
Методика проведения экспериментов на установках для определения рабочих характеристик НРС
Лабораторные эксперименты по изучению влияния формы вставок, их количества, соотношения площади (объема) поперечного сечения вставки к площади (объему) поперечного сечения зарядной камеры, а также расположения вставки в камере на развиваемое НРС давление проводились на установках для определения рабочих характеристик невзрывной разрушающей смеси (рис. 1), разработанных «проблемной лабораторией разрушения горных пород» при Московском государственном горном институте, и набора жестких профильных вставок.
Методика определения давления, развиваемого НРС в зависимости от параметров вставок и их расположения в зарядной камере.
Рис. 1. Установка Аля определения рабочих характеристик невзрывной разрушающей смеси
Перед проведением исследований установку выдерживают при постоянной температуре окружающей среды (22± ±3 °С) в течение 3 ч. Затем собирают рабочую камеру с одновременной установкой в ней жестких вставок в зависимости от условия эксперимента.
Собранную рабочую камеру устанавливают на подставку строго по оси прибора, прижимают динамометр с помощью винта.
После этого подготавливают рабочую смесь. В ходе экспериментов используется невзрывчатое разрушающее средство СИГБ (аналог НРС-1).
Для приготовления рабочей смеси требуется: весы (для взвешивания порций СИГБ), мерный сосуд (для дозировки воды), емкость для смешивания порошка с водой (на 1—2 л), палочка (для перемешивания смеси), термометр (для определения температуры воды). В чистую емкость для смешивания выливают отмеренное количество чистой (водопроводной) воды = 20—22 °С), а затем в воду при непрерывном перемешивании высыпают отвешенное количество порошка и продолжают перемешивать до получения массы хорошей текучести без видимых комков. При этом отношение весовых частей воды к порошку должно быть равно 0,3. Время перемешивания не должно превышать 8—10 мин. Количество смеси приготавливается из расчета разовой загрузки объема рабочей камеры, который без учета, помещаемых в нее вставок, равен 12,56 см3.
Приготовленную смесь с помощью воронки заливают через отверстие в верхней крышке в рабочую камеру до полного заполнения объема. Осторожным перемешиванием смеси стеклянной палочкой через отверстие в крышке удаляют пузырьки воздуха, попавшие внутрь рабочей камеры.
Путем вращения винта устанавливают нагрузку на рабочую камеру, равную
Р, МПа
^^прямоугольная _ Время, ч
и И-I-I-I-I-I-I-I-I-1
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Рис. 2. Влияние формы вставок на развиваемое НРС давление
1/4 максимального усилия развиваемого смесью. Величину нагрузки контролируют по показаниям динамометра.
По началу роста показаний динамометра фиксируют время достижения усилия, развиваемого смесью при заданной величине нагрузки. Далее увеличивают нагрузку на рабочую камеру путем вращения винта и продолжают измерение. Шаг увеличения нагрузки определяется требуемой точностью измерений и рекомендуется равным 1/10 максимального развиваемого смесью усилия. Измерения заканчивают после прекращения интенсивного роста, развиваемого смесью, усилия.
Результаты экспериментов записывают в журнал и строят график развиваемого усилия от времени выдержки смеси.
После проведения эксперимента установку разбирают, а зарядную камеру очищают от затвердевшей смеси.
Результаты экспериментов на установках для определения рабочих характеристик НРС
Результаты экспериментов, проведенных по вышеуказанной методике, показали, что существует зависимость развиваемого НРС давления от соотношения площади поперечного сечения вставки
к площади поперечного сечения зарядной камеры (5вс/5зк), а также от формы вставок в зарядной камере.
Влияние формы вставок на развиваемое смесью давление во времени. Для этой цели были изготовлены жесткие вставки длиной 100 мм с треугольной (равносторонний треугольник со стороной 21 мм), прямоугольной (6*34 мм), квадратной (14*14 мм) и круглой (диаметр 16 мм) формами поперечного сечения с одинаковым соотношением 5вс/5зк. равным 16%.
Кривые на графике (рис. 2) располагаются параллельно и близко друг к другу. Из графика видно, что большее давление развивается при использовании жестких вставок треугольной, а меньшее — круглой формы, но разница в давлениях не велика. Поэтому, логично сделать вывод о том, что форма вставки при ^вс/^зк = 15—20% сильно не влияет на развиваемое НРС давление, но может влиять на перераспределение напряжений по периметру и длине зарядной камеры.
Поэтому, логично сделать вывод о том, что форма вставки может влиять на перераспределение напряжений по периметру и длине зарядной камеры. А значит изменяя форму вставки за счет
Рис. 3. Вид сборной конструкции для проведения экспериментов на плексигласовых кольцах: 1 — плексигласовое кольцо; 2 — крышки; 3 — шайба; 4 — НРС; 5 — жесткая вставки с резьбой на торцах
Рис. 4. Вид трещин и направление их развития в экспериментах на плексигласовых кольцах: 1 — плексигласовое кольцо; 2 — НРС; 3 — жесткая вставка; 4 — трещины
регулирования радиальных напряжений по периметру зарядной камеры можно менять направление развития трещин и степень дробления горных пород.
Опыты на плексигласовых кольцах
Целью опыта является изучение характера перераспределения напряжении по
периметру зарядной камеры и процесса трещинообразования.
Для проведения экспериментов используют кольца из плексигласа с внешним диаметром 100 мм, внутренним 52 мм, высотой 40 мм. Плексиглас позволяет просмотреть процесс образования и развитие трещин.
В центр кольца помещают жесткую профильную вставку, с нарезанной с обеих ее сторон резьбой. С помощью гайки прикручивают нижнюю крышку к вставке. Затем заполняют плексигласовое кольцо невзрывной разрушающей смесью, заранее приготовленной по вышеописанной методике, и прикручивают верхнюю крышку (рис. 3).
После сбора конструкции, наблюдают за началом образования трещи и их распространением. Полученные наглядные результаты зарисовывают или фотографируют.
Результаты опытов на плексигласовых кольцах
В результате проведения опытов на плексигласовых кольцах была получена качественная картина направленного разрушения с использованием НРС в сочетании с профильными жесткими вставками. Трещины появились через 3,5 ч после заливки НРС. Направление развития трещин представлено на рис. 4.
Вывод
Форма вставок влияет на изменение давления по периметру зарядной камеры, что подтверждается в экспериментах на плексигласовой модели цилиндрической формы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иляхин С. В. Авторское свидетельство № 1828164. Способ направленного разрушения горных пород. 1991.
2. Христолюбов В. Д. Разработка ресурсосберегающего способа добычи минерального сырья невзрывчатыми разрушающими смесями. Дис... к.т.н. — М., 1988. ггш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Емельянов Роман Викторович1 — аспирант, e-mail: [email protected],
Иляхин Сергей Васильевич1 — доктор технических наук, профессор, 1 Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе (МГРИ-РГГУ).
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 9, pp. 209-213.
UDC 622.235
R.V. Emel'yanov, S.V. Ilyakhin
ANALYSIS OF INFLUENCE EXERTED BY SHAPE OF INSERTION IN A HOLE WITH NON-EXPLOSIVE REAMING MIX ON STRESS REDISTRIBUTION ALONG PERIMETER
At the present time, rock breaking using non-explosive reaming mixes (NERM) has taken seat. NERM are used to destruct old foundations of buildings when blasting is inapplicable.
The shape of insertion when Svs/Szk = 15-20% has no strong influence on the pressure developed by NERM but can affect stress redistribution along perimeter of a charge chamber; thus, re-shaping the insertion based on monitored radial stresses along the charge chamber perimeter, it is possible to change directions of crack growth and the degree of rock fragmentation.
The tests of Plexiglas rings have provided a qualitative pattern of directional fracture using NERM in combination with rigid insertions.
The shape of insertions changes the pressure along the perimeter of a charge chamber, which is proved by the tests of cylindrical Plexiglas model.
Key words: NERM—non-explosive remaining mix, breakage, rocks, stone blocks, crack formation, different shape insertions, charge chamber, blasthole, rigid insertions, Plexiglas ring, redistribution, stress along perimeter.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-209-213
AUTHORS
Emel'yanov R.V1, Graduate Student,
e-mail: [email protected],
Ilyakhin S.V.1, Doctor of Technical Sciences, Professor,
1 Russian State Geological Prospecting University
named after Sergo Ordzhonikidze (MGRI-RSGPu),
117997, Moscow, Russia.
REFERENCES
1. Ilyakhin S. V. Copyright certificate no 1828164, 1991.
2. Khristolyubov V. D. Razrabotka resursosberegayushchego sposoba dobychi mineral'nogo syr'ya nevzryvchatymi razrushayushchimi smesyami (Development of resource-saving method of mineral mining with non-explosive reaming mixes), Candidate's thesis, Moscow, 1988.
A
