Источник: 15-я международная научная конференция молодых ученых. 2009 г.
Совершенствование технологических процессов и применение новых энергосбере гающих материалов является основными задачами научно-технического прогресса не только в горном деле, но и во всех отраслях хозяйственной деятельности. Применение новых инновационных решений в горном деле при сооружении горных выработок способствует сниже нию стоимости добытого полезного ископаемого, а также повышению производительности труда. В частности это касается и возведения крепи горных выработок. Применение нетрадиционных способов возведения крепи горных выработок позволит в некоторых условиях снизить материалоемкость этого процесса и затраты ручного труда. К таким способам относится взрывной способ возведения набрызгбетонной крепи, сущность которого состоит в том, что направленный поток цементно-песчаной (бетонной) смеси фор мируется путем её диспергирования из легкоразрушаемого сосуда при помощи взрыва раз мещенного в нём центрального заряда ВВ.
В работе [1] изложены основные параметры и схемы разработанного в ДонНТУ взрывного способа набрызгбетонирования. Этот способ обладает рядом преимуществ перед традиционными видами набрызгбетонирования, в частности, это использование только энер гии взрыва для подготовки поверхности и нанесения на нее омоноличивающего раствора. Смесь наносится на всю поверхность одновременно, что повышает производительность и исключает образование неоднородного покрытия. Кроме того, в результате воздействия взрыва на компоненты смеси и на саму смесь, набрызгбетон дополнительно уплотняется, об разуя более прочный по своим характеристикам материал.
Существенным отличием взрывного способа набрызгбетонирования от набрызгбето нирования с использованием сжатого воздуха является динамическое воздействие взрыва на компоненты исходной бетонной смеси, сложное движение их от центра взрыва к бетонируе мой поверхности с образованием облака частиц бетонной смеси с неровным передним фрон том. С позиции прочности и качества наносимой крепи эти обстоятельства могут играть как положительную, так и отрицательную роль. С одной стороны воздействие взрыва на компо ненты исходной смеси улучшает качество возводимой крепи, с другой стороны компоненты смеси совершают сложное движение в окружающей атмосфере, которое является на сего дняшнее время мало изученным. Целью данной работы является исследование динамики разлета цементно-песчаной смеси при центральном взрыве с учетом сил инерции и аэродинамического сопротивления. Для решения первой поставленной задачи были проведены эксперименты в условиях взрывной камеры ДонНТУ [2] и демонтируемого угольного бункера закрываемой шахты «Новогродовская» [3].
Методика проведения экспериментов была такой: заряд взрывчатого вещества разме щался в центре сферически симметричной легкоразрушаемой оболочки заполненной це ментно-песчаным раствором. Снаряженное таким образом устройство подвешивалось перед скоростной кинокамерой СКС-1М-16. За несколько секунд до взрывания включалась кино камера, и при достижении заданной скорости съемки производилось взрывание заряда. По сле обработки полученной кинограммы, строилась изохронная эпюра разлета вещества, и определялась эмпирическая зависимость радиуса разлета от времени. Скоростная киносъемочная камера СКС-1М-16 – камера непрерывного транспор- тирования пленки, предназначенная для исследования фотографическим методом быст родвижущихся объектов. Камера позволяет снимать с частотой от 150 до 4000 кадр/сек. Для съемки применяется стандартная кинопленка 16 мм. Экспозиция при максимальной частоте съемки составляет 2,5?10-4 сек.
Для временных измерений фильма использовался отметчик времени – неоновая лам па МН-7, работающей на переменном токе. При частоте тока 50 гц она дает 100 вспышек в секунду. Свет от этой лампы попадает на пленку и засвечивает ее вдоль края вне кадров съемки. После проявления пленки отметки времени выглядят в виде полосок шириной 0,8 мм. Длина каждой отметки изменяться в зависимости от скорости движения пленки, а вре мя определяется расстоянием между двумя отметками. Например, промежуток времени между двумя отметками, считая от начала одной отметки до начала другой, равен 1/100 се кунды. Если на этой длине пленки расположено 30 кадров, то интервал времени между со седними кадрами равен 1/100:30=1/3000 сек. Неоновая лампа включена в сеть последова тельно с сопротивлением 1500 Ом. Для изменения частоты съемки при работе с переменным током применялся авто трансформатор.
В процессе разрушения угольного бункера закрываемой шахты «Новогродовская», опыты проводились в соответствии с описанной выше методикой. Здесь испытывались одно временно два снаряженных сосуда, один подвешенный, а второй уложенный под ним (см. рис. 1). В качестве заряда использовался аммонит 6ЖВ массой 250 г. Масса цементно-песчаной смеси в каждом мешке была рав на 20 кг. Соотношение компонентов – 1:3, водоцементное соотношение – 0,6. Коэффициент корреляции составил 0,9. Полученная эмпирическая зависимость ра диуса распространения фронта частиц от времени имеет такой же экспоненциальный харак тер, как и при разлете порошковых веществ, описанный Стикачевым В.И., Шевцовым Н.Р., Михайловым А.Б. [4, 5].
Подобные исследования динамики разлета цементно-песчаной смеси при централь ном взрыве проводились в условиях взрывной камеры ДонНТУ, которая была построена по проекту «Сталингипрошахт» в 1960 г, для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Разрушение горных пород взрывом», а также для выполнения научно-исследовательских работ.
Для исследования динамики разлета цементно-песчаной смеси в условиях взрывной камеры ДонНТУ применялись полиэтиленовые пакеты для создания водо-распылительных завес толщиной 0,10...0,12 мм. Цементно-песчаная смесь приготавливалась из портландце мента и песка в соотношении 1:3, водоцементное отношение 0,6. Плотность смеси составля ла 1800 кг/м3 . Цементно-песчаная смесь помещалась в полиэтиленовый пакет, связанный снизу таким образом, чтобы снаряженный сосуд имел форму близкую к сферической (см. рис. 4). Общая масса цементно-песчаной смеси в сосуде составляла 23 кг. Затем в центр па кета со смесью помещался заряд взрывчатого вещества. Заряд предварительно обматывался полиэтиленовой пленкой для избежания намокания взрывчатого вещества. В качестве источника тока для взрывания электродетонаторов использовался конден саторный взрывной прибор ПИВ-100 м. Для проверки исправности взрывной цепи и ее эле ментов использовался испытатель взрывной светодиодный ВИС-1. Снаряженный сосуд подвешивался на белом фоне и освещался фонарями. Общая мощность осветительных приборов составляла 3 кВт. Далее включалась, направленная на подвешенный сосуд, камера СКС-1М-16, и после разгона кинопленки до нужной скорости, производилось взрывание. На рис. 5 представлен фрагмент кинограммы, на которой запечатлен разлет цементно- песчаной смеси и изохронная эпюра, построенная по полученной кинограмме. Скорость съемки составила 800 кадр/сек, что соответствует времени между кадрами 1,25 мс.
В результате взрыва заряда 100 г аммонита Т-19 в центре сферически симметричной оболочки из цементно-песчаной смеси на стенках камеры, расположенных на расстоянии 1,5...2,0 м сформировался равномерный слой толщиной 2...3 мм. Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что скорость разлета и дальность разлета смеси зависит при прочих равных условиях от массы и типа заряда. По лученные эмпирические зависимости описывают частные случаи. Для получения зависимо сти, описывающей все случаи необходимо провести ряд теоретических и экспериментальных исследований.