Сахно И.Г., Кириллова А.А.

Альтернативой для решения ряда задач разрушения горных пород без динамического воздействия может быть использование невзрывчатых разрушающих составов (НРС), применение которых достаточно апробировано в промышленном строительстве при разрушении несущих элементов зданий и сооружений.
Широкое внедрение технологий невзрывного разрушения в условиях подземных горных выработок сдерживается сложностью их практической реализации в реальных условиях, поскольку поведение НРС при колебаниях температуры, влажности, соотношения входящих компонентов, степени перемешивания может существенным образом изменяться. На сегодняшний день НРС в горной промышленности практически не применяются. Одной из основных задач, решение которой позволит широко внедрить НРС в подземных горных выработках является сокращение времени разрушения пород в 10–20 раз.
Известные попытки управлять скоростью протекания реакции реализованы в основном за счет использования химических добавок направленных на стабилизацию свойств в требуемом направлении [1, 3, 4, 5]. Как правило, это повышение скорости гидратации при низких положительных и отрицательных температурах за счет добавления противоморозных жидкостей и ускорителей гидратации, или снижение скорости гидратации за счет добавления замедлителей, пластифицирующих добавок в условиях повышения температуры окружающей среды, что снижает привлекательность способа для производственников по причине увеличения времени затрачиваемого на разрушение. Для условий подземных горных выработок шахт Украины актуальным является вопрос повышения эффективности работы НРС в температурном поле 25–35 градусов, определяемом глубиной разработки и температурным градиентом.
Простота решения, заключающегося в добавлении ускорителей, кажущаяся, поскольку принудительное повышение скорости гидратации таким способом приводит к выбросу НРС из шпуров.
Известно, что реакция гидратации НРС является экзотермической, а индикатором скорости ее протекания может выступать температура НРС [6]. Для исследования процесса «вышпуривания» НРС авторами были проведены лабораторные эксперименты по измерению температуры состава в процессе гидратации.
При этом НРС помещали в тонкостенный стальной стакан с, диаметром 50 мм, и длиной 70 мм. Стакан помещали в емкость цилиндричекой формы с водой, температурой 250 ^оС. Диаметр основания цилиндра рассчитывали с учетом критерия подобия теплопроводности [7], в качестве которого принимали число Фурье. После чего при помощи лабораторных термометров измеряли температуру состава внутри трубы на разном расстоянии от центральной продольной оси. Для ускорения гидратации в приготовленный НРС добавляли карбонат натрия, алюминиевую пудру. Характерные графики роста температуры НРС во времени приведены на (рис. 1).
          Анализ результатов позволяет что при достижении НРС температуры около 1000 ^оС, происходит выброс материала из стакана сопровождающийся хлопком и выделением парогазообразных продуктов. При этом интенсивный рост температуры начинается с отметки 40 ^оС, эта величина является критической, для развитие выброса. Так как при достижении ее температура растет интенсивно что всегда приводило к выбросу НРС. Проведенный эксперимент позволил предположить, что образующиеся парогазовые выделения являются водяным паром. Анализ формулы реакции основного компонента НРС оксида кальция с водой подтверждает верность сделанного предположения. СаО+Н₂О=Са(ОН)2+63,7 кДЖ/моль
При водопорошковом соотношении равном 0,3 вещества реагируют без остатка с образованием гидроксида кальция. Повышение температуры состава до окончания реакции гидратации выше 100 ^оС приводит к выкипанию химически несвязанной воды и образованию пара. Конденсированный пар продолжает реагировать со свободным оксидом кальция и переходит в химически связанное состояние.
Таким образом, повышение температуры окружающей среды приводит к интенсификации процесса гидратации, однако при этом повышается доля объемных изменений за счет выделения парообразных продуктов. Дополнительное внутреннее давление пара способствует выбросу НРС из шпура. В случае когда в экспериментах температура внутри шпура не достигала отметки 400 ^оС выброс не наблюдался, а увеличение смеси в объеме происходило плавно.
          Кроме того было замечено, что прирост температуры по объему шпура происходит неравномерно, разница температуры по центральной оси и у стенки стакана может достигать 7–100 ^оС. То есть, если по центральной оси температура составляет 40 градусов, а на стенке шпура 32 градуса, то выброс произойдет, несмотря на то что средняя температура составляет 360 ^оС.
          Таким образом, регулирование внутришпуровой температуры позволит обеспечить максимальную скорость разрушения при исключении явления выброса НРС. Реализация предложенной идеи может быть достигнута за счет использования патронированного заряда НРС разработка конструкции которого в настоящее время ведется авторами статьи.

          Библиографический список

1. Пат. UA 59940, МПК(2006) C04B 7/34, C04B 24/00 Невибухова руйнівна речовина НРР-80 / Грибко В.Ф.; Щебликін С.В.; Палей А.В. (Україна). – 2002129862; заявл. 09.12.2002, опубл. 15.07.2005; Бюл. № 7. – 6с.:ил.
2. Касьян Н.Н. Обоснование методов управления скоростью роста распорно-компрессионных характеристик невзрывчатых разрушающих веществ / Касьян Н.Н., Сахно И.Г., Шуляк Я.О. // Вісті Донецького гірничого інституту. Донецьк – 2010. – № 2. – С. 209–219.
3. Пат. RU 1648911, МПК 5 C04B7/00 Разрушающий материал / Лугинина И.Г. Шереметьев Ю.Г. (Россия) – 4496506; заявл. 19.10.1989, опубл. 15.05.1991.
4. Пат. RU 2206532, МПК 7 C04B7/34, C04B2/04 Невзрывчатый разрушающий состав / Пустобриков В.Н., Дзагоев Л.М., Шахова С.В. (Россия) – 2001 123309/03; заявл. 20.08.2001, опубл. 20.06.2003.
5. Пат. RU 2160236, МПК 7 C04B7/02 Невзрывчатый разрушающий состав НРС–1 / Дзагоев Л.М., Шахова С.В., Пустобриков В.Н., Рутковский А.Л., Лаптев А.В. (Россия) – 99102648/03; заявл. 10.02.1999, опубл. 10.12.2000.
6. Касьян Н.Н. Обоснование методов управления скоростью роста распорно-компрессионных характеристик невзрывчатых разрушающих веществ / Касьян Н.Н., Сахно И.Г., Шуляк Я.О. // Вісті Донецького гірничого інституту. Донецьк – 2010. – № 2. – С. 209–219.
7. Кутателадзе С.С. Анализ подобия и физические модели. – Новосибирск: Наука, 1986.

© 2012 Кириллова Александра Александровна
© 2012 ДонНТУ