Обґрунтування рецептур твердіючих сумішей на основі вуглевміщуючих порід Західного Донбасу для комбінованих кріплень капітальних виробок

Abstract

У дисертації на основі вперше встановлених закономірностей реологічних і структурно-механічних процесів у твердіючих сумішах на основі вуглевміщуючих порід Західного Донбасу вирішена актуальна науково-технічна задача з обґрунтування раціональних рецептур твердіючих сумішей як елемента комбінованого гірничого кріплення. На основі експериментальних досліджень доведено, що механічна міцність готового цементного каменю на основі вуглевміщуючих порід є достатньою для забезпечення технологічних та експлуатаційних потреб комбінованого кріплення, яке використовують для підтримання стійкості капітальних виробок шахт Західного Донбасу. Розроблено методику проектування параметрів твердіючих сумішей для комбінованих кріплень з тампонажем закріпного простору та кріплення типу АСН-А («арка – сітка – набризк – анкер»). Проведені дослідно-промислові роботи зі зведення комбінованого кріплення із використанням розроблених твердіючих сумішей, доведена економічна ефективність їх використання.

В диссертации на основе впервые установленных закономерностей реологических и структурно-механических процессов в твердеющих смесях на основе углевмещающих пород Западного Донбасса решена актуальная научно-техническая задача по обоснованию рациональных рецептур твердеющих сме-сей как элемента комбинированной горной крепи. Определены возможные направления использования твердеющих смесей на основе углевмещающих пород в технологическом цикле горнодобывающих предприятий. Впервые разработаны твердеющие смеси на основе углевмещающих пород Западного Донбасса. Установлены экспоненциальные закономерности кинетики структурообразования для разработанных рецептур твердеющих смесей на основе углевмещающих пород. На основе экспериментальных исследований доказано, что полученные твердеющие смеси по реологическим свойствам являются вязкопластичными суспензиями, механическая прочность готового цементного камня на основе углевмещающих пород является достаточной для обеспечения технологических и эксплуатационных потребностей комбинированной крепи, применяемой для поддержания устойчивости выработок шахт Западного Донбасса. Установлено, что полученные рецептуры твердеющих смесей являются однородными, обла-дают высокой устойчивостью к процессу седиметации и меньшей плотностью по сравнению с цементно-песчаными растворами, которые получили широкое применение в горном деле. Экспериментально установлена временная зависимость набора пластиче-ской прочности твердеющих смесей на основе углевмещающих пород Западно-го Донбасса, что позволило определить наиболее рациональное количество ускорителя схватывания − 4% жидкого стекла от массы цемента, применение которого является эффективным в том случае, если существует необходимость в быстром приросте прочности тампонажного камня. Доказано, что наиболее эффективной корректирующей добавкой к разра-ботанным рецептурам торкрет-бетонных смесей является поливинилацетатная эмульсия в количестве 10 % от массы цемента. Установлено, что такое количество ПВА-эмульсии повышает прочность готового камня в возрасте 28 суток при изгибе в 1,5 раза. Величина сцепления цементного камня с поверхностью крепи увеличивается на 10…70 %, что обеспечивает совместную работу крепи и изолирующего покрытия как при выполнении тампонажных работ, так и в те-чение всего срока эксплуатации выработки. всего срока эксплуатации выработки. Установлено, что набрызгбетонное покрытие из твердеющих смесей на основе углевмещающих пород может применятся в качестве элемента комбинированной крепи типа АСН-А («арка – сетка – набрызг – анкер»). Набрызгбетонная смесь на основе углевмещающих пород обладает высокой пластично-стью и проникающей способностью, однако максимальная прочность готового камня при сжатии не превышает 18 МПа. Получены корреляционные зависимости, которые позволяют определить соответствие испытаний образцов полученных твердеющих смесей разрушающим и неразрушающим методами контроля истинным значениям прочности. Доказано, что полученные составы твердеющих смесей являются качественным антикоррозионным покрытием для металлических элементов крепи и, благода-ря высокой адсорбционной способности использованной породы, могут выпол-нять функции противофильтрационной завесы от поступающей из породного массива воды и газа. Разработана методика проектирования параметров твердеющих смесей для комбинированных крепей с тампонажем закрепного пространства и крепи типа АСН-А («арка − сетка − набрызг − анкер»). Проведены опытно-промышленные работы по возведению комбинированной крепи с использова-нием разработанных рецептур твердеющих смесей, доказана экономическая эффективность их использования.

The thesis is based on the first established regularities of rheological, structural and mechanical processes in curing mixtures that based on waste rocks оf Western Donbas. It had been solved urgent scientific and technical problem on a substantiation of rational recipes of curing mixtures as an element of the combined support. On the basis of experimental researches it had been proved that mechanical strength of the ready-made cement stone that based on waste rocks is sufficient to provide technical and operational requirements for combined support that is used to maintain the stability of the workings in Western Donbas. Curing mixtures that based on waste rocks оf Western Donbas are first developed. Methodology of parameter’s design for curing mixtures based on waste rocks for combined support with plugging of the fixing space and for combined support AMSC-А (“аrch − mesh – sprayed concrete – anchor”) were developed. An experi-mental and industrial works to construct the combined support with curing mixtures using were executed. Economic efficiency of curing mixtures using were proven.