Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород

Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород

Експериментально досліджені міцністні та деформаційні властивості гірничих порід, які зміцнені магнезійним і карбамідним сполученнями, з урахуванням ширини розкриття тріщин і вологості породи та температури оточуючого середовища....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2004
1. Verfasser: Ревва, В.Н.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2004
Schriftenreihe:Физико-технические проблемы горного производства
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189893
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород / В.Н. Ревва // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 158-166. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-189893
record_format dspace
spelling irk-123456789-1898932023-04-30T10:39:02Z Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород Ревва, В.Н. Експериментально досліджені міцністні та деформаційні властивості гірничих порід, які зміцнені магнезійним і карбамідним сполученнями, з урахуванням ширини розкриття тріщин і вологості породи та температури оточуючого середовища. Strength and deformation characteristics of argillaceous rocks bonded with magnesia or carbamide compounds are studied experimentally subject to a crack opening displacement (COD), rock moisture, and ambient temperature. 2004 Article Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород / В.Н. Ревва // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 158-166. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2664-1771 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189893 539.2:622.831:552.1 ru Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Експериментально досліджені міцністні та деформаційні властивості гірничих порід, які зміцнені магнезійним і карбамідним сполученнями, з урахуванням ширини розкриття тріщин і вологості породи та температури оточуючого середовища.
format Article
author Ревва, В.Н.
spellingShingle Ревва, В.Н.
Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород
Физико-технические проблемы горного производства
author_facet Ревва, В.Н.
author_sort Ревва, В.Н.
title Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород
title_short Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород
title_full Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород
title_fullStr Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород
title_full_unstemmed Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород
title_sort прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород
publisher Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate 2004
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/189893
citation_txt Прочностные и деформационные свойства упрочненных горных пород / В.Н. Ревва // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. науч. тр. — 2004. — Вип. 7. — С. 158-166. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv AT revvavn pročnostnyeideformacionnyesvojstvaupročnennyhgornyhporod
first_indexed 2025-07-16T12:33:22Z
last_indexed 2025-07-16T12:33:22Z
_version_ 1837806862117896192
fulltext УДК 539.2:622.831:552.1 ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА УПРОЧНЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД Ревва В.Н. (ИФГП НАН Украины) Експериментально дослъджеш мщтстт та деформацшш властивостI гьрничих пори), ям змщнеш магнезШним г карбамюним сполученнями, з ураху- ванням ширины розкриття тр 'щин г вологост) породи та температуры оточу- ючого середовища. 8ТЯЕ1МСТН А Ш ОЕЕОКМАТЮ18 ВЕНАУЮ К ОР ВСЖОЕБ КОСК8 У.РС Кеула 5(геп§1к апс! с/е/огтаИоп сИагас1егШкз о / аг§Шасеоиз госкз Ъопдес! тИк та%пе.иа ог сагЪатШе сотроипдл аге л/исИес! ехрептепШНу зиЬ]ес1 1о а сгаск орепт% сИзр1асетеп1 (СОИ), госк токШге, апс! атЫеп! 1етрега1иге. Одним из эффективных способов предварительного (упреждающего) упрочнения массива трещиноватых горных пород является физико­ химический [1-4], основанный на принудительном нагнетании в нарушен­ ный трещинами массив полимерных смол холодного отверждения, запол­ няющих трещины и скрепляющих отдельные блоки пород в монолит. Свя­ занный таким образом массив становится устойчивым, что обеспечивает надежную работу шахтной крепи и повышает устойчивость горных выра­ боток. Эффективность применения скрепляющих составов для упрочнения горных пород зависит от горно-геологических и физико-химических фак­ торов [5]. Одними из важнейших факторов, влияющих на процесс упроч­ нения кровли горных выработок, являются раскрытие трещин и влажность горных пород, а также температура окружающей среды. В данной работе экспериментально исследованы прочностные и де­ формационные свойства горных пород, скрепленных магнезиальным и карбамидным составами, с учетом ширины раскрытия трещин и влажности породы и температуры окружающей среды. Поскольку химико-минералогический состав пород, который вступа­ ет во взаимодействие с кислотным отвердителем упрочняющего состава, оказывает большое влияние на эффективность упрочнения, а также учиты­ вая результаты предыдущих исследований [6,7], эксперименты проводи­ лись только на аргиллитах в пределах одной литологической разности. Из скрепляющих составов были выбраны наиболее эффективные магнезиаль­ ный с латексом и КФЖ с щавелевой кислотой. Для экспериментальных исследований из кусков аргиллита на кам­ нерезном станке выпиливались призматические образцы с ребром не менее 55 мм. Затем образец разрезался на две половины, наносился клеевой слой 158 толщиной 1, 2, 3, 4, 5 мм. После склейки он помещался в эксикатор. С ис­ пользованием метода ЯМР [8] определялись времена I отверждения и со­ хранения оптимальных прочностных и деформационных свойств составов. Для исследуемых составов необходимые времена выдержки оптимальных свойств составили: для образцов, скрепленных магнезиальным составом - 10-13 суток; для образцов, скрепленных карбамидным составом - 3-7 су­ ток. Для экспериментов по оценке влияния влажности пород образцы ар­ гиллита, естественная влажность у которых составляла 77п = 0,6%, искус­ ственно увлажнялись, а количество влаги определялось методом ЯМР. Удалось получить образцы, влажность у которых изменялась от 0,6 до 2%. После этого производилась склейка образцов и они на время отверждения помещались в эксикатор. Каждые сутки по спектрам ЯМР определялись фазовое состояние и вес контрольных образцов. Экспериментальные образцы для исследования влияния температу­ ры окружающей среды с определенной влажностью породы помещались в эксикаторы, а затем необходимое время выдерживались в холодильных камерах с температурами Т = -10; 0; 5; 10°С, а такж е при комнатной (24°С) температуре. Температура контролировалась с помощью термопары и по­ тенциометра. Подготовленные образцы скрепленных пород деформировались до разрушения на установке неравнокомпонентного трехосного сжатия (УНТС) по методике ИФГП НАН Украины [9]. При этом были реализова­ ны две схемы нагружения (01>02>аз), обеспечивающие минимальные уровни энергии деформирования: В процессе испытания образцов на У Н ТС фиксировались главные напряжения о\ ,02 ,0з и деформации ёь Ег, Ез. Исследовались также два случая ориентации (параллельно и перпендикулярно) плоскости склейки образцов относительно направления действия преобладающего сжимаю­ щего напряжения. На основании экспериментальных результатов рассчи­ тывались наиболее показательные механические константы, характери­ зующие прочностные и деформационные свойства скрепленных пород в условиях объемного неравнокомпонентного сжатия: объемная прочность образца с?1 , модуль объемного сжатия 1) с 3 = 5 МПа, р0 = - 0,8; 2) с 3 = 5 МПа, ц„ = 0,8; где 03 - минимальное сжимающее напряжение, ̂ - параметр вида напряженного состояния Лоде- 159 где оср = 1/3(0! + а2 + о3) - среднее напряжение, ЕСр = 1/3 (е, + е2 + Е3) средняя деформация, Л У - 3 и объемная деформация у •>е ср . Оценка влияния ориентации плоскости склейки упрочненных образ­ цов показала, что при ориентации плоскости склейки перпендикулярно на­ правлению действия преобладающего сжимающего напряжения 01 разру­ шение происходит в основном по породе, а при ориентации параллельно щ разрушение образца осуществляется как по породе, так и по контакту порода - скрепляющий состав. В случае же, когда щ = -0,8 образцы раз­ рушаются в основном по склейке. Поэтому в дальнейших исследованиях упрочненных образцов рассматривалась только одна ориентация плоско­ сти склейки относительно направления действия щ - параллельно (направ­ ление действия а3 перпендикулярно плоскости склейки), а схема нагруже­ ния реализовывалась только одна: о3 = 5 МПа, = - 0,8. На рис. 1 представлены зависимости объемной прочности образцов, скрепленных магнезиальным (кривая 1) и карбамидным составами (кри­ вая 2), от толщины склейки, изменяющейся от 1 до 5 мм. Здесь и на других рисунках каждая точка на графиках соответствует 4-5 экспериментам. Рис.1. Зависимость объемной прочности о / упрочненных образцов ар­ гиллита от толщ ины наносимого слоя б: 1 - для магнезиального состава (1=10 судок); 2 — для карбамидного состава (1=3 суток). При этом а 3 = 5 МПа, р„ = -0,8, \Уп = 0,6%, Т=24°С. 160 Для магнезиального состава прочность упрочненных образцов почти не изменяется, хотя и наблюдается тенденция к уменьшению прочности с увеличением толщины склейки. С увеличением толщины склейки проч­ ность образцов, скрепленных карбамидным составом, существенно уменьшается с 86 МПа до 45 МПа, т.е. на 48%. Деформационные свойства образцов, упрочненных магнезиальным или карбамидным составами, су­ щественно не зависят от толщины склеиваемого слоя. Таким образом, можно предположить, что для пород кровли с силь­ ной трещиноватостью наиболее эффективным будет упрочнение магнези­ альным составом. Учитывая то, что наиболее высокие прочностные свойства скреп­ ленные образцы имеют при толщине склейки 1 мм, в дальнейших экспе­ риментах испытывались образцы только с этой толщиной склейки. С увеличением влажности аргиллита от 0,6% до 1,8% прочность об­ разцов," скрепленных магнезиальным составом (рис. 2, кривая 1), уменьша­ ется от 65 МПа до 39 МПа, т.е. на 40%. аГ , Рис.2. Зависимость объемной прочности а . ' упрочненных образцов аргил­ лита от влажности скрепляемой породы \Уп: 1 - для магнезиального соста­ ва (1=13 суток); 2 - для карбамидного состава (1=5 суток). При этом Оз = 5 МПа, = -0,8, Т=24°С, 6 = 1 мм. Влияние влажности породы, упрочненной карбамидным составом, не столь существенно и при изменении ее от 0,6 % до 2% объемная прочность образцов уменьшается с 82 МПа до 69 М Па, т .е только на 16%. Модуль объемного сжатия К образцов, скрепленных магнезиальным составом, с увеличением влажности пород от 0,6% до 1,8% уменьшается от 4 ,3ПО3 161 МПа до 3,75-103 МПа (рис.З, кривая 1), т.е на 13%, а объемная деформация ~ (рис. 4, кривая 1) увеличивается с 36 ■ 10‘3 до 45 • 10'3, т.е. на 25 %. Бо­ лее существенно зависят от влажности деформационные свойства образ­ цов, скрепленных карбамидным составом. Так с увеличением влажности пород от 0,6% до 2,0% модуль объемного сжатия скрепленных образцов (рис.З, кривая 2) уменьшается от 3 -103 МПа до 1,4 ПО3 МПа, т.е. почти в два раза, а объемная деформация (рис.4, кривая 2) при этом увеличивается с 24• 103 до 65'10 3, т.е. в 2,7 раза. К 1 0 3, Рис.З. Зависимость модуля объемного сжатия К образцов аргиллита от влажности скрепляемой породы \Уп: 1 - для магнезиального состава (1=13 суток); 2 - для карбамидного состава (1=5 суток). При этом а 3 = 5 МПа, ц„ = -0,8, Т=24°С, б = 1 мм. На основании экспериментальных исследований следует вывод, что влажность скрепляемых пород более существенно влияет на прочностные свойства образцов, скрепленных магнезиальным составом, и на деформа­ ционные свойства образцов, упрочненных карбамидным составом. Таким образом, можно предположить, что для условий повышенной влажности упрочняемых пород более эффективным будет упрочнение кар­ бамидным составом. С понижением температуры окружающей среды от 24 °С до - 10 °С объемная прочность образцов, скрепленных магнезиальным составом, поч­ ти не изменяется (рис. 5, кривая 1), а для случая упрочнения карбамидным составом объемная прочность образцов уменьшается с 82 МПа до 50 МПа (рис. 5, кривая 2), т.е. на 39 %. 162 20 10 0 0,5 1,0 1,5 2,0 XV,,, % Рис.4. Зависимость объемной деформации образцов аргиллита от влажно­ сти скрепляемой породы: 1 - для магнезиального состава (4=13 суток); 2 - для карбамидного состава (4=5 суток). При этом 0 1 = 5 МПа, |д, = -0,8, Т=24°С, б = 1 мм. Рис.5. Зависимость объемной прочности 0 / упрочненных образцов аргил­ лита от температуры окружающей среды: 1 - для магнезиального состава (4=13 суток); 2 - для карбамидного состава (4=5 суток). При этом 03 = 5 МПа, ца = -0,8, Т=24”С, с!= 1 мм. 163 Деформационные свойства образцов, скрепленных магнезиальным или карбамидным составами, с понижениями температуры изменяются в сторону увеличения пластичности. Так при изменении температуры окру­ жающей среды от 24°С до -10°С модуль объемного сжатия К образцов, склеенных магнезиальным составом, уменьшается с 4 ,4Т03 МПа до 2,6Т03 АУМПа (рис. 6, кривая 1), т.е. в 1,7 раза, а объемная деформация — увели­ чивается с 3 1 1 0"3 до 46Т 0 '3 (рис. 7, кривая 1), т.е. на 48%. У образцов, скрепленных карбамидным составом, с понижением температуры модуль объемного сжатия К уменьшается с ЭТО3 МПа до 1,6 ТО3 МПа (рис. 6, кри­ вая 2), т.е. в 1,87 раза, а объемная деформация увеличивается с 21 ПО’3 до 45ПО’3 (рис. 7, кривая 2), т.е. почти в 2 раза. С повышением влажности ок­ ружающей среды от 72% до 98% влияние температуры на деформацион­ ные свойства скрепленных образцов становится еще более существенным, особенно, для случая упрочнения карбамидным составом. Следовательно, понижение температуры окружающей среды увели­ чивает пластические свойства образцов, скрепленных как магнезиальным, так и карбидными составами, и существенно влияет на прочностные свой­ ства образцов, упрочненных карбамидным составом. Поэтому для условий с пониженной температурой окружающей среды (например, условий веч­ ной мерзлоты) наиболее эффективным будет упрочнение пород магнези­ альным составом. К 1 0 3, МПа 5 4 3 2 1 О -10 0 10 20 Т ,°С Рис.6. Зависимость модуля объемного сжатия упрочненных образцов аргиллита от температуры окружающей среды: 1 - для магнезиального со­ става (1=13 суток); 2 - для карбамидного состава (1=5 суток). При этом о3 = 5 МПа, ц0 = -0,8, ЗУп = 0,6%, с! = 1 мм, 164 50 40 30 20 2 1 10 0 -10 0 10 20 Т, °С Рис.7. Зависимость объемной деформации упрочненных образцов аргил­ лита от температуры окружающей среды: 1 - для магнезиального состава (1=13 суток); 2 - для карбамидного состава (1=5 суток). При этом о3 = 5 МПа, щ = -0,8, \Уп = 0,6%, 6 = 1 мм На основании проведенных исследований можно сделать следующие рекомендации. Как магнезиальный, так и карбамидный составы могут быть использованы для упрочнения горных пород в условиях пониженной температуры и повышенной влажности пород. Наиболее эффективным бу­ дет упрочнение пород магнезиальным составом для условий пониженной температуры, а карбамидным составом для пород с повышенным содержа­ нием влаги. 1. Бутенко И.Т., Кара В.В., Сальников В.К., Пихович И.Я. Химический способ упрочнения пород в очистных забоях угольных шахт. - Киев: Техника, 1978. - 67с. 2. Васильев В.В., Белоусов Ю .И., Срибный М.А. Об укреплении пород физико-химическим способом //Уголь. - 1982. - №2. - С .16-18. 3. Давыдов В.В., Белоусов Ю.И. Химический способ укрепления пород. - М.: Недра, 1977.-2 2 8 с . 4. Докукин А.В., Васильев В.В. Физико-химическое воздействие на мас­ сивы горных пород и угля. - М.: ЦНИЭИ уголь, 1982. - 49с. 5. Васильев В.В. Полимерные композиции в горном деле. - М.: Наука, 1986.-2 9 6 с . СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 165 6. Алексеев А.Д., Ревва В.Н., Ульянова Е.В., Левченко В.И. Оценка фазо­ вого состояния и прочностных свойств скрепляющих составов горных пород. //Физика и техника высоких давлений. - 1989.- Вып, 32. - С.55-57. 7. Ревва В.Н., Ульянова Е.В., Алексеев А.Д. Влияние влажности пород на эффективность их упрочнения скрепляющими составами. //Физика и техника высоких давлений. - 1990. - Вып. 34. - С.65-67. 8. Способ определения степени упрочнения малоустойчивой кровли гор­ ной выработки: А.С. 1724881 СССР Е21Д 11/00. / А.Д. Алексеев, В.Н. Ревва, Е.В. Ульянова, Н.А. Рязанцев (СССР). - №4692258. Заявлено 16.05.89; опубл. 07.04.92. Бюл. №13. - Зс. 9. Алексеев А.Д., Ревва В.Н., Рязанцев Н.А. Разрушение горных пород в объемном поле сжимающих напряжений. - К.: Наукова думка, 1989. - 168с.

Ähnliche Einträge