05.01.2021

Промышленные испытания растворов


Опытно-промышленные испытания растворов проводились на шахтах им. Стаханова, им. Засядько, «Южно-Донбасская» № 3 и др.

Целью испытаний было апробирование растворов в промышленных условиях и оценка эффективности их применения для тампонажа закрепного пространства и инъекционного упрочнения пород. В процессе выполнения работ отрабатывалась технология приготовления и нагнетания растворов и оценивалась возможность использования для этих целей серийно выпускаемого оборудования.

В качестве примера рассмотрим результаты опытно-промышленной проверки, которая проводилась на шахте им. Стаханова (блок уклонного поля пласта lq) в камере подъемной машины Ц 2,5х2,0 и на верхней приемной площадке воздухоподающего уклона.

Камера подъемной машины Ц 2,5х2,0 площадью сечения в свету Sсв=41,7 м2 ив проходке Sп=72,9 м2 пройдена по песчано-глинистым сланцам, крепостью 4—6 по шкале проф. М.М. Протодьяконова и закреплена металлобетонной крепью с обратным сводом. Армирующая металлическая конструкция из двутавра замкнута по контуру выработки и представляет собой арку с циркульным сводом типа КДЗУ. шириной 9,04 м, с радиусом верхним 4,7 м, нижним (обратного свода) 7,3 м, с двухсторонней сварной металлической сеткой. После установления металлобетонной крепи пустоты закрепного пространства были заполнены цементно-песчаным раствором.

В результате смещений породного массива, вызванных надработкой, были отмечены деформации крепи камеры в виде заколов и трещин в бетоне. С учетом того, что дальнейшее развитие деформаций привело бы к необходимости перекрепления камеры, было принято решение выполнить тампонаж закрепного пространства раствором на основе доломитовой пыли и глубинное упрочнение пород раствором на основе магнезиальных вяжущих.

Для тампонажного раствора использовалась доломитовая пыль, улавливаемая электрофильтрами и батарейными циклонами Никитовского доломитового завода. Соотношение компонентов вода: доломитовая пыль выдерживалось в пределах 0,5:1. Приготовление и нагнетание раствора в камере подъемной машины осуществлялось отечественным серийно выпускаемым оборудованием, состоящим из штукатурного агрегата СО-57А и насоса НБЗ-120/40, укомплектованного высоконапорной магистралью и герметизатором многоразового использования.

Технологический процесс включал в себя подготовительные работы и непосредственно приготовление и нагнетание скрепляющего раствора. Подготовительные работы состояли из операций по чеканке трещин крепи и бурению шпуров.

Приготовление раствора выполнялось в смесителе лопастного типа, установленном на агрегате СО-57. Объем замеса составлял 75—80 л, время приготовления 5—6 мин. Нагнетание раствора осуществлялось при постоянном давлении насосом НБЗ-120/40. .Давление нагнетания поддерживалось в пределах 1,0—2,0 МПа. Подача насоса регулировалась переключением коробки передач.

Корректировка шага бурения шпуров осуществлялась по выходу раствора из контрольных шпуров и давлению нагнетания при минимальном расходе скрепляющего раствора.

Приготовление и нагнетание раствора в примыкающих к камере выработках верхней приемной площадки производили с помощью лопастного смесителя вместимостью 2,0 м3 и насоса НБ-32.

Для упрочнения пород глубинной инъекцией применялся раствор на магнезиальном вяжущем, в состав которого входили порошок магнезитовый каустический ПМК-83 и водный раствор хлористого магния, плотностью 1,22—1,25 г/см3. Соотношение твердой и жидкой фаз составляло 1,2—1,4.

Приготовление и нагнетание раствора осуществлялось тем же комплектом оборудования на базе агрегата СО-57 и насоса НБЗ-120/40. Давление нагнетания поддерживалось на уровне 3—6 МПа. Качество выполнения инъекционных работ контролировалось радиоволновым прибором типа КИТ. Для контроля качества упрочнения массива и определения его механических характеристик производилось выбуривание кернов.

Промышленные испытания новых растворов показали, что технология тампонажа и инъекционного упрочнения пород с использованием доломитовой пыли и применяемое для этих целей оборудование остаются такими же, как и при использовании цементных и цементно-песчаных растворов.

В то же время упрочнение пород с помощью магнезиального вяжущего имеет свою специфику. В процессе шахтных испытаний был подобран оптимальный вариант комплекта оборудования и технологии применения магнезиальных растворов.

В рекомендуемый комплект оборудования входят: емкость для приготовления водного раствора хлористого магния на базе вагонетки ВГ-3,3, оборудованная съемной крышкой для предотвращения расплескивания раствора и насосом для подачи последнего в смеситель; емкость для транспортирования и хранения сыпучих компонентов (вагонетка с крышкой); штукатурный агрегат типа СО-57 или СО-85; насос типа НБЗ-120/40; высоконапорные рукава с внутренним диаметром 20—25 мм; инъектор (герметизатор) многоразового использования конструкции МакИСИ.

Технология работ по упрочнению включает операции: бурение контрольных шпуров диаметром 42 мм на глубину зоны трещиноватости (до 3 м); определение параметров трещиноватости массива прибором КИТ-1;

- предварительное назначение технологических параметров нагнетания по результатам измерений трещиноватости;

- приготовление магнезиального раствора;

- корректировка параметров инъектирования по результатам пробного нагнетания в контрольные шпуры;

- бурение шпуров в соответствии со схемой их расположения для упрочнения приконтурного массива; нагнетание раствора.

Приготовление инъекционного раствора начинается с растворения хлористого магния из расчета 0,75 л воды на 1 кг хлористого магния. Необходимое количество хлорида магния засыпается в специально оборудованную вагонетку или емкость и заливается расчетным количеством воды. Перемешивание раствора производится до полного растворения соли при плотности 1,22—1,26 т/м3. В зависимости от условий хранения хлористый магний может быть насыщен влагой из окружающей среды. При плотности ниже 1,22 т/м3 или выше 1,26 т/м3 концентрация раствора корректируется добавлением соли или воды.

Непосредственное приготовление раствора осуществляется следующим образом. В смеситель насосом подается 70 л хлористого магния плотностью 1,22—1,26 т/м3. Включается мешалка и одновременно засыпается 21 кг бентонитовой глины. После перемешивания в течение 2—3 мин постепенно порциями добавляется 115 кг ПМК. Перемешивание длится 5—8 мин. При этом отмечается время начала приготовления и время готовности состава к нагнетанию. Готовый состав через вибросито переливается в приемный бункер, а в смесителе готовится новая порция, т. е. приготовление и нагнетание раствора может вестись непрерывно.

Перед нагнетанием раствора в массив производится контрольное опробование оборудования водой. При этом герметизатор устанавливается в шпур только после вытеснения воды из системы магнезиальным составом.

Режим нагнетания подбирается в соответствии с конкретными параметрами трещиноватости массива (числа, величины раскрытия и расположения трещин), которые можно определить с помощью прибора радиоволнового контроля типа КИТ.

Порядок выполнения работ по нагнетанию следующий. Первоначально инъектор герметизируется в донной части шпура. В процессе нагнетания давление постепенно наращивается до оптимального и в дальнейшем поддерживается на заданном уровне, изменением подачи насоса. При превышении давления нагнетания свыше 4,0-6,0 МПа (что свидетельствует о насыщении массива) нагнетание на донном участке шпура прекращается, герметизатор передвигается на следующий участок и процесс повторяется.

С целью дальнейшего совершенствования технологии возведения крепи, использующей несущую способность заинъектированного массива, на шахтах им. Засядько и им. Стаханова проводилась экспериментальная проверка технологии безгерметизационного упрочнения пород. В основе этой технологии лежит дифференцированный подбор режима нагнетания и технологических свойств раствора в зависимости от параметров трещиноватости приконтурного массива (выделяются характерные зоны с определенной интенсивностью и раскрытием трещин), который бы позволил заинъектировать массив без изливания раствора в выработку. Безгерметизационный способ позволяет произвести упрочнение пород без выполнения трудоемких и материалоемких операций по изоляции крепи и заполнению пустот закрепного пространства.

На шахте им. Засядько в ходке в насосную камеру околоствольного двора гор. 529 м испытывалась однокомпонентная схема безгерметизационного упрочнения с применением обычного магнезиального состава, свойства которого регулировались количеством добавляемой бентонитовой глины.

Эксперимент подтвердил принципиальную возможность осуществления безгерметизационного упрочнения пород, однако как показал контроль состояния заинъектпрованного массива, добиться качественного заполнения трещин с помощью обычного раствора не удается из-за его повышенной вязкости.

Более эффективной оказалась технология безгерметизационного упрочнения по двухкомпонентной схеме с использованием быстросхватывающегося магнезиального состава. Этот способ был апробирован в выработках уклонного поля блока № 4, шахты им. Стаханова. Быстросхватывающийся состав получался соединением двух растворов, приготовленных раздельно в двух смесителях. В одном перемешивался водный раствор хлористого магния, ПМК-83 и бентонитовая глина; во втором — вода, латекс и портландцемент. При нагнетании растворы подавались раздельно по высоконапориым рукавам и перемешивались непосредственно в герметизаторе. Для приготовления и нагнетания быстросхватывающегося раствора применялось то же оборудование, что и для обычных магнезиальных составов. Дополнительной реконструкции подвергался насос НБЗ-120/40 путем установки перемычек на всасывающий и напорный коллектор для работы насоса по схеме: два плунжера подают один компонент состава, третий плунжер — второй.

Проведенные эксперименты показали, что с помощью магнезиальных растворов с регулируемыми сроками схватывания можно осуществить безгерметизационное упрочнение пород, однако для широкого практического применения этого способа необходимо создать специальное нагнетательное оборудование, позволяющее производить инъекцию магнезиальных составов по двухкомпонентной схеме в широком диапазоне давлений и производительности.

В процессе испытаний и опытно-промышленной проверки растворов производился отбор керпов тампопажного камня и заинъектированных пород и определение их прочностных характеристик. В табл. 4.10 для сравнения приведены результаты испытаний кернов из выработок, затампонированных с помощью цементно-песчаного и доломитовых растворов.

Как видно из табл. 4.10, прочность тампонажного камня из растворов на основе доломитовой пыли, взятого из закрепного пространства, превышает прочность такого же камня, полученного в лаборатории, что можно объяснить более оптимальными условиями твердения раствора в шахте.

Испытания образцов из кернов упрочненных пород показали, что растворы на магнезиальном вяжущем обеспечивают сцепление со сланцами по затампонированной трещине (прочность на срез) в среднем 4—5 МПа.

Анализ результатов опытно-промышленной проверки разработанных растворов позволяет сделать следующие выводы:

- растворы на основе доломитовой пыли и магнезиальных вяжущих удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым: к тампонажным и инъекционным растворам, используемым при упрочнении пород приконтурного массива;

доломитовые растворы могут эффективно применяться для: тампонажа закрепного пространства и инъекционного упрочнения пород вместо цементно-песчаных растворов и имеют преимущества: низкую стоимость, большую пластичность и проникающую способность при низком водопылевом отношении, повышенные прочность и выход тампонажного камня;

растворы на магнезиальных вяжущих обладают высокими прочностными характеристиками, хорошей проникающей способностью, регулируемыми сроками схватывания, не дают усадки и могут заменять цементные и химические растворы при упрочнении пород.

Технико-экономические преимущества доломитовых растворов открывают перспективу широкого их использования как при креплении вновь проходимых горных выработок, так и при поддержании и перекреплении эксплуатирующихся. B течение 1985—1986 гг. на действующих шахтах ПО «Донецкуголь» и шахтах-новостройках Донбасса для тампонажа закрепного пространства и инъекционного упрочнения пород, было использовано 10 тыс. т доломитовой пыли, что позволило экономить около 6 тыс. т цемента и получить экономический: эффект 150 тыс. руб.





Яндекс.Метрика