СОСТАВ ДЛЯ КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК Российский патент 1995 года по МПК E21D11/00 E21D20/00 

Изобретение относится к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, а именно к поддержанию подземных выработок.

Известны составы бетона для крепи горных выработок, включающие цемент, песок, щебень и воду. Однако данные составы не обладают достаточными упругими свойствами и как следствие при воздействии бетонной крепи в горных выработках надежность и долговечность сооружений низка. Это связано главным образом тем, что гибкость и податливость бетонной крепи не обеспечивают целесообразное перераспределение напряжения как в породе вокруг выработки, так и в сечении самой крепи. Для сравнения скажем, что целесообразное перераспределение напряжения при деревянной крепи достигается путем смятия заостренного конца стойки или внедрением ее в породу почвы, а податливость арочной металлической крепи обеспечивается смещением верхнего сегмента относительно боковых сегментов. Величина смещения регулируется затягиванием гаек хомутов. Регулирование напряжения таким же образом при бетонной крепи существующих конструкций и состава компонентов не представляется возможным. Отметим, что проявление релаксационных процессов в отвердевшем бетоне очень незначительно и падение напряжений внутри бетона практически не происходит. Другой недостаток бетонной крепи связан тем, что при неравномерных нагрузках на бетонную крепь, вызванной неоднородностью подпираемых горных пород (разная трещиноватость, насыщенность, включение других сред и т. д.), бетон характеризуется во всех точках одинаковой несущей способностью.

Наиболее близким к изобретению по содержанию компонентов и достигаемому результату являются составы для крепи горных выработок, включающие бетон и полимеры в качестве добавок [1]. Однако полимеры, как линейные высокомолекулярные соединения, недостаточно обеспечивают резкого увеличения упругости бетона, так как каждая длинная линейная молекула при гидратации цемента изолируется от других и в бетонной системе по существу отсутствуют упругие элементы.

Цель изобретения - придание составу бетонной смеси высокой упругости, эластичности и податливости с сохранением высокой прочности характеристики крепи.

Достигается это тем, что состав раствора крепи горных выработок, включающий бетон, дополнительно содержит высокоупругий элемент - гранулированные резиновые частицы размерами 1,5-2 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: Бетон 0,99-0,98
Гранулированные резиновые частицы 0,01-0,02.

Гранулированные резиновые частицы, сохраняя высокую упругость как в процессе гидратации цемента, так и в эксплуатации бетонной горной крепи, обеспечивают ее высокую податливость, надежность и долговечность.

С целью определения верхних и нижних значений компонентов, входящих в состав для горных выработок, и установления механических и реологических свойств изделий, были проведены испытания 30-ти образцов размером 15х15х15 см на раздавливание и 30-ти образцов, изготовленных в виде восьмерки, на растяжение. Для приготовления образцов использовали портландцемент марки 400 с плоскостью камня 3,1 кг/дм³, кварцевый песок средней крупности с водопотребностью 7% и плотностью камня 2,6 кг/дм³, гранитный щебень с крупностью 20-30 мм и плотностью камня 2,65 кг/дм³ и пресную воду. Шесть образцов в форме кубика и восьмерки изготовили без добавки гранулированных резиновых частиц и по шесть образцов с добавками гранулированных резиновых частиц в количестве (5, 10, 15 и 20%) от веса цемента, т. е. 0,015; 0,030; 0,045; 0,060 кг/дм³. Изменение механических и реологических свойств определяли через 28-мь суток после изготовления образцов методов статистического раздавливания и растяжения их на прессах.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Как видно из таблицы данных, оптимальный модуль упругости достигается при добавлении в бетонную смесь упругого ингредиента - гранулированных резиновых частиц в количестве 0,030-0,045 кг/дм³. Эти добавки сохраняют высокие упругие свойства как в жидкой смеси, так и в затвердевшей бетонной массе на длительный период, т. к. они не растворяются в водной фазе и нейтральны в гидратации цемента.

Лабораторные экспериментальные исследования физической характеристики образцов предлагаемой бетонной смеси (цемент + песок + щебень + вода + упругий ингредиент) подтвердили следующие его преимущества по сравнению с бетонной смесью без добавки упругого ингредиента; уменьшение значения модуля упругости на 50 %; увеличение коэффициента Пуассона в 1,6-2,0 раза; уменьшение времени релаксации напряжения на 30-40%.

Использование: изобретение относится к подземной разработке полезных ископаемых. Сущность: для придания составу бетонной смеси высокой упругости, эластичности и податливости с сохранением высокой прочностной характеристики крепи. Состав раствора для крепи горных выработок, включающий бетон, дополнительно содержит высокоупругий элемент - гранулированные резиновые частицы - при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: бетон 0,00 - 0,98, гранулированные резиновые частицы 0,01 - 0,02. 1 табл.

СОСТАВ ДЛЯ КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК, включающий бетон и добавку, отличающийся тем, что, с целью повышения упругости состава его эластичности и повышения податливости крепи, в качестве добавки используют высокоупругий материал с пространственной структурой, например гранулированные резиновые частицы, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Бетон - 0,99 - 0,98
Гранулированные резиновые частицы - 0,01 - 0,02