НЕВЗРЫВЧАТЫЙ РАЗРУШАЮЩИЙ СОСТАВ НРС-2 Российский патент 2003 года по МПК C04B7/34 C04B2/04 

Изобретение относится к добыче природного камня, строительству или разрушению искусственных материалов, проходке выработок, установке анкеров и проведения других созидательных работ как на открытых, так и подземных горных и строительных предприятиях.

Известен невзрывчатый разрушающий состав (см. А.С. СССР 1283231, кл. С 04 В 7/00, опубл. БИ 12, 1987 г.), содержащий следующие компоненты, мас.%:
Хлорид кальция - 1,0-10,5
Карбонат кальция, содержащий отход сахарного производства - 5,0-20,0
Грубоизмельченная негашеная известь - Остальное
Недостатком данного состава является низкая скорость нарастания разрывающего давления (по истечении 24 ч при низких отрицательных температурах до -15^oС составляет 41,0-42,5 МПа). Высокое водопорошковое отношение (0,54-0,61) и увеличенная крупность негашеной извести снижают скорость гидратации на 30%, а давление до 15%.

Более близкой к заявленному составу принята "Комплексная смесь для невзрывчатых разрушающих составов" (см. Патент РФ 2147562, кл. С 04 В 7/34, 2/04, опубл. БИ 11, 2000 г.), содержащая следующие компоненты, мас.%:
Кальцинированная сода - 2,0-9,9
Глицерин - 3,0-15,1
Алюминиевая пудра - 0,25-0,30
Лигносульфанат технический модернизированный (ЛСТМ 2) - 0,10-2,35
Оксид кальция из обожженных известняка и гипса - Остальное
Недостатком прототипа является его сравнительно невысокая работоспособность при отрицательных температурах в интервале от 0 до -15^oС. Давление и полное время гидратации от заливки до раскола соответственно 34,2-8,4 МПа и 720-1440 мин, что снижает производительность труда.

Задачей данного технического решения является создание невзрывчатого разрушающего состава с высокими работоспособностью труда по отбойке и разрушению при круглогодичной температуре наружного воздуха.

Технический результат заключается в том, что предложенный невзрывчатый разрушающий состав позволяет вести круглогодичные работы на карьерах и строительных предприятиях по добыче природного камня за счет повышения его термодинамических параметров: давления, температуры и времени гидратации и тепловыделения.

Этот технический результат достигается тем, что в известный состав, содержащий измельченный оксид кальция из обожженных известняка и гипса, дополнительно вводят хлорид кальция, хлорид алюминия и денатурированный (этиловый) спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорид кальция - 0,7-7,2
Хлорид алюминия - 0,5-4,5
Денатурированный (этиловый) спирт - 1,0-13,0
Оксид кальция из обожженных известняка и гипса - Остальное
Предложенный невзрывчатый разрушающий состав позволит горным предприятиям и строительным организациям повысить производительность труда более чем на 40% за счет своих высоких термодинамических параметров от +7 до -15^oС.

Введение в оксид кальция добавок хлорида кальция (CaCl₂•6H₂O), хлорида алюминия (AlCl₃) и денатурированного спирта (С₂Н₅OН) ускоряет процесс гидратации, снижает температуру замерзания, способствует растворению оксида кальция, изменяет степень новообразований (увеличение объема) гидроксида кальция (Cа(ОН)₂) за счет снижения водопорошкового показателя (pH) и ионной связи - жидкой фазы. Плотность растворов в зависимости от концентраций указанных добавок колеблется от 1,1 до 1,23 г/см³.

Таким образом, введение противоморозной жидкости и ускорителей гидратации при отрицательных температурах среды оказывает положительное влияние на процесс, а в целом делают состав работоспособным и морозостойким.

Сравнительные термодинамические характеристики предложенного состава и прототипа представлены в таблице.

Исследование механизма гидратации - определения параметров термодинамически как с добавками, так и без них проводились в различных температурных условиях и водопорошковом отношениях по разработанной методике. Определение объемного расширения, температуры реакции, объема газопаровых выделений и времени гидратации в закрытом объеме осуществляли в установке несложной конструкции с внутренним изолирующим слоем, максимально снижающим потери тепла в период гидратации.

Оксид кальция получили непосредственно перед экспериментом путем обжига известняка в шахтной печи. Полученный клинкер подвергли резкому воздушному охлаждению. Параметры обжига: температура 1210^oС и время 3,5-4,0 ч. Помол гранул оксида кальция осуществляли в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности 1220-3500 см²/г с последующим отсевом на ситах 0,2 (50-60%) и 0,08 (~40%).

Тщательно перемешанную смесь уплотняли поршнем. Газы, выделяющиеся в период гидратации от начала заливки в шпуры до "микровзрыва", удаляли через отверстие в резиновую "грушу" с последующим определением газопарового объема. Время гидратации фиксировали секундомером, а ее температуру - термопарой. Увеличение объема расширения составов замеряли по перемещению поршня, что давало возможность сделать перерасчет развиваемого давления.

Исследование процесса гидратации НРС-2 показали, что составы с меньшим водопорошковым отношением (0,30-0,45) как с добавками, так и без них, выше на 30%, а время гидратации - на 40%.

Полученные термодинамические данные (табл. ) - объемное расширение (давление), время и температура гидратации и тепловыделение в зависимости от водопорошкового отношения полностью согласуются с лабораторными и практическими данными.

Пример. В пробуренные шпуры диаметром 42 мм на глубину 0,85 высоты породных блоков заливали при температуре -10^oС и водопорошковом отношении 0,37 состав НРС-2 (см. табл. опыт 7).

Комплексная формула его:
А. До гидратации
xС₂Н₅ОН+yСаСl 6Н₂О+zAlCl₂ 6Н₂О+kСаО,
В. После гидратации
xC₂H₅OH+(k-3/2z)Ca(OH)₂+zAl(OH)₃+(y+3/2z)CaCl₂,
где x, y, z и k - процентное содержание соответственно денатурированного (этилового) спирта, хлорида кальция, хлорида алюминия и оксида кальция до и после гидратации.

Из таблицы видно, что предложенный разрушающий состав по основным параметрам при низких положительных и отрицательных температурах - давлении и скорости с уменьшенным водопорошковым отношением превосходят состав прототипа. Так, за 6 ч состав по прототипу набирает давление в среднем 16,1-18,3, а предложенный от 17,8 до 41,6 МПа. Это достигается действием всех добавок и самого оксида кальция и приводит к увеличению производительности предприятий по отбойке и разрушению монолитных объектов более чем на 40%.

Количество добавок (q_i) денатурированного (этилового) спирта (1), хлорида кальция (2) и хлорида алюминия (3) в зависимости от температуры среды (Ti,^oC) представлены на чертеже (см. график).

Изобретение относится к добыче минерального сырья, отбойке и разрушению искусственных материалов открытым и подземным способом. Технический результат - повышение работоспособности, производительности и морозостойкости НРС. Невзрывчатый разрушающий состав, содержащий измельченный оксид кальция из обожженных известняка и гипса, дополнительно содержит хлорид кальция, хлорид алюминия и денатурированный этиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас. %: хлорид кальция 0,7-7,8; хлорид алюминия 0,5-4,5; денатурированный этиловый спирт 1,0-13,0; оксид кальция из обожженного известняка и гипса - остальное. 1 табл., 1 ил.

Невзрывчатый разрушающий состав, содержащий измельченный оксид кальция из обожженных известняка и гипса, отличающийся тем, что в него дополнительно введены хлорид кальция, хлорид алюминия и денатурированный этиловый спирт при следующем отношении компонентов, мас.%:
Хлорид кальция - 0,7 - 7,8
Хлорид алюминия - 0,5 - 4,5
Денатурированный этиловый cпирт - 1,0 - 13,0
Оксид кальция из обожженных известняка и гипса - Остальное5