Состав для моделирования горнотехнологических процессов на эквивалентных материалах Советский патент 1986 года по МПК E21C39/00 G09B23/40 

Изобретение относится к горному делу и подземному строительству, а более конкретно к экспериментальным методам оценки напряженно-деформированного состояния массива горных пород на моделях из экви- валентных материалов.

Целью изобретения является повышение достоверности и надежности моделирования путем обеспечения стабильности свойств эквивалентных материалов.

Технология изготовления материала вклю- чает дозировку компонентов, последовательное их перемешивание, заливку в опалубку.

Каждый из компонентов состава выполняет определенную функцию: гипс является связующим, песок - наполнителем, глина - пластификатором, бура - ингибитором отверждения.

Вода вводится в смесь в количестве большем, чем это надо по химической реакции, с целью снижения пористости материала, т. е. частично является наполнителем. Для ее физического связывания в состав смеси входит поливиниловый спирт, который, набухая, образует устойчивый гель, удерживающий воду и обеспечивающий необходимую стабильность свойств эквивалентных материалов.

Пример 1. В смесителе перемешивают сухие компоненты, кг (мае. %): гипс 7,5 (15,0); глина 1,5 (3,0); песок - 28,35 (56,7); поливиниловый спирт 1,5 (3,0). В отдельной емкости растворяют 0,15 кг буры (0,3 мае. %) в 11 кг воды (22,0 мае. %). Раствор постепенно при работающих роторах вводят в сухую смесь и перемешивают в течение 15 мин. Полученную текучую массу заливают в опалубку, где происходит реакция отверждения гипса. Опалубку снимают на 6-е сутки.

Свойства изготовленного состава: прочность на сжатие 0,04 МПа; угол внутреннего трения 6°; пористость 15,6%.

0,33,0

0,44,2

0,65,4

0,86,6

1,07,5

5

0

5

0

Пример 2. В смесителе перемешивают сухие компоненты, кг (мае. %): гипс 15 (30,0); глина 3 (6,0); песок 15,5 (31,0); поливиниловый спирт 2,7 (5,4). В отдельной емкости растворяют 0,3 кг буры (0,6 мае. %) в 13,5 кг воды (27,0 мае. %). Раствор постепенно при работающих роторах вводят в сухую смесь и перемешивают в течение 15 мин. Полученную массу заливают в опалубку и выдерживают в течение 6 сут.

Свойства изготовленного состава: прочность на сжатие 0,36 МПа; угол внутреннего трения 1°, пористость 8,4%Пример 3. В смесителе перемешивают сухие компоненты, кг (мае. %): гипс 20 (40); глина 2,25 (4,5); песок 7,5 (15); поливиниловый спирт 3,75 (7,5). В отдельной емкости растворяют 0,5 кг (1 мае. %) буры в 16 кг воды (32 мае. %). Раствор постепенно вводят в сухую смесь и перемешивают в течение 15 мин. Полученную массу заливают в опалубку и выдерживают в течение 6 сут.

Свойства изготовленного состава: прочность 1,02 МПа; угол внутреннего трения 3°; пористость 5,2%.

Пример 4. В смесителе перемешивают сухие компоненты, кг (мае. %): гипс 11 (22), глина 0,75 (1,5); песок 23,45 (46,9); поливиниловый спирт 2,1 (4,2). В отдельной емкости растворяют 0,2 кг буры (0,4 мае. %) в 12,5 кг воды (25 мае. %). Раствор постепенно при работающем смесителе вводят в сухую смесь и перемешивают в течение 15 мин. Полученную массу заливают в опалубку и выдерживают в течение 6 сут.

Свойства изготовленного состава: прочность на сжатие 0,09 МПа; угол внутреннего трения 10°; пористость 11,7%.

В табл. 1 приведены составы и их свойства.

Таблица 1

Пределы варьирования состава смесей установлены опытным путем. Если содержание компонентов выходит за данные пределы, то получаемые при этом материалы плохо передают свойства слабых пород. В частности, при содержании поливинилового спирта менее 3,0% материал постепенно теряет воду с поверхности, т. е. становится неоднородным, что исключает возможность его практичеКак видно, в период от 10 до 24 сут прочность и пористость материалов практически не изменяются, т. е. в период отработки моделей основные показатели модели сохраняются стабильными. Эта стабильность обеспечивается присутствием в составе смеси поливинилового спирта.

Результаты показывают, что предлагаеского использования. При содержании более 7,5% состав утрачивает необходимую пластичность, становится чрезмерно хрупким.

Для характеристики стабильности свойств материала с течением времени производили испытания образцов различного возраста. Результаты испытаний отражены Б табл. 2.

Таблица 2

мый состав может быть использован для имитации широкого круга горных пород различной прочности (Rex) в различных масштабах моделирования (1/10-1/500). Изменение соотношения между компонентами позволяет регулировать прочность при сохранении низких значений угла внутреннего трения (ф) и пористости (п).