Исследование взрывной технологии проходки горизонтальных подземных горных выработок предварительным ослаблением прочности крепких горных пород растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ) - Магистерская работа

1.1 Физико-механические свойства массива крепких песчаных горных пород 1.2 Анализ литературных данных, опубликованных способов ослабления прочности массива горных пород при проведении подземных горных выработок2.2 Исследование физико-механических и технологических свойств массива крепких песчаных горных пород.1 Методика комплексного исследования ослабления прочности массива крепких песчаных горных пород химическим методом с использованием различных типов растворов поверхностно-активных веществ 3.2 Исследование дезагрегации массива крепких песчаных горных пород химическим методом с использованием раствора карбамидаОсновными физическими свойствами являются: пористость, влажность, проницаемость, прочность и др., характер и скорость изменение которых, зависит от условий их образования, минерального состава, структуры, текстуры, интенсивности воздействия, изменяющих физические свойства горных пород. Основными петрографическими факторами, влияющими на свойства пород, являются: минералогический состав (содержание в породе основных компонентов и связующей массы цемента); зернистость (колебания в размерах зерен); пористость (общая, открытая или сообщающаяся); морфология зерен; тип цемента, степень выветривания и вторичные изменения; примеси, включения, конкреции, структура и текстура; трещиноватость (особенно в массиве) /16-23/. В силу возрастания в составе аутигенных (особенно глинистых) минералов вызывает снижение показателей прочности и повышение деформируемости горной породы. Межзеренные связи в горных породах определяются физико-механическими свойствами цемента, заполняющего межзеранное пространство, условиями контакта зерен друг с другом и с цементом. Это распределение допускает существование в породе пустот и микропустот, называемых порами, определяющих компактность (сплоченность) ее структуры, а также трещин и микротрещин, с интенсивностью развития которых связывается степень разрушения породы /30-36/.Вещественно все песчаники представлены обломками полевого шпата и плагиоклаза, порфирита, кварца, сланцев различного состава, углистого материала, хлорита, карбоната, пластиночек слюды. Химически осажденный материал, образующий цемент песчаников является важнейшим компонентом этих пород, так как состав и тип цемента породы находится в непосредственной связи с пористостью и крепостью. Состав цемента песчаников различен и представлен в основном глинистый материал (гидрослюда, каолинит, монтмориллонит, бейделлит, их изменение формы), карбонат, серицит, тонкораспыленный углистый материал, оксиды и гидроксилы железа. Состав цемента влияет и на пористость и на проницаемость породы представляют больший интерес при изучении движения флюидов через породы. Обломки минералов и горных пород разъединены друг с другом и пространство между ними целиком выполнено карбонатным материалом, вследствие чего, песчаник обладает малой пористостью и повышенной механической прочностью.Установлено, что цементирующее вещество массива песчаных горных пород является переменной составляющей и их дезагрегация зависит от состава и типа цементации.После истечения трех суток жидкость отфильтровывали, породу просушивали, затем определяли химический состав, результаты которого свидетельствовали о количестве вымытых компонентов и давали возможность выбора этих реагентов исходя из исходного содержания химико-минералогических компонентов в породе. В табл.3.2 приведены результаты этих исследования, которые показывают, что растворы кислот при воздействии на песчаник вымывают соединения, содержащие железо (1,67 до 89,36%); кальция (от 33,85 до 90,42% ); магния (от 18,00 до 70,09%), а также алюминия (от 6,68 до 9,60%). Например, для песчаных горных пород воздействия 0,5% соляной кислоты приводит к вымыванию соединений железа только после истечения 30-36 часов, а для концентрация 6-8% хватает 8 часов, т.е. увеличение концентрация кислоты приводит в первый момент к различному количеству вымытых соединения, но с увеличением времени начиная с концентрация кислоты количество вымытых минералов стабилизируется. Химический анализ фильтрата не показал никаких результатов, однако исследования, проведенные по определению остаточной концентрация карбамида в фильтрате после воздействия на песчаные горные породы по методике /109/ нефелометрическим способом на прибора ФЭК (рис.3.3) показывают, что концентрация раствора карбамида в системе раствор-песчаник со временем изменяется. Для песчаников с карбонатно-глинистым цементом при насыщении его раствором карбамида характер изменения веса образцов протекает аналогично таковому как и при взаимодействии кислот с песчаниками, имеющими глинисто-карбонатный цемент.

Календарный план

№ Наименование этапов работы Срок выполнения работы Примечание

1. Анализ состояния вопроса химического способа ослабления прочности массива горных пород при проведении подземных горных выработок цель и задачи исследований

2. Комплексное исследование физико-химических свойств массива крепких песчаных горных пород

3. Исследование изменения прочности крепких песчаных горных пород химическим методом с использованием поверхностно-активных веществ

4. Заключение

5. Оформление магистерской диссертации

Студент-выпускник: А.И. Жуманов

Руководитель: проф. Ю.Д. Норов

Оглавление

1. Установлено, что цементирующее вещество массива песчаных горных пород является переменной составляющей и их дезагрегация зависит от состава и типа цементации. Исследованиями также установлено, что при прочих равных условиях для химической дезагрегации наиболее благоприятен песчаник с контактовым типом цементации и менее благоприятен песчаник с базальным типом цементации.

2. Установлено, что характерный цемент массива песчаных горных пород - карбонатно-глинистый. Также установлено, что увеличение содержания карбонатов в составе цемента увеличивает прочность массива песчаных горных пород.

3. Определено, что открытая пористость массива песчаных горных пород составляет в долях единицы от 0,022 до 0,11, а эффективная пористость 0,03 - 0,4 от общей пористости.

Введение

В основных направлениях экономического развития Республики Узбекистан предусмотрен подъем экономики страны, главным образом, за счет ускорения научно-технического прогресса и широкого внедрения ресурсосберегающих технологий. Поиск эффективных путей снижения энергоемкости разрушения массива горных пород является одним из главных направлений современных научных исследований в горной науке.

При выполнении поставленной задачи особое место отводится горно-добывающей промышленности, в особенности - разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом.

В настоящее время проблемы повышения эффективности подземных горных работ решаются путем создания и внедрения различных способов направленного воздействия на состояние массива с целью снижения его механической прочности.

Одним из современных способов воздействия на горный массив крепких песчаных горных пород является их предварительное ослабление прочности или снижение физико-механических свойств массива. Определенный интерес представляет применение химического способа воздействия на массив крепких песчаных горных пород для снижения их прочности за счет воздействия растворов поверхностно-активных веществ и электролитов, обеспечивающих снижение удельного расхода бурения и взрывчатых веществ, решение которых является актуальной задачей горного производства, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

Цель работы - разработка способа ослабления прочности крепких песчаных горных пород химическим методом с применением раствора поверхностно-активных веществ (ПАВ), повышающих эффективность проведения подземных горных выработок и обеспечивающих снижение удельного расхода бурения и взрывчатых веществ (ВВ).