Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка способа и обоснование параметров разрушения горных пород с использованием невзрывчатых разрушающих составов при низких температурах

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Разработка способа и обоснование параметров разрушения горных пород с использованием невзрывчатых разрушающих составов при низких температурах"

На правах рукописи

ПУСТОБРИКОВ Владимир Николаевич

РАЗРАБОТКА СПОСОБА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕВЗРЫВЧАТЫХ РАЗРУШАЮЩИХ СОСТАВОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Специальность: 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая, строительная);

25.00.20 - Геомеханика, разрушение горных пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Владикавказ - 2005

Работа выполнена в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете) и ОАО «Керамик».

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор

КОНДРАТЬЕВ Юрий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

ИГНАТОВ Виктор Николаевич

доктор технических наук, профессор

ВИКТОРОВ Сергей Дмитриевич

доктор технических наук

КАГАН Герман Файвович

Ведущая организация:

ОАО «Кавказцветметпроект»

Защита состоится « /7» ■Тм/о^Я. 2005 г. в J^ часов на заседании диссертационного совета Д 212.246.02 при Северо-Кавказском горнометаллургическом институте (государственном технологическом университете) по адресу: 362021, PCO-Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44. Факс: (8672) 74-99-45.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « /г7» 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., проф.

Гегелашвили М.В.

2,006-1/ ¡ЧЫ9

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для горного производства важное значение имеет проблема устойчивости законтурного массива, от решения которой зависят эффективность и безопасность горных работ, чистота окружающей среды, полнота извлечения полезных ископаемых.

В современной практике отработки карьеров и рудников, проходки выработок и строительства подземных сооружений в большинстве случаев применяют буровзрывной способ, один из недостатков которого - сейсмическое действие взрыва на законтурный массив, его нарушение и значительное ослабле-

Несмотря на достигнутые успехи в управлении отбойкой пород взрывом за счет применения зарядов специальных конструкций, в ряде случаев не обеспечиваются требуемые конечные результаты, нарушается работа погрузочно-транспортных средств, на 30-35 % падает производительность труда, резко возрастают потери полезного ископаемого. По данным ряда исследователей, при добыче монолитных блоков потери достигают 40 % и более за счет получения недоброкачественных профильных поверхностей, снижается чистота среды и увеличиваются площади под отвалы некондиционных блоков.

Возможным направлением решения этой проблемы является статический метод разрушения горных пород с использованием невзрывчатых разрушающих составов (НРС). Широкое внедрение НРС в практику выемки запасов минерального сырья сдерживается отсутствием теоретических и экспериментальных исследований их термодинамических характеристик и химико-математической модели кинетики гидратации; модели распределения энергии заряда НРС в горном массиве; способов и средств управления полями напряжений в отбиваемом массиве с прогнозированием характера разрушения при известных параметрах горных пород, а также невозможностью использования существующих составов при низких положительных и отрицательных температурах.

Решению указанных вопросов посвящена настоящая диссертационная работа, выполненная в ходе реализации программы совместных исследований Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета) и ОАО "Керамик", проводившейся с 1988 г.

Цель работы. Теоретическое обоснование и рдзботка безвзрывной тех-

*

ние.

нологии добычи минерального сырья с испол

IX низких

положительных и отрицательных температур, а также рецептур НРС, способов и средств для ее реализации.

Основная идея работы заключается в выявлении закономерностей распределения напряжений, возникающих в отрабатываемом горном массиве при механическом и тепловом взаимодействии зарядов НРС с горными породами при низких положительных и отрицательных температурах с учетом физико-химических свойств разрушаемых горных пород и разработанных НРС, а также в разработке способов и средств, повышающих эффективность их использования.

Методы исследования. В работе применен комплексный метод исследо- ^ вания: критический анализ и обобщение ранее выполненных исследований; теоретические исследования с использованием положений теорий теплопроводности и теплопередачи, упругости, конечных элементов, волновой механики, оптической поляризации; лабораторные исследования с использованием методов определения физических свойств горных пород, микроскопии, фотопланиметрии, математического моделирования и компьютерных статических программ, полупромышленных испытаний и технико-экономического анализа их результатов.

Положения, выносимые на защиту

1 Математическое описание зависимости свойств некоторых горных пород (с учетом глубины их расположения от обнаженной поверхности) от температуры окружающей среды

2. Рецептура, технология изготовления и результаты исследования свойств новых многокомпонентных расширяющихся смесей на основе высокоактивного оксида кальция, предназначенных для использования в условиях < низких положительных и отрицательных температур.

3. Математическое описание картины полей напряжений, возникающих в отрабатываемом горном массиве при механическом и тепловом взаимодейст- * вии одного или нескольких зарядов НРС, расположенных различным образом, с горными породами.

4 Закономерности зарождения и распространения трещин раскола, возникающих в разрушаемом горном массиве под действием зарядов НРС, при наличии одной или нескольких обнаженных поверхностей.

t

5. Методика расчета параметров технологий отбойки и пассировки блоков горных пород, оформления контуров выработок Технические способы и средства, повышающие эффективность использования НРС.

Научная новизна

1. Установлены закономерности изменения свойств горных пород от температуры окружающей среды с увеличением глубины залегания пород от обнаженной поверхности. ' 2. Разработан способ определения рецептур и подбора добавок для новых

НРС, обеспечивающих эффективное разрушение горных пород при низких положительных и отрицательных температурах Составлены рецептуры семи НРС, исследованы их физико-химические (в том числе и термодинамические) свойства.

3 На основе метода конечных элементов разработано математическое опиисание картины полей напряжений, возникающих в отрабатываемом горном массиве при механическом и тепловом воздействии одного или нескольких зарядов НРС, расположенных различным образом. Полученное описание подтверждено экспериментами на эквивалентных материалах с использованием методов оптической поляризации, акустики и термоупругости.

4. С использованием волновой теории упругих колебаний определены зоны суперпозиции напряжений, создаваемых соседними зарядами НРС, которые могут находиться на поверхности шпуров и вне ее в зависимости от наличия и количества обнаженных плоскостей; расстояния между шпурами и давления, развиваемые зарядами НРС. Установлено, что направление и скорость распространения трещин раскола определяются амплитудой, фазой и скоростью распространения волн напряжений в разрушаемых породах, их плотностью и давлением, создаваемым зарядами НРС в шпурах.

5. Предложены формулы для определения расстояния между шпурами, I сближения их устьевых или донных частей, радиуса зоны образования эффективных трещин, линий наименьшего сопротивления, глубины шпура и заложения в нем заряда НРС, удельного его расхода. Разработаны конструкции кон центраторов напряжений, клиновых иденторов, повышающих направленность действия зарядов НРС.

Научная новизна подтверждена 8-ю патентами РФ на изобретения.

Практическая значимость

1 Полученные зависимости изменения свойств горных пород от температуры окружающей среды и глубины их залегания от обнаженной поверхности в совокупности с установленными физико-химическими свойствами НРС разработанных рецептур позволяют определить их области применения без проведения экспериментальных исследований

2 Определение картины полей напряжений, выявление зон суперпозиции упругих колебаний, зарождения и распространения трещин раскола обеспечивают направленное действие зарядов НРС за счет изменения расположения шпуров.

3. Разработанная методика расчета параметров технологий отбойки и пассировки блоков горных пород, оформление контуров выработок позволяют получить бездефектные блоки минерального сырья, обеспечить их качественную разделку, заданную геометрию горных выработок. Предложенные технические способы и средства, повышающие эффективность использования НРС, сокращают время добычных работ и повышают производительность труда.

4. Предложенная технология с использованием разработанных НРС позволяет вести добычу полезных ископаемых в условиях низких положительных и отрицательных температур, исключает сейсмическое действие на окружающий массив, повышает безопасность труда и снижает негативное экологическое воздействие горно-добычных предприятий.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием комплексных методов исследований, хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и в промышленных условиях, положительными результатами реализации разработанной технологии с использованием НРС предложенных рецептур, способов и средств, повышающих их эффективность.

Реализация работы

Результаты исследований использованы при проектировании и строительстве Бакинского метрополитена, при добыче горных пород на карьерах "Попов хутор", "Кавдоломит", "Геналдон", "Галашкинский", "Карабулакский", "Ржевский" и рудниках: Тырныаузского ВМК, Садонского рудника ССЦК, "Вединский" (Армения), а также в тоннельно-строительном управлении г. Владикавказа с общим экономическим эффектом (в ценах 2003 г ) более 1,5 млн р.

Отдельные результаты исследований внедрены в практику работы института "Кавказцветметпроект", используются при чтении курсов "Разрушение горных пород" и "Физика горных пород" в СКГМИ (ГТУ).

Результаты исследований могут быть использованы другими предприятиями, занимающимися отработкой минерального сырья, проведением горных выработок, строительством сооружения и т.н.

Апробация работы

Основные положения диссертационных исследований были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на семинарах, совещаниях и конференциях: "Вопросы устойчивости бортов карьеров и откосов дорог, нарушенных открытыми горными работами и селевыми потоками" (г. Нальчик, 2000 г.); "Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект и информациологии" (Москва-Владикавказ, 1999 г.); "Экология и чистота окружающей среды" (г. Владикавказ, 1999 г.), "Пути повышения добычи полезных ископаемых с применением новых способов разрушения" (г. Владикавказ, 1995 г.); а также на научно-технических и технических советах горнодобывающий предприятий: Зодского рудника объединения "Армзолото"; рудника открытых работ Тырныаузского ВМК; карьероуправления "Кавдоломит"; Садонского рудника СС1ДК; Владикавказского (Орджоникидзевского) тоннель-но-строительного управления; Ржевского нерудного карьера; карьеров: "Генал-дон"; "Галашкинский" и "Карабулакский"; на ежегодных научно-практических конференциях СК ГМИ (ГТУ) в 1987-2004 гг ; на научно-технических советах "ВНИИЦВЕТМЕТ", "АрмНИИПроцветмет", "ВНИПИгорцветмет", МГГУ и ИГПСОН РАН.

Публикации

Общий список трудов по теме диссертации включает 43 работы, в том числе монография, 2 учебных пособия, 32 статьи и 8 патентов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и 13 приложений, включает 88 рисунков, 56 таблиц, список литературы из 191 наименования.

Автор выражает глубокую признательность за помощь, ценные советы и внимание к работе своему научному консультанту проф., д.т.н. Кондратьеву Ю.И., проф., д.т.н. Рутковскому А.Л., доц., к.т.н. Агаеву В.В. и сотрудникам горно-добыьающих предприятий, оказавшим авгору помощь при проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Анализ современных технологий безвзрывной отбойки и разрушения скальных пород

В горно-рудной промышленности основные технологические процессы связаны с разрушением горных пород. На отбойку, вторичное дробление пород, на проведение горных выработок различного назначения и срока службы и другие процессы приходится до 70 % трудовых затрат

Все способы отбойки и разрушения горных пород классифицируются по двум признакам - по виду энергии, которая передается породе (энергетический признак), и по способу разрушения (технологический признак) и разделены на четыре класса - механический, тепловой, электрический и комбинированный

Использование взрывчатых веществ, несмотря на их высокую разрушающую способность, мобильность, универсальность и значительную зону разрушения, имеет следующие недостатки' выделение значительного количества газообразных продуктов, шум, необходимость особых мер безопасности, неуправляемость отрыва, низкий выход годной продукции и значительные потери.

Анализ способов безвзрывного разрушения горных пород показал, что всем существующим способам присущи следующие недостатки' высокая энергоемкость, громоздкость, малая надежность, вредное воздействие на человека, высокая стоимость. Многие невзрывчатые способы находятся на стадии научно-исследовательских и проектных работ. Эти недостатки способствуют поиску и созданию дешевых перспективных способов разрушения горных пород.

В практике открытой и подземной разработки полезных ископаемых, подземного строительства применяют статические способы разрушения горных ' пород, основанные на создании растягивающих усилий в массиве- механический, ориентированный флюидоразрыв (ОФР); гидроклиновой; ударно-клиновой; гидророксплитгеры (HRS) и химико-механический с использованием невзрывчатых разрушающих составов (НРС).

Способы невзрывчатого разрушения с использованием гидроклиньев, гидродомкратов, электрогидравлических установок, ОФР и HRS требуют использования дорогостоящих материалов, оборудования, высоких затрат. Поэтому их главным конкурентом являются невзрывчатые разрушающие составы типа НРС (Россия), Bristar (Япония), Betonamit (Италия) и др

Передача энергии от НРС горной породе осуществляется давлением, развиваемым в период гидратации заряда НРС, основным компонентом которых является оксид кальция. Созданию этого способа содействовали работы М И.Николаева, И А. Краснопольского, А.И. Косолапова, Ю.И. Игнатовича, В Д Христолюбова, А П Дмитриева, Ю.И. Протасова, С.А. Гончарова, Е М Морозова, В.И. Киреева, А.И Зорина, Г.Н. Савина, Я.Б. Якимечко, З.С. Сажне-вой, НИ Никифорова, Г.И Ляхова, В.В. Ржевского, М.С.Чеченкова, С.Д. Викторова, Г.А. Янченко, Г.Г. Каркашадзе и ряда других исследователей.

Несмотря на большой объем выполненных теоретических и экспериментальных исследований, анализ и обобщение литературных данных позволили сделать вывод, что ранее разработанным НРС свойствен общий недостаток -малая или нулевая эффективность при работе в условиях низких положительных или отрицательных температур (от +5 °С и ниже). Другие факторы, сдерживающие широкое применение НРС - отсутствие или закрытие предприятий по изготовлению по изготовлению составов, а также исследований по применению НРС при низких положительных и отрицательных температурах

Ученые в нашей стране (ВНИИстрома им. П.П. Будникова, МГГУ, МГГРА, Северо-Кавказского горно-металлургического института и др.) и за рубежом (Япония, США, Чехословакия, Германия и др ) ведут исследования по совершенствованию НРС за счет введения химических и минералогических добавок-регуляторов реакции гидратации ускорителей, замедлителей, противо-морозных присадок, пластификаторов и т д. Ими предложены формулы расчета радиусов зон разрушения от действия зарядов НРС, учитывающие их расход, крепость пород, расстояние между шпурами и глубину их заложения. Установлены зависимости изменения растягивающих напряжений от диаметра шпуров и давления, развиваемого зарядом НРС Для направленного использования энергии зарядов НРС предложены конструкции концентраторов напряжений, специальные способы расположения шпуров и создания в них зарядов НРС, вскрыты основные аспекты процесса совершенствования НРС при использовании их для условий низких положительных и отрицательных температур. Тем не менее требует решения ряд важных вопросов: теоретические и экспериментальные исследования термодинамики и химико-математические модели кинетики гидратации; модели распределения энергии зарядов НРС с волновой точки зрения и средств управления полями напряжений. Именно с этих позиций поставлена цель - обосновать и разработать технологию безвзрывной добычи ми-

нерального сырья с использованием НРС в условиях низких положительных и отрицательных температур, а также рецептуры, способы и средства для ее реализации Для ее решения в наших исследованиях поставлены и решены следующие задачи:

1. Изучение физико-химических свойств минерального сырья для производства НРС и разрушаемых скальных пород при различных нагрузках и низких положительных и отрицательных температурах Исследование температурных полей, возникающих в породах, при различных метеорологических условиях.

2 Разработка и исследование рецептур невзрывчатых разрушающих составов, определение условий их применения, опытно-промышленное опробы-вание на различных горных предприятиях.

3 Теоретические исследование и экспериментальная проверка полей напряжений, возникающих в разрушаемых массивах горных пород при различном расположении шпуров с зарядами НРС в диапазоне температур +5 --15 °С Вывод формул для расчета технологических параметров отбойки и разрушения горных пород

4. Разработка способов и средств, обеспечивающих направленное действие зарядов НРС, их опытно-промышленные испытания

Взаимосвязь тепловых, акустических, прочностных и химических свойств карбонатных пород с изменением температуры

Сопротивление горных пород в условиях разнопеременных температур зависит от их прочностных, упругих, тепловых и химических свойств, позволяющих преобразовывать вводимую тепловую статическую нагрузку для создания разрушающих напряжений Свойства НРС определяются свойствами горных пород, из которых они изготавливаются В связи с этим возникла необходимость проведения детального изучения указанных характеристик исследуемых пород и их поведение в физических полях при низких положительных и отрицательных температурах среды.

Плотность, пористость, влагопоглощение, коэффициент крепости, прочность на сжатие и растяжение, коэффициенты сдвига и Пуассона, модуль упругости определяли по стандартным методикам Из тепловых свойств, определяющих энтропию пород, исследованы' удельная теплоемкость, коэффициенты

тепло- и температуропроводности, линейного расширения. Определена их химическая устойчивость к кислым и щелочным средам.

Исследования показали, что на механизм разрушения горных пород определяющее влияние оказывает сцепление между зернами, а также их неоднородность, вызывающие критические концентрации напряжений. Увеличение однородности минералов влечет за собой возрастание прочности и упругости породы Модуль упругости осадочных пород составляет (0,4-0,5)- 105 МПа, а коэф-: фициент Пуассона от 0,18 до 0,27.

Установлено, что с увеличением плотности и содержания 8102 коэффициент линейного расширения возрастает и составляет для доломита и известняка * 1,8- 10"5 и 2,45- 10"5 °С"' соответственно. Температуропроводность и теплопроводность составляют в режиме нормальных температур в породах доломита 0,94- 10"6 м2/с и 2,21 Вт/м°С и известняка 1,012- 10"6 и 1,82.

С понижением температуры окружающей среды происходит охлаждение верхних слоев разрушаемого горного массива, меняются свойства пород и течение гидратации НРС, в связи с чем были исследованы основные параметры температурного режима и теплового состояния пород, температура и мощность слоя охлаждения

Для определения температурных полей в скальных породах по времени их охлаждения и глубине с использованием закона Фурье получена формула

где „ - температура в £ +1 слое в момент времени п,°С;

а - коэффициент температуропровоности, м2/с; , Ах - шаг по координате охлаждения, м;

Дт - шаг по времени, с

На рис 1 показано температурное поле в доломитовых породах на глуби-к не 1,0 м в зависимости от длительности охлаждения и температуры среды в интервале 0—15°С.

-}

1>-|<ГС

•1 о

-2

4

3

2

Рис 1 Распределение температуры в массиве доломита на глубине 1,0 м в зависимости от длительности охлаждения и температуры среды

Г, = 0,01422т2 -0,8187г + 2,646, ^=-0,99;

1г = 0,05168т2 - 1,2834т + 5,23, Я2=-0,97;

1} = 0,04514т2 - 1,0208т + 5,43, Я3=-0,95;

/„ = 0,01054т2 -0,2966т + 4,12, ^=-0,98.

На основании расчетов и замеров установлено, что на распределении температуры сказывается состав и строение самих пород. На одной и той же глубине доломит охлаждается в 1,73 раза медленнее, чем известняк. Граница охлажденного слоя и слоев положительной температуры составляет, соответственно, при -15 °С - 1,9-2,0 м; -10 °С - до 1,5 м; - 5 °С - 1,0-1,05 м С понижением глубины от поверхности более 1 м температура охлаждения известняка и доломита прямо пропорциональна времени и температуре воздуха. Увеличение степени охлаждения начинается в первые 5-6 суток, далее кривые выполажи-ваются и достигают температуры воздуха.

Практический интерес представляет поведение пород при низких положительных и отрицательных температурах Исследованиями установлено, что с понижением отрицательной температуры прочность пород понижается и наоборот Например, при температуре - 15° С прочность на растяжение у известняков снижается в 1,5 раза, а в доломитах - в 1,3 - 1,4 раза против прочности их при нормальной температуре. Тепловое нагружение пород приводит к появлению дополнительных напряжений. Разрушение образцов в этом случае происходит как за счет нагрева, так и приложенной нагрузки, в то время как при охлаждении пород дополнительные напряжения отсутствуют.

Установлено, что с понижением температуры теплоемкость пород снижается и составляет у известняков 1,9-5,9 кДж/кг °С, а у доломитов 2,7-8,4 кДж/кг °С Их теплопроводность, наоборот, повышается с понижением температуры более чем на 40% , а с повышением температуры снижается в 3-4 раза. Коэффициент линейного расширения исследуемых пород увеличивается прямо пропорционально повышению температуры

I Технология получения рецептур НРС и исследования их свойств

в режиме разнопеременных температур

Сырьем для производства НРС приняты известняки и доломиты, которые ' характеризуются высоким содержанием СаО (до 57 %). Производства НРС включает следующие операции: добычу и доставку сырья, приготовление смеси (дробление, помол, усреднение), обжиг (получение гранул оксида кальция), охлаждение и помол как отдельно, так и с гипсом в соотношении 1:1 или 1:0,8 в зависимости от условий применения.

Обжиг ведут в разработанной вертикальной шахтной печи производительностью 150-170 кг/ч Полезная высота печи 1,9 м с площадью поперечного сечения 0,314 м . Температура обжига известняка 1200 - 1250 °С. Общая продолжительность обжига не менее 4,5 ч. Качество НРС определяли по их основным характеристикам - минералогическому составу, плотности, фракционному составу после измельчения, времени и объемному расширению при гидратации и водородному показателю (рН) Химический состав готового НРС, %: СаО - 96,41; М^ - 0,78; А1203 + Ре203 - 0,019; 8Ю2 - 0,84 и Р205 - 1,95. Микроскопическим анализом установлено, что при плотности оксида кальция 2,5 - 3,1 г/см3 размеры зерен составляют более 1,5 мкм. Объемное расширение СаО при смешивании с водой равно 2,04 - 2,32, а рН до 12,0 - 12,5. Дисперсность оксида кальция зависит от продолжительности помола в шаровой мельнице и характеризуется тре-► мя классами по площади удельной поверхности, см2/г: грубый - 1100 -2100; средний - 2100 - 3100 и тонкий - более 3100. Количество воды, вводимой в состав НРС, считается равным объему пор и капилляров, размеры которых зависят от тонкости помола. Для тонкого, среднего и грубого измельчения НРС во-допорошковое отношение (В/П) составляет, соответственно, 0,36, 0,38 и 0,43. Установлено, что с увеличением тонкости помола скорость гидратации увеличивается более чем на 25 - 30 %, а объемное расширение - на 12 - 15 %. Одновременно улучшается их перемешивание при затворении и истечении из заряд-

ного устройства, а также повышается морозостойкость Температура гидратации НРС изменяется в зависимости от степени измельчения и температуры среды При температуре среды +5 °С среднее время гидратации и ее температура, соответственно, равны при тонком помоле 5,8 и 87,4; при среднем - 7,4 и 79,8 и при грубом - 8,34ч и 76,3 °С. С понижением температуры до О °С время гидратации увеличивается в зависимости от тонкости помола и водопорошкового отношения на 60-70 %, а температура гидратации и объемное расширение снижаются, соответственно, на 30 - 35 и 5 - 10 %. Исследования показали, что НРС в чистом виде (без добавок) для отбойки и разрушения горных пород эффективны в диапазоне температур от +25 до +5 °С.

Повышения эффективности действия НРС при температурах ниже +5 °С достигают путем введения в их состав различных химических и минералогических добавок, основное назначение которых - улучшить кристаллизацию оксида кальция, увеличить размеры новообразований гидроксида кальция [Са(ОН)2], изменить структуру, образующуюся при гидратации. В качестве добавок используют: активные минеральные наполнители (гипс, борогипс, фторо-гипс, фосфогипс и др.); технологические регуляторы-ускорители (карбонаты, сульфаты, нитраты, нитриты, хлориды щелочных и щелочно-земельных металлов, глицерин, этиленгликоль, пропиленгликоль, спирты и др), замедлители (глюкозиты, крахмалы, бората, сульфаты аммония, тринатрийфосфат, линго-сульфанаты и др ); противоморозные жидкие или твердые добавки (водные растворы натриевой соли и бисульфат натрия, водоспиртовые этилсиликонаты натрия (калия); сульфатно-дрожжевая и сульфатно-спиртовые барды, растворы адипиновой кислоты и др), позволяющие повысить гидратационную способность на 7 - 10 %, морозостойкость - в 1,5—2,5 раза, а комбинации из двух и более добавок - в 5 - 7 раз.

В лабораторных условиях разработаны семь рецептур композиций НРС, способных работать при низких положительных и отрицательных температурах вплоть до - 15 °С, по схеме

Вода (ТЬО)-► ПЖ -».УГ,-► оксид кальция (СаО),

где ПЛ - пластификатор; ПЖ - противоморозная жидкость; УГ|, УГ2,..., УГ„ - количество ускорителей гидратации.

В качестве примера подбора добавок предлагается шестой состав, комплексная формула которого:

А До гидратации кС3Н80 + *А12(804)з + зСа(ЫОз)2 + гСаО + (г -Зх)Н20 ; (1) Б После гидратации кС3Н80 (г -Зх) Са(ОН)2 +ЗхСа +

+2хА1(ОН)3 + >€а(Шз)2, (2)

гдех,у, к и г- процентное содержание компонентов состава НРС-У1, соответственно, сульфата алюминия, нитрата кальция, пропилового (изопропило-вого) спирта и оксида кальция.

На рис 2 показан комплексный состав НРС-У1, отвечающий требованиям работоспособности при низких положительных и отрицательных температурах цо - 15 °С. При определении оптимального количества вводимых добавок в оксид кальция устанавливается расход составляющих при различных температурах среды и водопорошковом отношении и по этим данным - состав НРС. Во-допорошковое отношение определяли экспериментальным путем по минимальным (0,28 -0,30), средним (0,35) и максимальным (0,35-0,40) содержаниям воды в НРС.

Рис.2. Необходимое количество безводных добавок: денатурированного (этилового) спирта {!), хлорида кальция (2) и хлорида аммония (3) - в НРС-VII в зависимости от температуры среды = 3,127 - 0.427Г+0,025Г2 + 6,135 -10"* Г3, Я = 0,993; =1,13-0, \93Т+0,<02\Т2 + 4, ООг-ЮТ3, Я = 0,995; qъ =1,206 - 0,18074 8,842Гг +4,255-1<Г47'\ К = 0,994.

Структурообразование жидкой фазы - зарождение, рост и срастание кристаллов (новообразований) полностью обусловлено реакцией гидратации Скорость процесса гидратации представляет собой сложную функцию нескольких переменных:

У = ^ = к[(т)А'смВ"Н10], (3)

где к - константа скорости реакции;

п - порядок реакции, определяемый числом молекул реагирующих веществ по стехиометрическому равенству;

г и т - соответственно, температура и время гидратации;

Ас*» Йо-количество концентраций реагирующих веществ - оксида

кальция и воды, %.

Кинетику реакции гидратации определяли по количеству прореагировавшего оксида кальция за конкретный промежуток времени (0,5 ч) По остаточной концентрации Ссмо и времени гидратации рассчитывают константы для соответствующих порядков. То значение, которое меньше изменяется (наиболее постоянно) говорит в пользу порядка реакции В нашем случае это уравнение с коэффициентом корреляции Я = 0,925:

С = - 0,0447т3 - 1,131т2+1,146т +13,72 (4)

Реакция гидратации протекает в интервале температур + 10 - + 91,4 °С с одной скоростью, а при * > 91,4 °С - с другой. По значениям константы скорости и порядка реакции определяют степень превращения по формуле

г-[(СгО/Го]-100%5 (5)

где Со - начальная концентрация оксида кальция; С = (Со-СтеК) - количество прореагировавшего оксида кальция; Стек - текущая (остаточная) концентрация СаО.

Скорость (время) гидратации находится в прямой зависимости ог температуры и константы скорости. Константа скорости резко снижается с понижением температуры Так, если начальная константа скорости 2,5 при температуре + 25 - + 30 °С, при котором начинается основной процесс гидратации, то при максимальной температуре + 110 - +120 °С (момент микровзрыва - образование трещин раскола в скальных породах) она составляет, соответственно, 1,75 и 1,06. С понижением температуры среды увеличивается время раскола за счет уменьшения скорости кристаллизации Са(ОН)2, что приводит к замедлению ре-

акции гидратации, особенно при приближении температуры среды к + 5 °С и ниже Выявлена зависимость изменения времени гидратации в диапазоне температур + 20 ч-О0 С:

т = 0,04 ? -3,47 Г+ 55, (6)

где Т- температура среды, °С.

Для оценки эффективности протекания реакции гидратации при введении в состав НРС добавок и их влияния на теплоту образования гидроксида кальция в зависимости от температуры окружающей среды использован термодинамический анализ по методу М.И.Темкина и Л А Шварцмана по формулам: с; = АН':п - ГД5£, - Г (ММ, + Д Ш, + А с'М_2), (7)

к, - (8)

' 2,3 КГ где О" - энергии Гиббса, кДж/моль;

- стандартное значение энтропии, Дж/моль-град, Я - стандартное значение энтальпии, кДж/моль;

Т- температура среды, при которой происходит реакция гидратации. °С; Да, ДЪ, Дс -коэффициенты теплоемкости С°, Дж/моль°С, при постоянном давлении в выражении

Т

Мо, Ми М.2 - расчетные величины функций при вычислении термодинамического потенциала, (7),

Кр - константа равновесия; Я - газовая постоянная, равная 8,3143 Дж/моль°С.

Для определения теплового эффекга (в качестве примера приведена комплексная формула НРС-VII), использованы теплохимические свойс тва всех входящих величин:

хСаО + _ИН5С2ОН + гСаС12 • 6Н20 М1С13 • 6Н20 + I Н20 (исх) —► —► тСа(ОН)2 ■ иА1(ОН)з • р СаС)2 ■ КЮ2|(прод), (9)

где х, у, г, к и I - мольные массы, соответственно, оксида кальция, денатурированного (этилового) спирта, хлорида кальция, хлорида алюминия и воды;

т, п,р, г - количество мольных масс, образующихся в результате гидратации гидроксида кальция, гидроксида алюминия, хлористого кальция и углерода.

Полученные зависимости термодинамических параметров HPC-VII пока-

и энтропии (3) - невзрывчатого разрушающего состава VII от температуры среды Из рисунка видно, что при температуре выше +5 °С реакция гидратации происходит без добавочных затрат энергии извне. Энергия Гиббса и энтальпия составляют, соответственно, 3500 и 2750 кДж С понижением температуры до 0 °С и ниже реакция замедляется. Так, при температуре 8 °С эти показатели снижаются до 1800 и 2000 кДж При увеличении содержания добавок и водо-порошкового отношения до 0,4 тепловые параметры оказываются достаточными для безотказной работы состава HPC-VII при температурах до - 15 °С

Количество тепла, выделяющегося при гидратации НРС, определяют методом термостатирования. Пробы НРС затворяли водой при водопорошковом отношении 0,28-0,30 и перемешивали в течение минуты. Температуру смеси в период гидратации замеряли через каждые 30 мин Аналогично фиксировали тепловой эффект и при введении в состав пластифицирующих добавок По результатам экспериментальных исследований построен график зависимости удельного тепловыделения Q и температуры t от времени гидратации НРС г

Рис. 4. Зависимость удельного тепловыделения и температуры НРС без добавок {1,2) и с добавками (/' 2") от времени гидратации

Выделение тепла при гидратации НРС достигает 250-300 кДж/кг. Кривые (/) и (2) имеют максимум, названный нами точкой «микровзрыва». Скорость тепловыделения при увеличении порядка реакции резко возрастает. Выделение тепла НРС протекает в четыре этапа: первый - начальный период (взаимодействие СаО и Н2О) длиггся не более 30-40 мин с выделением тепла 15-20 кДж/кг; второй - медленный подъем продолжительностью около 30 мин, где тепловыделение 40-50 кДж/кг; третий (основной), характеризующийся резким увели-I чением количества образующегося гидроксида кальция [Са(ОН)г] с максимальным увеличением температуры и тепловыделения, достигающих в течение 1,52,0 ч, соответственно, 120 °С и 240 кДж/кг, и четвертый - «микровзрыв». ' Снижение теплового эффекта за счет добавки пластификатора объясняет-

ся образованием тончайших пленок его, препятствующих проникновению воды к оксиду кальция Замедление имеет место в начальные сроки. В дальнейшем процесс гидратации происходит в обычном режиме.

Весь процесс гидратации визуально просматривали и фиксировали рент-геномикроскопом МИР-4 со 140-кратным увеличением. С введением в состав ускоряющих добавок повышается время формирования кристаллической структуры, увеличивающейся в объеме до полного связывания минералов оксида кальция.

Определение объемного расширения, объема газопаровых выделений и времени протекания процесса гидратации проводили в замкнутом объеме на экспериментальной установке Исследования показали, что давление, развиваемое НРС без добавок в диапазоне температур ниже + 5°С настолько мало, что использование НРС малоэффективно. С введением добавок картина гидратации резко меняется. Добавление ускорителя поташа (К2С03) - позволило увеличить скорость давления на 45%, а в присутствии замедлителя - борной кислоты Н3ВО3 - давление снизилось на 12-29% по сравнению с составом без добавки. > На рис. 5 в качестве примера показан график кинеггики давления, разви-

ваемый составом HPC-VII, в зависимости от температуры среды и водопорош-кового отношения

Р. Р «-0.0083f-0,l9TT1<I,79TtS9, Ri-098,

Рис 5 График зависимости давления, развиваемого невзрывчатым разрушающим составом VII, от температуры среды и водопорошкового отношения, соответственно, 0,30 (/), 0,3 5 (2) и 0,375 (3)

P,=-0,0083f-0,197 f +1,791+59, RrO,98; P2-~0,00914f -0,167f -r2,4T+49,I, Ri0,99; Рз^-0,0031f 0,140f + 1,82T+ 38,1, R3-0,97

В таблице приведены основные термодинамические параметры состава HPC-VII в диапазоне температур среды от + 5 до -15 °С

Сводная таблица основных технологических и термостатических характеристик состава HPC-VII

Температура среды, 7 °С В/П Удельное тепловыделение, Q, кДж/кг Температура гидратации, Í, °С Время гидратации, т, мин Развиваемое давление, Ра, MTIa

+ 5 0,3 191,9 78 342 39,2

0 178,2 70 444 36,5

-5 130,5 64 618 31,7

-10 85,3 62 828 28,3

-15 52,7 35 1106 18,1

Часть тепла, полученного в период гидратации НРС, отдается стенкам шпура. Количество тепла, глубина его проникновения в разрушаемый массив и скорость распространения определяли на породных образцах в единичном 1

шпуре диаметром 42 мм при высоте столба НРС 1 м.

Выполненные эксперименты позволили получить значения мощности тепловыделения НРС (кВт/кг) в зависимости от температуры среды (Т) и времени гипратации (г). Зависимость мощности тепловыделения от времени гидратации имеет вид:

Рт = - 0,145 - 0,366т + 8,179т2 - 0,612 г' (10)

Количество тепла, Вт, проходящего через цилиндрическую поверхность в единицу времени, определяли по формуле Фурье:

(11)

где / - длина шпура, м;

Л» - коэффициент теплопроводности скальных пород, Вт/м °С.

/СШ1 - температура на стенках шпура, °С;

1ст1 - температура на наружной стороне образца, °С;

<11 - диаметр шпура, м;

- внешний диаметр образца, м;

Температура пород 1Х,°С на любом расстоянии от центра шпура, м:

= (12)

где В - постоянный коэффициент, характеризующий теплопрводность горных пород при изменении на 1° С, °С \

q - плотность теплового потока, Вт/м.

Теплотехнические расчеты показывают, что после заливки единичного шпура раствором 11РС, имеющим начальную температуру + 18 °С, при температуре среды - 15 °С часть тепла (17 %) очень быстро теряется на нагрев стенок шпура на глубину до 5 см. Глубина распространения теплового потока в глубь массива с созданием положительных температур, составляет 15-17 см от центра шпура и зависит от теплофизических свойств скальных пород.

Модель разрушения горных пород с использованием НРС

Изучение напряженно-деформированного состояния пород в любой точке разрушаемого с помощью зарядов НРС проведено в рамках плоской задачи тео-I рии упругости с использованием метода конечных элементов (МКЭ). Так как

МКЭ основан на вариационных принципах, в которых исследуемый массив делится на конечные элементы, связанные узловыми нагрузками и перемещениями, он более точен по сравнению с другими методами.

Входной информацией при решении поставленной задачи являются: напряжения, возникающие при гидратации заряда НРС (Ря); расстояние между спурами (а) и их диаметр; модуль упругости (Е) и коэффициент Пуассона (¿1)

разрушаемых пород; их плотность (р); пористость (77); коэффициент температурного расширения (уЗ) и др. Картины полей и эпюр напряжений, создаваемые единичным зарядом НРС и зарядами, расположенными в 2-х шпурах параллельно и перпендикулярно плоскостей защемления породного массива с коэффициентом сближения шпуров К - 6 (отношение расстояния между шпурами к их радиусу) при различной величине Л НС показаны на рис. 6 и 7.

А-А

Рис. б. Картина полей и эпюры напряжений, создаваемые единичным зарядом НРС в плоскостях, перпендикулярной (А) и параллельной (Б) защемлению породного массива

Рис. 7. Картина полей и эпюры напряжений в массиве пород, создаваемых двумя зарядами НРС в шпурах, расположенных на одной линии, параллельной линии защемления массива

Рисунки показывают картину распространения растягивающих и затухания сжимающих напряжений Растягивающие напряжения на обнаженных плоскостях превышают 5 МПа, а в зонах суперпозиции при сложении - 10 МПа, что значительно выше пределов прочности исследованных пород на растяжение. Характер затухания волн напряжений изменяется с расстоянием между шпурами. Чем меньше расстояние, тем выше напряжение.

Установлено, что давление, оказываемое зарядом НРС на стенки шпура, на 20 % ниже максимально развиваемого давления. Это различие объясняется неоднородностью структуры разрушаемого породного массива, наличием микротрещин, пористости, местных напряжений и пр.

Достоверность волновой теории распространения и суперпозиции волн г,.шр<'жег7*й. исходящих от зарядов НРС, подтверждена акустическими исследованиями. Установлено, что весь процесс гидратации с волновой точки зрения

можно представить в два этапа На первом этапе при начальном возрастании температуры и увеличении давления вокруг шпура создается цилиндрическое поле напряжений, величина которых не достигает предела прочности пород на растяжение и не достаточна для зарождения трещин раскола. На втором этапе, в период достижения максимального давления («микровзрыва»), при наложении первых фаз напряжений от двух зарядов НРС образуется мощный акустический сигнал широкого спектра, в образовании которого участвуют напряжения, возникающие в породе от температуры гидратации и развиваемого при этом давления. Длительность суммарного волнового пакета в зоне суперпозиции при коэффициенте сближения шпуров К= 4 составляет 0,000041 с с максимальной частотой сигнала 250 кГц. Давление в точке сложения напряжений превосходит пределы прочности известняка и доломита на растяжение, соответственно, в 2,5 и 4 раза, и достаточны для трещинообразования.

Доказано, что радиус зоны разрушения при использовании шпуров диаметром 42 мм не превышает 4-6 их радиусов При одновременном действии зарядов НРС в двух и более сближенных оконтуривающих шпурах суммирование радиальных напряжений происходит в зонах суперпозиции по линии трещинообразования.

Механизм разрушения горных пород зависит так же от расположения шпуров в толще массива или у его обнаженных поверхностей.

Экспериментально установлено, что при определенном расстоянии между шпурами суммарное напряжение в точке суперпозиции превосходит предел прочности пород на растяжение и давление на стенки шпура от заряда НРС, то трещина возникает между шпурами (рис. 8а). Если же расстояние между шпурами больше критического а)акг, а суммарное напряжение основного пакета

волн напряжений в зоне суперпозиции меньше максимальных растягивающих напряжений заряда, то трещина начинается от стенок шпуров (рис 86)

А,, м2 б

Рис. 8 Процесс интерференции двух встречных волн напряжений в скальных породах при

(а) и а)акр (б)—— амплитуда суммарных волн, идущих от источников,

--- — амплитуда суммарной волны,

.............. эпюра максимальных напряжений.

Время соединения трещин по линии расположения двух шпуров

где Утр - скорость распространения трещин в монолитных породах, м/с; а - расстояние между соседними шпурами с зарядами НРС, м. дкая растаивающие напряжения, создаваемые зарядами НРС при суперпозиции, можно рассчитать и давление в этот момент

р=-

(14)

где вр - растягивающие напряжения, развиваемые зарядами НРС в точке встречи соседних фронтов волн напряжений, МПа; <4т - диаметр шпура, м;

<в - постоянная, зависящая от развиваемого давления в момент зарождения трещин раскола, с"1;

í„ =

ТУ.

время распространения растягивающих волн от стенки шпура до

точки суперпозиции, с;

Ув - скорость распространения радиальных волн напряжений, м/с. При наличии свободной обнаженной поверхности сферический фронт волны растягивающих напряжений в значительной части отражается в массив

(рис. 9). в

2 8.

Точка начала \ 1рсшинообразов!Ш1

О,

Точка сложения

шитрфсрирующих волн

Рис 9 Схема зарождения трещин раскола при наличии обнаженной плоскости

Отраженная волна, согласно закону сохранения энергии, также имеет сферический фронт, а ее амплигуда равна амплитуде падающей волны Волна от заряда НРС распространяется к поверхности (расстояние ее проходки г2 == ON = W) по уравнению:

y+=Atún(wt+kr), (15)

а отраженная от поверхности волна до встречи с падающей волной через JVA/] = Z уравнению

у-= Ar sin (wt + кг т <р), (16)

где <р - дополнительная фаза, которую приобретает отраженная волна;

А, - амплитуда волны напряжений, м"1; w - частота волны напряжений, с"';

г - расстояние от шпуров до произвольной точки в массиве, м. Отраженная и падающие волны напряжений при суперпозиции складываются:

у =у+ + у. = 2 Ат sin (кг + р sin (wt+ (17)

Амплитуда суммарной волны напряжений в точке M¡ описывается выражением

2 A, Sin (кг ± |), где к - волновое число, равное • к = 2 у, здесь / - длина волны, м. Максимальная амплитуда будет в точке M¡ где [sin (кг + ^ )] = 1. Тогда кг + y = m или кг = лп + у (п = 0,2,4,6, ...),

r = (2=±£)i. (18)

271 I

»

В случае <р = 0 разрыв произойдет в точке М\ на расстоянии половины

•7 I

длины волны от поверхности, т.е. Z = —

Таким образом, максимальные деформации, создающие трещину раскола, приходятся на точки, отстоящие друг от друга на расстояние, кратное длине волны напряжений. Зарождение трещины происходит в точке, лежащей от обнаженной поверхности породного массива на расстоянии, равном длине волны

Полное отражение волны происходит при углах ее падения 0 и 90°, а при угле 65° и меньше наблюдается минимум отражения Трещина, возникающая у свободной поверхности, распространяется в направлении к заряду НРС.

Развитие трещины идет одновременно от стенки шпура и обнаженной поверхности. В этом случае время на образование трещины раскола

о

тр

где W= г2 - расстояние от заряда НРС до обнаженной поверхности, м; Ктр - скорость распространения трещины, м/с.

С распространением волн напряжений в глубь массива от шпура с зарядом НРС их амплитуда Л, м, затухает по экспоненциальной зависимости-

А=А^ег\ (20)

i

где/= — - коэффициент затухания, с"1; г,

ус - частота волны, с"1;

/ - длина волны, м;

(- время затухания амплитуды волны, с.

С увеличением давления, развиваемого зарядом НРС, коэффициент затухания амплитуды волны уменьшается. При этом тангенциальные напряжения в волне затухают быстрее радиальных. Затухание волны напряжений зависит как от свойств пород, так и от геометрических параметров массива.

При изучении полей напряжений и выводе формулы скорости распространения трещин, вызванных действием заряда НРС, использованы методы решения задач математической физики для упругой среды. Рассмотрим прохождение продольных волн напряжений в горном массиве. При распространении волны напряжений, создаваемой зарядом НРС, каждая единица объема породы в зоне трещинообразования получает дополнительную потенциальную и кинетическую энергию. Предположим, что волна напряжений, создаваемая зарядом НРС, имеет радиальный характер, определяемый симметрией шпура В некоторый момент времени волна достигает концентрического слоя горного массива Объем этого слоя можно представить как произведение бокового среднего сечения слоя 5 на его ширину Ь.

Объемная плотность полной энергии, И7, создаваемой этой волной напряжений, будет равна сумме объемных плотностей кинетической, 1¥кин и потенциальной, , энергии:

IV = + Ж„от. (21)

Объемную плотность кинетической энергии в данном слое можно пред-

т тУ.2 ставить как Жтн =

где т - масса выделенного слоя горной породы, кг;

У„ - скорость движения частиц горной породы, совпадающая со скоростью распространения волны напряжений: К = — - первая производная

д1

смещения частиц в слое горной породы у при прохождении волны по времени г Учитывая, что плотность среды р = т 1{БЬ), получаем

SL'

Объемная плотность потенциальной энергии слоя = Ру

где V - -у- - упругая энергия, приобретаемая слоем (по закону Гука

а = Ее - напряжение, развиваемое зарядом НРС, Па; Е - модуль упругости среды, Е = ри], Па;

с - - деформация среды, вызванная действием напряжений. дг

Подставив эти выражения в формулу (23), получим

, , - • (24)

Я, 2Я, 2Я, 21 2 2\дг) к '

Тогда полную энергию волны напряжений, передаваемой концентрическому слою горного массива, можно представить как

Р

w = W +W

rr rr кин rr „д

I 41

(25)

Из уравнения упругой волны следует, что оба слагаемые равны между собой, т е плотности кинетической и упругой энергии одинаковы

IMS- (26)

В то же время волну напряжений, возникающую в горном массиве, можно считать гармонической и описать уравнением

y = Arsm(wt~kr). (27)

Производные по времени и координате из (27)"

^ = Arwcos(wt-kr); ^- = -Arkcos(wl-kr). (28)

Подставив выражения (28) в (26) и учтя, что скорость распространения упругой

волны v, = —, получим к

^ = f |к»cos(w/ - кг)]1 + ~[ЛГ* cos(wf - Ar)]2 j = рЛ>2 cos2 (wf - кг). (29)

Для определения скорости распространения трещины рассчитываем плотность потока энергии j волны напряжений, создаваемой зарядом НРС. С учетом (26) получим

где Утр - скорость распространения трещшгы, м/с. В то же время плотность потока энергии можно получить с учетом (29)

j = Wu - cos2 {wt -kr)ut. Приравнивая (29) и (30), находим скорость распространения трещины

v - P^rw2cos2{wi-кг)

(32)

I

Средняя скорость распространения трещин имеет место при со^Ы(-

*

(33)

Скорость распространения полей трещин раскола в породах определяется их упругими свойствами и плотностью. Скорость движения продольной волны возрастает с увеличением модуля Юнга и коэффициента Пуассона. Так, с изменением коэффициента Пуассона {¡л) от 0,15 до 0,25 скорость ее возрастает примерно на четверть. Увеличение пористости и размеров зерен породы ведет к увеличению поглощения энергии волны при ее распространении. Скорость развития трещин имеет квадратическую зависимость от амплитуды волны напряжений, которая снижается по мере удаления от заряда НРС по экспоненциальной зависимости

Разрушение теснейшим образом связано с полями напряжений, которые возникают в окрестностях вершины трещины. Точная картина напряженного ^

состояния в области вершины трещины, где происходит разрушение пород, описывается коэффициентом интенсивности концентраций напряжений, К|, МПа -м1'2 или кг/ммзя, который является функцией нагрузки, длины трещины и )

геометрии массива

¡т^Ъг-а^. (34)

Вблизи трещин раскола распределение напряжений и смещений описывается формулами:

(34)

где/(0,/ Ри, (б?) - тригонометрические функции узла при вершине трещины и нормального отрыва;

г, в - полярные координаты в вершине трещины.

Напряжения в непосредственной близости от трещин, где сосредоточивается энергия и происходит разрушение, определяется коэффициентом интен-£ сивности напряжений. Скорость распространения трещин зависит от времени перераспределения давления и расстояния от заряда НРС. Для вычисления Я/ » по длине распространяющей трещины использован метод конечных элементов

^ (МКЭ), выражающих равновесие узлов решетки.

Исследованы влияние радиусов зон напряжений, г„ при 6 = 0 (рис. 1 Оа), скорость распространения трещин и время трещинообразования (рис 106) на коэффициент интенсивности концентрации напряжений как на основную характеристику разрушения горных пород зарядом НРС К\ достигает максимума в момент зарождения трещин (для всех коэффициентов сближения шпуров К\ >4,10"'кг/мм3/2) и по мере их развития постепенно снижается до ^1=1,0 • 10'1 кг/мм3/2 При меньших значениях К\ трещина прекращает свое развитие. Установлено, что с увеличением К\ скорость развития трещин возрастает Максимальное значение его достигается при малых коэффициентах сближения шпуров и наоборот. С понижением К\ давление снижается, а время на образование и распространение трещин отрыва пород от массива резко увеличивается

Рис /0 а Изменение коэффициента концентрации напряжений в зависимости от радиуса зон напряжений в известняке (1) и доломите (2)

4,3 4,0 3,5 3,0

V 2,0

1,3 1,0

0,0

20 40 60 80 100 120 140 160 110 200 220 240 260 2»0

Рис 10 б Зависимость коэффициента концентрации напряжений от скорости распространения трещин в известняке (1) и доломите (2)

Изучение распределения полей напряжений в вершине трещин и характера их изменения при статической нагрузке проводили в желатиновой модели толщиной 2 см методом фотоупругости. Из полученной объемной картины видно, что по поперечной оси модели сосредоточены растягивающие, а по продольной оси - сжимающие напряжения. Размер магистральной трещины зависит от величины развиваемого зарядом НРС давления, физических, тепловых свойств пород и геометрии разрушаемого массива. В сечении ферма трещины является полуэллиптической.

Для изучения влияния расположения зарядов НРС на разрушение горных пород теоретически изучено:

- распределение напряжений вокруг единичного шпура;

- распределение напряжений вокруг двух и более шпуров, не лежащих на одной прямой (прямоугольник, ромб, круг и т.д )

Задача определения деформаций рассматривалась в полом круговом цилиндрическом теле внешнего радиуса а с помещенным в него зарядом НРС

Для решения использованы основные уравнения плоской задачи теории упругости в полярных координатах.

Дифференциальное уравнение равновесия (формула Коши)'

дг г гдв г Ко , ' дет, ( 2гу дг г дв г

В следствие осевой симметрии, напряжения не зависят от полярного угла и производные по обращаются в ноль Тогда с учетом, что касательные напряжения т,в = о, уравнение (36) примет вид.

<1о„ а, - <тя

-!! + _£-£

</г Г

(37)

Уравнение деформаций и перемещений Обозначим составляющие перемещения вдоль оси г через и, а вдоль в - через К (в силу симметрии составляющие перемещений равны нулю). Окончательное уравнение (ег) в направлении г за счет перемещений

£. =

с1г +1 и + — <1г | - и дг

-¿г

А-

ди дг'

а относительное удлинение вдоль оси в

~ ('•+«У^ - ><1в _«

£" ~ гМ ~~г

(38)

(39)

Согласно обобщенному закону Гука, напряжения о, и <т„ связаны с деформациями ег и £„ при отсутствии осевой деформации по оси ъ соотношениями.

(40)

ег=2:(°г-М0в)-

Решая эти уравнения, находим:

Е

Е

1-р

Подставляя в эти уравнения ег и в,, получаем:

Е (¿и 1Л

а-=т^{тг'^гУ

Е (и с/и

\-ц2Кг г'<1г

(41)

(42)

'ос.нлцЛо<МЛьнД11 вмммотекд

СПст«эвт | j

Значения аг и ст„ подставляем в уравнение (37), и получаем дифференциальное

(43)

уравнение с одним неизвестным-

6и2 сЫ и

Ж1 "г*

= 0.

После интегрирования

С,

(44)

г

где С| и Сг - постоянные интегрирования

Постоянные С\ и Сг определяются из граничных условий: при г = Ь, (тг = +Ра, при г-а, о„ = -Р,-

Зная составляющую перемещения [/, находим из уравнений (38) и (39)

* -С - — ьг "Ч 1 >

г2

в = С

ь9 И т .2

(45)

а из формулы (42)

г IV

Е

7°

(46)

или

-Л =

IV

£

IV

(47)

Решая совместно эти уравнения, находим Г =

1 Е ' '

а -Ь

,») ц »«4 6

После подстановки их в уравнение (46)

ру

ст. = —

РУ

Га2

-1

+ 1

(49)

где г - расстояние от центра заряда НРС до произвольной точки в массиве, м;

Ь - внутренний радиус цилиндра (радиус шпура), м; а - внешний радиус цилиндра, м; Ра - давление, развиваемое зарядом НРС, МПа; Рн - давление на наружной поверхности цилиндра, МПа. В нашем случае Л, = 0. Отсюда следует, что при действии только внутреннего давления заряда НРС тангенциальные напряжения в любых точках цилиндра положительны, а наибольшего значения радиальные тангенциальные напряжения достигают на внутренней поверхности шпура и уменьшаются по мере удаления в глубь массива (его можно представить в виде цилиндрического стакана с бесконечно

большой толщиной стенки) В этом случае г-Ъ,о,- - -/' п. . = р (я )

В точках наружной поверхности (при г = а) аг = 0; а0 ~

г(лшг) — °0(1лах) :

2 РУ

а1-Ь1

».2

а -о

При толщине цилиндра намного больше внутреннего диаметра шнура после деления числителя и знаменателя (49) на а2 имеем.

РУ (1 1

1--

РР ( 1 1 ^

(50)

Переходя к пределу а <я, находим

РУ

ст. = —

г

ру

<Х„

Следовательно, что все точки цилиндра испытывают одинаковые по значению радиальные и тангенциальные напряжения, отличающиеся лишь знаком Радиус зоны разрушения от действия заряда НРС, согласно (51),

г<Ж, (52)

где а - предел прочности пород при растяжении, МПа

На основании полученных выражений было определено распределение напряжений в массиве при двух и более зарядах НРС, расположенных на одной линии.

2Р,

26

Аналогично для трех шпуров:

ст. = 2/'

2 6

1 -+Ц±+1

. 9(26

- + 1

(53)

(54)

для четырех:

»и = 2 р°

2 Ь

V 9\2Ь ) 25(26

- + 1

(55)

для п шпуров 1

-+1

1Г а Л 1 -+- — + 1 + . +- ,,

426 ) (2л-1)426

-2-+11 +

= 2Р_

1

1

1 + £.у^(2я-1)' 2&;

(56)

Полученные выражения позволяют определить расстояния между шпурами. В соответствии со второй теорией прочности, согласно которой направленное разрушение скальных пород происходит при условии - /кг, > ар „, напряжения | ав | = | стг | находятся по формулам (51) Так как разрушение происходит в результате действия двух шпуров с зарядами НРС, то при /-=0,5 а, получаем

0,25а2

Решая это уравнение относительно а, м, получаем уравнение для расчета расстояний между шпурами

ЙЕЗ. (58)

Температурные напряжения, возникающие в период гидратации заряда НРС оказывают влияние на отбойку пород и зависят от температуры среды. Задача определения деформаций рассматривалась в полом круговом цилиндрическом теле, решалась с помощью теории упругости Выразим через относительную деформацию ее, в направлении, перпендикулярном окружном радиусу (39),

ь--- - .

г Е

Подставив в это уравнение значения вг и <т„ из (49), получим радиальное перемещение точек массива

Р"Ъ-гъ \}~М) г + [.1 + М)

г

и,

(59)

Положительное значение 11 {аг, <тд) указывает, что точки массива смещаются по радиусу цилиндра Для определения увеличения внутреннего (£/„) и наружного (иа) радиусов цилиндра под действием давления, развиваемого зарядом НРС, в формулу (59) подставим вместо г значения а и Ь В результате

(60)

получим

и.

2 Р

(«.■-Л

и--1

а ~Ь:

ьг

Т+М

Расчетами установлено, что наибольшего значения растягивающие напряжения достигают при положительных температурах среды. С понижением температуры ниже 0°С - перемещения незначительные: на стенках шпура они составляют 0,9 10"5м и снижаются до нуля на расстоянии от шпура 0,18 м.

Общее перемещение точек массива складывается из перемещений, вызванных не только гидратацией НРС, но и повышением температуры в ходе ее:

и = %■,„<) (61)

Перемещение, вызванное повышением температуры при гидратации заряда, находим из правой части уравнения равновесия (37)'

(Т.-О-. + Г

тогда

А- (1 '

0-л>

(62) (63)

где 1(г) - изменение температуры по толщине цилиндра, являющейся функцией от г

Распределение температуры по толщине стенки цилиндра

(64)

где („ - температура на внутренней стороне стенки шпура (цилиндра), °С;

I, - температура на внешней стороне цилиндра, °С Общее решение уравнения (63) имеет вид:

и'=(65)

где и'т- перемещение, вызванное увеличением температуры заряда НРС при его гидратации, м:

(1+^'(»,-0

Г »1 а т- аг 1

Ь

) 262 462 4

ч )

(66)

и'т- перемещение, вызванное изменением температуры по толщине стенки шпура, м.

г/' + (67,

2(1-/■> ' 1 ^

Суммарное перемещение

и'-.

(1 + м)Р

0-мУ 2 л,£ ь . 2 4Ь2

(68)

Используя полученные формулы перемещения и граничные условия (ге ~ Ь и га= а), после подстановки в уравнение (62) получим формулы температурных напряжений, изменяющихся по толщине стенки цилиндра

а. Тангенциальные напряжения {&'д)

а =

ЕрК' 1 -М

1 а2-Ь1 (а- Ь)а2Ь2

(69)

б Радиальные напряжения

И

, ЕРК'

а

а -Ъ

Ъ1 {а - Ь)а2Ь2 \аг-ЬъУ

(70)

где К' = ---—- температурный множитель, °С; м. а-Ь

Наибольшее напряжение будет при г = Ь = о-;-сг; =

2 2(1 - /*)

Ла~Ь)агЪг 1

(71)

Установлено, что с увеличением температуры среды растягивающие напряжения незначительно возрастают, а сжимающие настолько малы, что не оказывают существенного влияния. В целом наличие дополнительных температурных напряжений увеличивает суммарное напряжение в массиве на 5-10 %.

Процесс трещинообразования зависит от развиваемого зарядом НРС давления, характера начального трещинообразования, свойств пород и температуры среды. Для определения влияния этих параметров на процесс разрушения проведены исследования характера напряженного состояния в области, окружающей вершину трещин В качестве методики исследований использован метод регистрации скорости образования трещин при разрыве образца. Образовавшаяся перед вершиной микротрещина, форма которой близка к полуэллипсу, становится источником распространения сжимающих и растягивающих напряжений.

Расчет полей напряжений проводили по формуле'

_ (sin2 0 + n2sm20-n3cos30)

а - р i----i,

sm # + eos в

где п = — - коэффициент формы и размера

- коэффициент формы и размера трещин, т.е отношение полу-

а

осей эллипса, зависящие от развиваемого зарядом НРС давления и коэффициента сближения шпуров;

в - угол, определяющий положения точек напряжений, град Измерение полуосей эллипса по мере продвижения трещин проводили окуляр-микрометром Установлено, что наибольшие растягивающие напряжения формируются вблизи трещин и определяются их кривизной Растягивающие напряжения в этих зонах достигают значений, превосходящих таковые скальных пород, и определяются из выражения:

Достоверность предложенных формул для определения полей напряжений, подтверждена экспериментальными исследованиями с использованием оптико-поляризационных методов

Результаты расчетного и экспериментального определения полей напряжений хорошо согласуются друг с другом (в пределах 3-8 %)

Опытно-промышленные испытания и экономическая эффективность

На основании проведенных исследований по определению полей напряжение в породах с учетом кинетики гидратации НРС и результатов опытно-промышленных экспериментов предложена классификация методов использования НРС, в которой учтены факторы, влияющие на качество отбойки скальных пород и проходку выработок В основу классификации видов зарядов НРС положена их однотипность по картине разрушения околошпурового пространства, хотя сами заряды отличаются по конструкции Конструкции зарядов НРС сгруппированы по принципу действия на стенки шпура: направленного; вне-контурного ослабленного; направленно-ускоренного или замедленного и их комбинаций. Заряды могут быть как ампульные, так и сплошные (заливные).

(73)

Предложены скорректированные формулы для отбойки и разделки блоков Давление, Ра, Мпа, необходимое для разрушения скального массива:

<74>

где г - радиус зоны разрушения (52), м

г = К1ХгК3К4^, (75)

где К,,К2,Кг и К4- коэффициенты, учитывающие: отношение между действующими напряжениями НРС и пределом прочности пород на растяжение; тип применяемого НРС; число свободных поверхностей; объем и плотность используемого НРС;

?„ - коэффициент, учитывающий отношение длин рабочей части НРС и высоты отбиваемого слоя в зависимости от крепости пород.

Линия наименьшего сопротивления IV, м при наличии обнаженных поверхностей

Г = 0,72р-г (76)

где Р - вместимость 1 п м шпура по НРС, кг/м; т - коэффициент сближения шпуров; Чпрс - удельный расход НРС, кг/м3

(77)

где Я - проектная глубина отбойки, м, Пит - глубина шпура, м.

Расстояние между шпурами, а, м: а = кр (5,93 - 0,25/) с1ши (78)

где / - коэффициент крепости пород по шкале проф. М М Протодьяко-

нова;

- диаметр шпура, м; кр - коэффициент, зависящий от давления, развиваемого зарядом НРС при различных температурных режимах.

Для использования НРС разработаны паспорта отбойки.

Рис. II Паспорт отбойки породных блоков при карьерной добыче

На рис 11 показан паспорт отбойки породных блоков при карьерной добыче Крайний шпур по отношению к обнаженной поверхности располагают на расстоянии, м,

/ = (0,4-0,5)а (79)

Для образования трещины в середине массива количество шпуров удваивается, а расстояние между ними, м,

/ = (3-5) <4, (80)

Основными показателями, влияющим на расстояние между шпурами при отбойке блоков и оформлении контуров выработок являются давление, развиваемое зарядом НРС, и температура среды. Давление, развиваемое зарядом НРС при температуре среды +5 °С, составляет 60-63 МПа, а с понижением ее до -15 °С - уменьшается до 12 МПа Расстояние между шпурами при таком снижении температуры необходимо уменьшить в 2,5-3,0 раза

При разрушении негабаритов, валунов скальных пород, разрушающее давление, Ра, МПа, подсчитывается по эмпирической формуле:

Ра = 3<х,„(0,5-/1). (81)

Расстояние между шпурами различной ориентации, а, м,

0 = ^(0,83-0,15/). (82)

Для ускорения образования трещин предложены следующие приемы сближение шпуров в донной и устьевой части, введение вкладышей и инертного материала в шпуры, расширение донной части и создание «бороздок» по длине шпура.

Активная роль НРС в процессе отбойки сильнее всего проявляется в данной части шпура (скважины), где происходит основное формирование развиваемого давления.

Для промышленных испытаний разработанных рецептур НРС водопо-рошковое отношение (В/П) принимали в зависимости от температуры среды и вводимых химических добавок. По результатам промышленных испытаний установлено, что время гидратации при положительных температурах составляло 3-5 часа, максимальная температура ее 100-120 °С, а тепловыделение и развиваемое давление, соответственно, 185 кДж/кг и 60-65 МПа, что соответствует результатам термодинамических расчетов С понижением температуры до -15 °С время работы НРС значительно возрастает, до 24-28 часов Использование предложенных НРС для оконтуривания сводчатой части выработок, тоннелей, камер и других сооружений показало эффективность их применения в подземных условиях Разработанным составам свойственны высокая технологическая культура отбойки, безопасность для горнорабочих, отсутствие шума, разлета кусков пород и загрязнения окружающей среды. Разработанные составы позволили решить проблему отбойки и разрушения скальных пород различной крепости при любых погодных условиях и температурных режимах, характерных для Северного Кавказа.

Себестоимость отбойки 1м3 блока с использованием НРС различных рецептур до 0 °С приблизительно равна и составляет 250-262 р. С понижением температуры от С до -10 °С и ниже себестоимость возрастает на каждый градус примерно на 10 р. за счет увеличения объема применяемого НРС, стоимость добавок и числа шпуров Максимальная себестоимость составляет 360 р/м3, что значительно ниже по сравнению с использованием гидроклиньев и ВВ.

С использованием разработанных НРС отбито и разрушено 3247 м3 горной массы; выход бездефектных блоков увеличился в 2-3 раза, производительность труда - в 1,4-1,7 раза, при этом улучшаются санитарно-гигиенические условия труда работающих и состояние окружающей среды

Экономический эффект от внедрения НРС составил более 1,5 млн.р.

»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании выполненных автором исследований решена крупная научная проблема по разработке новой технологии добычи полезных ископаемых с применением невзрывчатых разрушающих составов при низких положительных и отрицательных температурах, имеющая важное народнохозяйственное значение.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации диссертационной работы:

1 Изучены закономерности изменения физических и химических свойств некоторых скальных пород под действием приложенной нагрузки при низких положительных и отрицательных температурах i

2 Установлены закономерности изменения температуры в массиве пород при различных метеорологических условиях, оказывающих значительное влияние на распределение напряжений при отбойке с использованием НРС.

3 Разработаны и исследованы рецептуры невзрывчатых составов для работы в диапазоне температур +5 - -15 °С, развивающие необходимые в этих условиях давление, температуру, тепловыделение и скорость их гидратации

4. Разработана технология производства основного компонента НРС - оксида кальция и известняка и доломита, включающая их дробление до степени 12 в щековых и молотковых дробилках, обжиг в разработанной вертикальной шахтной печи при 1200-1250 °С в течение 4,5-5,0 ч, измельчение полученных гранул после охлаждения в шаровой мельнице закрытого типа Рассчитаны технологические параметры и установлен температурный режим по высоте печи.

5. Изучено с использованием теории упругости и метода конечных элементов распределение в пространстве и времени радиальных и тангенциальных ' напряжений, создаваемых единичным шпуровым зарядом НРС. В результате получены формулы для определения расстояний между шпурами, границ эффективной зоны действия, линии наименьшего сопротивления и глубины заложения зарядов НРС в шпурах.

6. Изучено взаимодействие волн напряжений, возникающих от действия зарядов НРС, и при отражении их от плоскостей обнажения Описана картина суперпозиции этих волн, доказана решаюшая роль при наложении волн напряжений в фазе их максимума на место зарождения, формирования и распрострэ-

нения трещин раскола Получены формулы распространения критических напряжений в зоне суперпозиции и скорости развития трещин.

7 С использованием методов фотоупругости и акустики, графоаналитическим построением подтверждена идентичность картин формирования и распределения волн растягивающих напряжений от действия заряда НРС, выявлена методом конечных элементов закономерность влияния напряжения в вершине трещины на ее формирование.

8. С использованием математической теории упругости исследовано влияние температурных полей напряжений, возникающих при гидратации НРС на общую картину напряжений в реальных условиях и предложены расчетные формулы распространения температурных напряжений в глубь массива .

9 Сформированы принципы повышения эффективности разрушения горных пород за счет концентрации напряжений и разработаны средства обеспечения направлечного действия зарядов НРС.

10 Разработаны технологические схемы расположения оконтуривающих шпуров, эффективность которых основана на использовании напряжений, создаваемых зарядами НРС как в массиве пород, так и при наличии обнаженных поверхностей.

11 Предложена методика подбора минеральных и органических добавок, на основе которых создано семь рецептур невзрывчатых разрушающих составов, защищенных патентами РФ на изобретения, работоспособности при низких положительных и отрицательных температурах среды.

12 Разработана методика расчета и выбора оптимальных параметров отбойки и разрушения скальных пород различной крепости, удельного расхода НРС, расположения шпуров, их глубины в зависимость от температуры среды и физико-механических параметров горных пород.

13. Разработаны конструкции зарядов НРС и приспособлений для ускорения трещинообразования в нужном направлении.

Разработанная технология испытана и внедрена на восьми карьерах, на рудниках Садонского и Тырныаузского комбинатах, при строительстве Бакинского метрополитена и на других предприятиях. Она позволила повысить производительность труда в 1,4-1,7 раза, увеличить добычу бездефектных блоков в 2-3 раза, снизить себестоимость проходческих работ на 12-15 % и обеспечит безопасную отработку месторождений Общий экономический эффект от внедрения разработанной технологии составил в ценах 2003 г. более 1,5 млн.р.

I

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Отдельные издания:

1. Пустобриков В.Н., Дзагоев JI.M. Добыча минерального сырья с использованием невзрывчатых разрушающих составов в условиях низких положительных и отрицательных температур: Монография. - Владикавказ: СКВИ ВВ МВД России, 2004. - 257 с.

2. Пустобриков ВН., Дзагоев Л.М., Шахова C.B. Разработка технологии

получения невзрывчатых разрушающих составов для отбойки и разрушения горных пород. Владикавказ: Ирисгон. 2001. 256 с.

3. Шахова СВ., Дзагоев Л M, Пустобриков В.И. Кинетика гидратации невзрывных разрушающих составлв. Владикавказ: Терек. 2001. 75с.

В центральной печати:

4. Патент 2147562 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав / Пустобриков В.Н., Дзагоев Л.М, Шахова C.B. // Б.И. №11. 2000.

5. Патент 2147561 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав / Дзагоев Л.М., Хугаев С.А., Пустобриков В.Н., Шахова C.B. // Б.И. №11. 2000.

6. Патент 2148558 (РФ). Певзрывчатый разрушающий состав / Пустобриков В.Н., Дзагоев Л.М., Шахова C.B. // Б.И. №13. 2000.

7. Патент 2159747 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав на основе 96 %-ного оксида кальция / Пустобриков В.Н., Дзагоев Л.М., Шахова C.B., Гор-баткова Б.Х.//Б.И. №33. 2000.

8. Патент 2206532 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав НРС-1 / Дзагоев Л.М., Шахова C.B., Пустобриков В.Н.// Б.И. №17. 2003.

9. Патент 2206533 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав НРС-И / Дзагоев Л.М., Шахова С.В , Пустобриков В.Н. и др. // Б.И. №7. 2003.

10. Патент 2160236 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав НРС96 / Пустобриков В.Н., Дзагоев Л.М., Шахова C.B. // Б.И. №34. 2003.

11. Патент 2232896 (РФ). Способ оконтуривания проходческих выработок / Пустобриков В.Н., Липовой А.И., Дзагоев Л .М., Галаванов А А. // Б.И. №20.2004.

12. Пустобриков В. Н. Механика разрушения твердых тел при различных режимах на1ружения // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Ростов-на-Дону. - 2005. № 2. С. 103-105.

13. Дзагоев Л.М, Шахова СВ., Пустобриков ВН, Голик В.И Применение невзрывчатых разрушающих составов для проведения горных работ в различных метеорологических условиях // Цветная металлургия. №8-9.2001 .С.3-5.

14. Дзагоев JI.M., Шахова C.B., Горбаткова Б.Х. и др. Термодинамические и технологические параметры невзрывчатых разрушающих композиций // Цветная металлургия. №12.2001. С.5-12.

15. Рутковский А.Л., Дзагоев Л.М., Пустобриков В.Н., Исследование характеристик температурного поля при охлаждении скальных пород // Цветная металлургия. №7. 2002.C.5-12.

16. Пустобриков В. Н. Термоупругие напряжения и деформации, вызванные температурными полями от гидратации заряда НРС. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Ростов-на-Дону. - 2005. № 2. С. 105-110.

17. Пустобриков В.Н., Агаев В В., Кондратьев Ю.И., Дзагоев Л.М. Распределение энергии волны напряжений, создаваемой зарядом НРС, и расчет скорости движения трещин в горном массиве // Цветная металлургия. №4. 2004. С.26-28.

18. Пустобриков В.Н., Тедеев Т. Р., Агаев В В. и др. Определение полей напряжений, возникающих в горном массиве под действием зарядов НРС // Цветная металлургия. №5.2004. С.2-6.

19. Алборов И.Д., Дзагоев Л.М, Пустобриков В.Н. Экологические аспекты разработки месторождений нерудного сырья // Вестник МАНЭБ. №4. т.9. 2004.C.80-82.

20. Шахова C.B., Рутковский А.Л, Дзагоев Л.М. и др. Расчет процесса те-плопоглощения монолитными грунтами в период гидратации невзрывчатых разрушающих составов / Депон. в ВИНИТИ. 2001. №3201 - BOI.

21. Дзагоев Л.M., Пустобриков В.Н., Михайлов Б М., Шахова C.B. Технологические и теплотехнические параметры шахтной печи для производства

« гранулированного оксида кальция / Депон. в ВИНИТИ. 2000. №725-ВОО.

22. Пустобриков В Н. Определение полей напряжений и расстояний между шпурами при разрушении горных пород с использованием невзрывчатых разрушающих составов / Депон. в ВИНИТИ. 2004. №573-В2004.

23. Пустобриков В.Н. Аналитические исследования закономерностей развития магистральной трещины / Депон. в ВИНИТИ. 2004. №572-В2004.

24. Пустобриков В. H Определение параметров волн напряжений при статическом методе разрушения горных пород // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Ростов-на-Дону. - 2005. № 2. С.111-113.

В местной печати:

25. Пустобриков В.Н., Дзагоев Л М., Шахова C.B., Лаптев A.B. Гидратация невзрывчатых разрушающих составов с добавками // Труды СКГТУ. Владикавказ. Вып. №7. 2000.С. 55-59.

26. Шахова С.В, Дзагоев Л.М., Пустобриков В.Н. Подбор невзрывчатых композиции для отбойки и разрушения скального грунта при низких положительных и отрицательных температурах // Труды СКГТУ. Владикавказ. Вып. №7.2000. С. 44-51. 1

27. Горбаткова Б.Х., Дзагоев Л.М, Пустобриков В.Н., Шахова C.B. Термодинамический анализ невзрывчатых разрушающих составов // Труды -СКГТУ. Владикавказ. Вып. №7. 2000. С. 35-44.

28. Дзагоев Л.М., Шахова C.B., Пустобриков В.Н. Анализ процесса гидратации невзрывчатых разрушающих составов, протекающих в закрытом объеме // Материалы Международной конференции «Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект в информациологии». Москва-Владикавказ. 1999. С.288-289.

29. Шахова С.В, Дзагоев ЛМ„ Пустобриков В.Н. Математическая модель кинетики гидратации невзрывчатых разрушающих составов // Материалы Международной конференции «Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект в информациологии». Москва-Владикавказ. 1999. С. 299-307.

30. Дзагоев Л М, Шахова C.B., Пустобриков В Н. Совершенствование невзрывчатых разрушающих составов // Материалы международной конференции «Информационная математика, кибернетика, искусственный интеллект в информациологии». Москва-Владикавказ. 1999. С. 286-288. «

31. Дзагоев Л.М., Пустобриков В.Н., Шахова C.B., Купеев К.Г. Гидратация невзрывчатых разрушающих составов // Научно-техническая конференция, посвященная 60-летию НИСа. Сб. статей СКГТУ. 1998. С.218-223. 4

32. Шахова C.B., Дзагоев Л.М., Пустобриков В.Н. Выбор добавок в зависимости от эффективности их воздействия на невзрывчатые разрушающие составы // Владикавказ. Труды СКГГУ. Вып. №8. 2001. С. 45-49.

33. Пустобриков В.Н., Шахова C.B., Дзагоев Л.М., Лисицына О.Г. Подбор невзрывчатых разрушающих составов (НРС) в режиме переменных температур // Владикавказ. Труды СКГТУ. Вып. №8. 2001. С.49-64.

34. Дзагоев Л.М., Пустобриков В.Н. Область и условия применения невзрывчатых композиций //Владикавказ. Труды СКГТУ. Вып.№7.2601. С.31-35.

35. Пустобриков В.К, Дзагоев ИМ., Тайсаев Б.М. Технико-экономический анализ применения невзрывчатых разрушающих составов И Владикавказ. Труды СКГТУ. Вып. №7. 2000. С. 35-43.

36. Пустобриков В.Н., Дзагоев Л.М., Шахова C.B., Купеев К.Г. Физико-механические, петрографические и химические исследования монолитных грунтов// Владикавказ. Сб. научных трудов аспирантов СКГТУ.1999. С. 18-21.

37. Пустобриков В.Н., Дзагоев Л.М., Шахова СВ., Скочков A.B. Современное состояние методов разработки скальных грунтов // Владикавказ. Сб. научных трудов аспирантов СКГТУ. 1999. С. 21-24.

38. Пустобриков В.Н., Дзагоев Л.М., Шахова C.B. Технология изготовления невзрывчатых композиций для добычи и разделки блоков // Владикавказ. Научно-техническая конференция, посвященная 60-летию НИСа. Сб. статей СКГТУ.1998. С.17-21.

39. Пустобриков В.Н., Дзагоев Л.М., Шахова C.B. Определение полей напряжений при использовании невзрывчатых разрушающих составов // Владикавказ. Научно-техническая конференция, посвященная 60-летию НИСа. Сб. статей СКГТУ. 1998. С.13-17.

40. Дзагоев Л.М., Шахова C.B., Пустобриков В.Н., Лаптев A.B. Определение основных характеристик невзрывчатых разрушающих составов - тепловыделения и температуры в период гидратации методом термостатирования // Владикавказ. Сб. научных трудов аспирантов СКГТУ. 2001. С. 61-67.

41. Пустобриков В.Н., Дзагоев Л.М, Галаванов A.A. Исследование рабо-! тоспособности анкерной крепи с использованием расширяющихся смесей //

Владикавказ. Труды СКГМИ (ГТУ). Вып. №10.2003. С. 37-41.

42. Пустобриков В.Н., Галаванов А А. Влияние зон напряжений на формирование трещин раскола при проходке выработок // Владикавказ. Труды СКГМИ (ГТУ). Вып. №10. 2003. С. 33-37.

43. Лисицина О.Г., Шахова C.B., Дзагоев ЛМ., Пустобриков В.Н. Кинетика гидратации невзрывчатых разрушающих составов при положительных температурах // Владикавказ. Сб. научных трудов аспирантов СКГТУ. 2001. С. 53-61.

Подписано в печать 5.04.2005. Объем 2,0 п.л.

Тираж 100 экз. Заказ 174.

Издательство « Герек» Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета). 362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

I

ft

г,

«

Ш11077

РНБ Русский фонд

2006-4 14219

Содержание диссертации, доктора технических наук, Пустобриков, Владимир Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ БЕЗВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКИ И РАЗРУШЕНИЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД

1.1. Существующие способы безвзрывной отбойки и разрушения горных пород.

1.2; Статические способы отбойки и разрушения; горных пород.

1.3: Разрушение горных пород с использованием невзрывчатых ^ разрушающих составов (НРС).

1.4. Рецептура невзрывчатых разрушающих составов для низких положительных и отрицательных температур.

1.5. Исследование полей напряжений и способы повышения эффективности использования НРС.

1.6. Факторы, влияющие на эффективность примененияНРС в режиме низких положительных и отрицательных температур.

1.7. Цель и задачи исследований.

II. ВЗАИМОСВЯЗЬ ТЕПЛОВЫХ, УПРУГИХ И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД С ИЗМЕНЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ

2.1. Краткая характеристика осадочных пород, используемых для приготовления НРС.

2.2. Физические свойства горных пород, определяющие их разрушение при использовании НРС.

2.3. Исследование характеристик температурного поля при охлаждении скальных пород.

2.4. Закономерности изменения прочностных и теплофизических свойств горных пород в режиме разнопеременных температур

ВЫВОДЫ.

III. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЦЕПТУР НЕВЗРЫВЧАТЫХ РАЗРУШАЮЩИХ СОСТАВОВ И ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ СВОЙСТВ ДЛЯ УСЛОВИЙ НИЗКИХ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР

3.1. Сырьевые материалы и технологии получения невзрывчатых разрушающих составов.

3.2. Рецептура невзрывчатых разрушающих составов для; низких положительных и отрицательных температур.

3.3. Кинетика гидратации невзрывчатых разрушающих составов и ее составляющие.

3.4. Термодинамические параметры невзрывчатых разрушающих составов в различных температурных условиях.

3.5. Термостатическое определение тепловыделения и температур гидратации НРС.

3.6. Экспериментальные исследования гидратации невзрывчатых разрушающих составов.

3.7. Потери тепла в период гидратации.

ВЫВОДЫ.

IV. МОДЕЛЬ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕВЗРЫВЧАТЫХ РАЗРУШАЮЩИХ СОСТАВОВ

4.1. Определение параметров полей напряжений, возникающих в горном массиве под воздействием зарядов НРС.

4.2. Расчет полей напряжений и скорости движения трещин в горном массиве.

4.3. Аналитические исследования закономерностей развития магистральной трещины.

4.4. Определение полей напряжений и расстояний между шпурами при разрушении горных пород.

4.5. Влияние температуры гидратации зарядов НРС на деформацию и упругие напряжения в породах.

4.6. Построение полей напряжений в вершине трещин и в массиве, ограниченном свободной поверхностью.

ВЫВОДЫ.

V. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ ЗАРЯДОВ НЕВЗРЫВЧАТЫХ РАЗРУШАЮЩИХ СОСТАВОВ

5.1. Классификация методов использования НРС.

5.2. Расчет технологических параметров отбойки и разрушения скальных пород.

5.3. Производственные испытания невзрывчатых разрушительных составов.

5.4. Оформление контуров выработок с использованием невзрывчатых разрушающих составов.

5.5. Экономическая эффективность использования невзрывчатых разрушающих составов.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка способа и обоснование параметров разрушения горных пород с использованием невзрывчатых разрушающих составов при низких температурах"

Актуальность проблемы. Для горного производства важное значение имеет проблема устойчивости законтурного массива, от решения которой зависят эффективность и безопасность горных работ, чистота окружающей среды, полнота извлечения полезных ископаемых.

В современной практике отработки карьеров и рудников, проходки выработок и строительства подземных сооружений в большинстве случаев применяют буровзрывной способ, один из недостатков которого - сейсмическое действие взрыва на законтурный массив, его нарушение и значительное его ослабление.

Несмотря на достигнутые успехи в управлении отбойкой пород взрывом за счет применения зарядов специальных конструкций, в ряде случаев не обеспечиваются требуемые конечные результаты, нарушается работа погрузочно-транспортных средств, на 30-35 % падает производительность труда, резко возрастают потери полезного ископаемого. По данным ряда исследователей, при добыче монолитных блоков потери достигают 40 % и более за счет получения недоброкачественных профильных поверхностей, снижается* чистота среды и увеличиваются площади под отвалы некондиционных блоков.

Возможным направлением решения этой проблемы является статический метод разрушения горных пород с использованием невзрывчатых разрушающих составов (НРС). Широкое внедрение НРС в практику выемки запасов минерального сырья сдерживается отсутствием: теоретических и экспериментальных исследований, их термодинамических характеристик и химико-математической модели кинетики гидратации; модели распределения энергии заряда НРС в горном массиве; способов и средств управления полями напряжений в отбиваемом массиве с прогнозированием характера разрушения при известных параметрах горных пород, а также невозможностью использования существующих составов при низких положительных и отрицательных температурах.

Решению указанных вопросов посвящена настоящая диссертационная работа, выполненная в ходе реализации программы совместных исследований Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета) и ОАО "Керамик", проводившейся с 1988 г.

Цель работы. Теоретическое обоснование и разработка безвзрывной технологии добычи минерального сырья с использованием НРС в условиях низких положительных и отрицательных температур, а также рецептур НРС, способов и средств для ее реализации.

Основная идея работы заключается в выявлении закономерностей распределения напряжений, возникающих в отрабатываемом горном массиве при механическом и тепловом взаимодействии зарядов НРС с горными породами при низких положительных и отрицательных температурах с учетом физико-химических свойств разрушаемых горных пород и разработанных НРС, а также в разработке способов и средств, повышающих эффективность их использования.

Методы исследования. В работе применен комплексный метод исследования: критический анализ и обобщение ранее выполненных исследований; теоретические исследования с использованием положений теорий теплопроводности и теплопередачи, упругости, конечных элементов, волновой механики, оптической поляризации; лабораторные исследования с использованием методов определения физических свойств горных пород, микроскопии, фотопланиметрии, математического моделирования и компьютерных статических программ, полупромышленных испытаний и технико-экономического анализа их результатов.

Положения, выносимые на защиту

1. Математическое описание зависимости свойств некоторых горных пород (с учетом глубины их расположения от обнаженной поверхности) от температуры окружающей среды.

2. Рецептура, технология изготовления и результаты исследования свойств новых многокомпонентных расширяющихся смесей на основе высокоактивного оксида кальция, предназначенных для использования в условиях низких положительных и отрицательных температур.

3. Математическое описание картины полей напряжений, возникающих в отрабатываемом горном массиве при механическом и тепловом взаимодействии одного или нескольких зарядов НРС, расположенных различным образом, с горными породами.

4. Закономерности зарождения и распространения трещин раскола, возникающих в разрушаемом горном массиве под действием зарядов НРС, при наличии одной или нескольких обнаженных поверхностей.

5. Методика расчета параметров технологий отбойки и пассировки блоков горных пород, оформления контуров выработок. Технические способы и средства, повышающие эффективность использования НРС.

Научная новизна

1. Установлены закономерности изменения свойств горных пород от температуры окружающей среды с увеличением глубины залегания пород от обнаженной поверхности.

2. Разработан способ определения рецептур и подбора добавок для новых НРС, обеспечивающих эффективное разрушение горных пород при низких положительных и отрицательных температурах. Составлены рецептуры семи НРС, исследованы их физико-химические (в том числе и термодинамические) свойства.

3. На основе метода конечных элементов разработано математическое описание картины полей напряжений, возникающих в отрабатываемом горном массиве при механическом и тепловом воздействии одного или нескольких зарядов НРС, расположенных различным образом. Полученное описание подтверждено экспериментами на эквивалентных материалах с использованием методов оптической поляризации, акустики и термоупругости.

4. С использованием волновой теории упругих колебаний определены зоны суперпозиции напряжений, создаваемых соседними зарядами НРС, которые могут находиться на поверхности шпуров и вне ее в зависимости от наличия и количества обнаженных плоскостей; расстояния между шпурами и давления, развиваемого зарядами НРС. Установлено, что направление и скорость распространения трещин раскола определяются амплитудой, фазой и скоростью распространения волн напряжений в разрушаемых породах, их плотностью и давлением, создаваемым зарядами НРС в шпурах.

5. Предложены формулы для определения расстояния между шпурами, сближения их устьевых или донных частей, радиуса зоны образования эффективных трещин, линий наименьшего сопротивления, глубины шпура: и заложения в нем заряда НРС, удельного его расхода. Разработаны конструкции концентраторов напряжений, клиновых иденторов, повышающих направленность действия зарядов НРС.

Научная новизна подтверждена 8-ю патентами РФ на изобретения.

Практическая значимость

L Полученные зависимости изменения свойств горных пород от температуры окружающей среды и глубины их залегания от обнаженной поверхности в совокупности с установленными физико-химическими свойствами НРС разработанных рецептур позволяют определить области применения без проведения экспериментальных исследований.

2. Определение картины полей напряжений, выявление зон суперпозиции упругих колебаний, зарождения и распространения трещин раскола обеспечивают направленное действие зарядов НРС за счет изменения расположения шпуров.

3. Разработанная методика расчета параметров технологий отбойки и пассировки блоков горных пород, оформления контуров выработок позволяет получать бездефектные блоки минерального сырья, обеспечить их качественную разделку, заданную геометрию горных выработок. Предложенные технические способы и средства, повышающие эффективность использования НРС, сокращают время добычных работ и повышают производительность труда.

4. Предложенная технология с использованием разработанных НРС позволяет вести добычу полезных ископаемых в условиях низких положительных и отрицательных температур, исключает сейсмическое действие на окружающий массив, повышает безопасность труда и снижает негативное экологическое воздействие горно-добычных предприятий.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием комплексных методов исследований, хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных • и в промышленных условиях, положительными результатами реализации разработанной технологии с использованием НРС предложенных рецептур, способов и средств, повышающих их эффективность.

Реализация работы

Результаты исследований использованы при проектировании и строительстве Бакинского метрополитена, при добыче горных пород на карьерах: "Попов хутор", "Кавдоломит", "Геналдон", "Галашкинский", "Карабулакский", "Ржевский", "Вединский" (Армения) и рудниках: Тырныаузского ВМК, Садонского СЦК, а также в тоннельно-строительном управлении г. Владикавказа с общим экономическим эффектом (в ценах 2003 г.) более 1,5 млн.р.

Отдельные результаты исследований внедрены в практику работы института "Кавказцветметпроект", используются при чтении курсов "Разрушение горных пород" и "Физика горных пород" в СКГМИ (ГТУ).

Результаты исследований могут быть использованы другими предприятиями, занимающимися отработкой минерального сырья, проведением горных выработок, строительством сооружения и т.п.

Апробация работы

Основные положения диссертационных исследований были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на семинарах, совещаниях и конференциях: "Вопросы устойчивости бортов карьеров и откосов дорог, нарушенных открытыми горными работами и селевыми потоками" (г. Нальчик, 2000 г.); "Информационная математика, кибернетика, искусственный; интеллект и информациологии" (Москва-Владикавказ, 1999г.); "Экология и чистота окружающей среды" (г. Владикавказ, 1999 г.), "Пути повышения добычи полезных ископаемых с применением новых способов разрушения" (г. Владикавказ, 1995 г.), а также на научно-технических и технических советах горно-добывающий предприятий: Зодского рудника объединения "Армзолото"; рудника открытых работ Тырныаузского ВМК; карьероуправления "Кавдоломит"; Садонского рудника ССЦК; Владикавказского (Орджоникидзевского) тоннельно-строитель-ного управления; карьеров: Ржевского нерудного карьера; карьеров "Геналдон"; "Галашкинский" и "Карабулакский"; на ежегодных научно-практических конференциях СКГМИ (ГТУ) в 1987-2004 гг.; на научно-технических советах "ВНИИЦВЕТМЕГ\ "АрмНИИПроцветмет", "ВНИПИ горцветмет", МГУ и ИПКОН РАН.

Публикации

Общий список трудов по теме диссертации включает 43 работы, в том числе монография, 2 учебных пособия, 32 статьи и 8 патентов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и 13 приложений, изложена на 282 стр., включает 88 рисунков, 56 таблиц, список литературы из 194 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Пустобриков, Владимир Николаевич

ВЫВОДЫ

Предложена классификация методов использования зарядов НРС, которая дает представление о способах разрушения горных пород и создания контурных поверхностей, а так же возможность единого методического подхода к расчету параметров заряда.

Образование и развитие трещин в приконтурном массиве в значительной степени определяется кинетикой процесса разрушения при статическом срабатывании зарядов НРС. Развитие процесса разрушения массива осуществляется за счет взаимодействия полей напряжений по линии зарядов, приводящих к возникновению трещин.

В результате изучения явлений при гидратации заряда НРС с позиций волновой теории получены расчетные уравнения растягивающих напряжений, их распространения в глубь массива, от которой зависит эффективность отбойки.

Расстояние между шпурами (а), глубина заложения (Ншп) и линии наименьшего сопротивления (W) с учетом температуры среды и диаметра шпуров, определяются по предложенным формулам, исходя из основного показателя НРС - развиваемого давления (Ра). Максимальная температура гидратации при нормальных положительных температурах используемых НРС после заливки в шпуры через 3-4 часа составляют 100-120 °С, а тепловыделение и развиваемое давление, соответственно, равны 185 кДж/кг и 60-65 МПа. С понижением температуры до 0 °С и ниже до -15 °С, время «работы» НРС значительно возрастает от 5-6 до 18 и более часов, что позволило предприятиям вести круглогодичную отбойку и разрушение монолитных объектов.

Использование предложенных НРС по оконтуриванию сводчатой части выработок, тоннелей, камер и других сооружений, как способа предварительного щелеобразования, показал правильность направления и перспективность его применения в подземных условиях.

Разработанным составом свойственны экономичность и высокая технологическая культура разработки штучных горных блоков различной конфигурации, безопасность для горнорабочих, отсутствие шума, разлета кусков пород и загрязнения окружающей среды. Полученные составы для отбойки и разрушения монолитных объектов применимы при круглогодичной эксплуатации месторождений и проходке выработок.

С использованием НРС, как показала практика, на восьми карьерах (Кавдоломит, Геналдон, Тверьстекло, Попов хутор, Алкунском, Галашкинском, Горованском), а так же при разрушении негабаритов на Садонском свинцово-цинковом комбинате, РоР (руднике открытых работ) Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината, Владикавказском тоннельно-строи-тельном управлении, отработки котлована Бакинского метрополитена, на объектах АО «Гражданстрой», «Гражданстройсервис» и других предприятий, увеличивается производительность труда в 1,7-1,4 раза, выход бездефектных блоков из горной массы в 2-3 раза.

Экономический эффект от внедрения НРС составил более 1,5 млн. р (в ценах 2003 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании выполненных автором исследований решена крупная научная проблема^ по разработке технологии добычи полезных ископаемых с применением невзрывчатых разрушающих составов при низких положительных и отрицательных температурах, имеющих важное народнохозяйственное значение.

Основные научные результаты, выводы, и практические рекомендации диссертационной работы:

1. Изучены закономерности изменения физических и химических свойств некоторых скальных пород под действием:приложенной нагрузки при низких положительных и отрицательных температурах.

2. Установлены закономерности изменения температуры в массиве пород при различных метеорологических условиях, оказывающих значительное влияние на распределение напряжений при отбойке горных пород с использованием НРО.

3. Разработаны и исследованы рецептуры невзрывчатых составов для работы в диапазоне температур +5 -г -15 °С, развивающие необходимые в этих условиях давление, температуру, тепловыделение и скорость гидратации.

4. Разработана технология производства основного компонента HPG оксида кальция - из известняка и доломита, включающая дробление до степени 12 в щековых и молотковых дробилках, обжиг в разработанной вертикальной шахтной печи при 1200-1250 °С в течение 4,5-5,0 ч, измельчение полученных гранул после их охлаждения в шаровой мельнице закрытого типа. Рассчитаны технологические параметры и установлен температурный режим по высоте печи.

5. Изучено с использованием теории упругости и метода конечных элементов распределение в пространстве и времени радиальных и тангенциальных напряжений, создаваемых единичным шпуровым зарядом

НРС. В результате получены формулы для определения расстояний между шпурами, границ эффективной зоны действия, линии наименьшего сопротивления и глубины заложения зарядов НРС в шпурах.

6. Изучено взаимодействие волн напряжений, возникающих от действия зарядов НРС, и при отражении их от плоскостей обнажения. Описана картина интерференции этих волн, доказана решающая роль наложения , волн напряжений в фазе их максимума на место зарождения, формирование и распространение трещин раскола. Получены формулы распространения критических напряжений в зоне интерференции и скорости развития трещин. ■щ) 7. С использованием методов фотоупругости и акустики, графоаналитическим построением подтверждена идентичность картин формирования и распределения волн растягивающих напряжений от действия заряда НРС, выявлена методом конечных элементов закономерность влияния напряжения в вершине трещины на ее формирование.

8. С использованием теории упругости исследовано влияние температурных полей напряжений, возникающих при гидратации НРС, на общую картину напряжений и предложены расчетные формулы, описывающие распространение температурных напряжений в глубь массива.

9. Сформированы принципы повышения эффективности разрушения ф-< горных пород за счет концентрации напряжений и разработаны средства обеспечения направленного действия зарядов НРС.

10. Разработаны технологические схемы расположения оконтуривающих шпуров, эффективность которых основана на использовании напряжений, создаваемых зарядами НРС как в массиве, так и при отсутствии обнаженных поверхностей.

11. Предложена методика подбора минеральных и органических добавок создания НРС, на основе которой создано семь рецептур невзрывчатых разрушающих составов, защищенных патентами РФ на изобретения, работоспособных при низких положительных и отрицательных температурах. г

12. Разработана методика расчета и выбора оптимальных параметров отбойки и разрушения скальных пород различной крепости, удельного расхода НРС, расположения шпуров, их глубины в зависимости от температуры среды и физико-механических параметров горных пород.

13. Разработаны конструкции зарядов НРС и приспособлений, ускоряющих трещинообразования в нужном направлении.

Разработанная технология;испытана и внедрена на восьми карьерах, на: рудниках Садонского и Тырныаузского комбинатов, при строительстве Бакинского метрополитена и на других предприятиях. Она позволила повысить производительность труда в 1,4-1,7 раза, увеличить добычу бездефектных блоков в 2-3 раза, снизить себестоимость проходческих работ на 12-15 %, и обеспечить безопасную отработку месторождений при низких положительных и отрицательных температурах. Общий экономический эффект от внедрения разработанной технологии составил в ценах 2003 г. более 1,5 млн. р.

Г»

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Пустобриков, Владимир Николаевич, Владикавказ

1. Дмитриев А. П., Янченко Г. А. Физические методы разрушения горных пород. Ч: 1. II; - М.: Недра: МГИ. 1980.- 63 с.

2. Кузнецов В. В., Протасов Ю. И; Разрушение пород инфракрасным излучением.-М.: Недра. 1979.- 351 с.

3. Дмитриев А. П., Гончаров С. А. Термическое и комбинированное разрушение горных пород М:: Недра. 1978;- 303 с.

4. Ломоносов Г. Г. Технология разрушения горных пород в карьерах.- М.: МГИ. 1971.-230 с.

5. Новые методы разрушения горных пород. Учебное пособие для вузов / Емелин М; А., Морозов В. Н., Новиков Н. П: и др.- М.: Недра. 199.- 240 с.

6. Чеченков М. Соразработка прочных грунтов.-Л.: Ст-т. 1987 231 с.

7. Чирков А. С. Добыча и переработка строительных пород.- М.: МГГУ . 2001.- 479 с.

8. Звягинцев Л1 И., Супрун В. И., Бульбашев А. П. Совершенствование технологии выемки блоков известняков на карбонатных месторождениях // Горный информационно-аналитический бюллетень.- М.: МГГУ. 2001. № 2.— С. 126-130.

9. Алимов О. Д., Мамасаидов М. Т., Хохлов А. Я: Экспериментальные исследования безвзрывного раскола природного камня с адаптивными рабочими органами // Физико-технические проблемы полезных ископаемых.-М.: 1990. № 3.- С. 52-57.

10. Латышев О. Г., Рыбак В. П. Прогнозирование эффективного использования поверхностно-активных веществ в процессе механического разрушения горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень.- М.: МГГУ. 2000. № 4.- С. 234-236.

11. Шишкин Ю. П., Микулевич А. П., Буриков А. М. Экспериментальные исследования безвзрывного разупрочнения многолетнемерзлых пород // Физико-технические проблемы полезных ископаемых М.: 1990. № 4 - G. 79- 85.

12. Разрушение горного массива взрывоимпульсного действия. Отв. ред. Докунин А. В. АН СССР, ИГД им. Скочинского А. А., Мин-во угольной:.пром-ти СССР.-М;: Недра. 1974.-228 с.

13. Пат № 2182969 (РФ). Способ беспламенного разрушения твердых тел и устройство для его осуществления / Адамович Б. А.,.Дербичев А.-Г. Б.-Г., Дудов В. И. и др. Опубл. 2002.

14. Рекомендации по технике разработке грунтов с применением новых машин и навесного оборудования / ЦНИИОМТП Госстроя СССР- М.: Стройиздат. 1984.-С. 71-79.

15. Муравин Б. Г., Бурнштейн А. В., Симкин Я. В. Гидравлические методы дробления горных пород // Механизация строительства. 1982.№ 7-С. 55-58.

16. Булавкин А. А., Семешин И. М., Шеметов М. Г. Технологические комплексы на базе гидроагрегата УСВД-3500 для контурной резки камня // Горный информационно-аналитический бюллетень М.: Mil У. 2000. № 3 - С. 105.

17. Шумаков В. И. Разработка теории гидрорезания песчаников струями воды сверхвысокого давления // Горный информационно-аналитический бюллетень.- М.: МГГУ. 2001. № 3.- С. 200-202.

18. Шустов Н. В. Взрывогидравлический способ разрушения твердых пород.- М.: Недра. 1968 48 с.

19. Временное техническое условие при производстве земляных работ на Кольском полуострове.- Красноярск. Промстрой НИИ проект. 1973.- 54 с.

20. Орлов Н. Я. О принципе работы пороховых гидроимпульсных скалоломов и особенности их воздействия на разрушающую среду // Сб. трудов Гидропроекта им. С. Я. Жука.- М.: Вып. 55. 1978.- С. 23-27.

21. Менжулин С. Е., Соколова Н. В., Шишов А. И. Наведенная трещиноватость, разупрочнение и разрушение горных пород при СВЧ-нагреве // Горный информационно-аналитический бюллетень М.: МГГУ. 2001. № 2-С. 126-130.

22. Викторов С. Д., Кузнецов А. П. Разрушение горной породы струей химически активной жидкости // 10-я Международная конф. по мех., горн, пород. 27-1 окт. 1993: Тез. докл.- М.: С. 83.

23. Назаров П. Ч., Левковский Г. Л. Технология направленного раскола крупных отдельностей и дробления негабаритов электроразрядным методом на карьерах природного камня // Горный информационно-аналитический бюллетень М.: МГГУ. 2000. № 9.- С. 129.

24. Долголаптев А. В., Вороновский Ю. Д., Красновский С. С. и др. Комбинированное разрушение массива на основе электрофизического отрыва // Горный информационно-аналитический бюллетень.-М.: МГГУ. 2000. № 10 С. 88.

25. Малышева Н. А., Сиренко В. Н. Технология разработки месторождений нерудных строительных материалов.- М.: Недра. 1977.- 392 с.

26. Блюменфельд В. М. Рациональный способ добычи гранитовых блоков // Горный журнал. 1996. № 6.- С. 33-35.

27. Латышев JI. И. Инженерное решение как критерий отбора // Изобретатель и рационализатор. 1996. № 6- С. 28-30.

28. Несмеянов Б. В. Теоретические основы, методы и средства обеспечения устойчивости карьерных откосов: Диссдокт. техн. наук М.: 2000.

29. Применение гидравлического эффекта в строительстве.- Тула.: ЦБНТИ Минпромстроя СССР. 1981.- 55-58 с.

30. Клишин В; И., Леконцев Ю. М., Новик А. В. Спсобы и технические средства невзрывного разрушения горных пород растягивающими усилиями // Горный информационно-аналитический бюллетень.- М.: МГГУ. 2000. № 10-С. 70-72.

31. Пат. № 2186969 (РФ). Способ разрушения горных пород / Кю' Н. Г., Новик А. В1, Симонов Д. С., Фрейдин А. М. Опубл. 2002.

32. Лебедев 10. А., Горьков А. К., Макаров А. Б. Добыча гранитных блоков в ЮАР // Горный журнал. 1996. № 6- С. 43-44.

33. Рожков М. Взрывают, но тихо // Изобретатель и рационализатор. 1984.-С. 8-9.

34. Хорохонов Ю. Б., Плохань К. В. Лабораторные исследования рабочей смеси на основе НРС-1 // Повышение эффективности разраб. месторожд. полезных ископаемых Вост. Сиб. Тез. докл.- Иркутск.: 1989 С. 17.

35. Николаев М. М., Захаров Г. В:, Глазунов А. В: и др. Новый материал для эффективного разрушения прочных хрупких объектов // Горный журнал. 1989. №5.-С. 35-36.

36. А. С. № 1635477 (СССР). Сырьевая смесь для получения разрушающего материала // В. Ф. Грибко, Н. И. Телятникова, А. Г. Холодный. В откр. печати не публ.

37. Пащенко А. А., Кузнецова Т. В., Дмитриев А. М. и др. Безвзрывной разрушающий материал на основе пассивированного оксида кальция // Киевский политехнический институт, МХТИ им. Д. И. Менделеева, Государственный ЦНИИЦемент. отчет. 1991.

38. Freiherr Н. Способ невзрывной отбойки и разрушения горных пород Bergbau. 1991.-42. № 6.- С. 267-270.

39. Пат. № 4604153 (США). Реагент, способствующий процессу разрушения. Опубл. 05.08.1986.

40. Пат. № 4807530 (США). Способ разрушения хрупких материалов. Опубл. 28.02.1989.

41. Новое химическое вещество для разрушения породы. «Mining I.». 1984. р. 303. № 7787.344.

42. Практическое применение расширяющихся цементов для дробления и выемки пород. «Rocas у miner». 1983. 12. № 143, 20-21, 24-26.

43. А. С. № 241200 (ЧСС). Способ разрушения жестких систем. Опубл. 15.08.1988.

44. А. С. № 224872 (ЧСС). Способ разрушения твердых тел. Опубл. 15.10.1988.

45. А. С. № 1403559 (СССР). Разрушающий материал / Сажнева 3. С., Соколовский В. А., Воробьев X. С. и др. Опубл. 1986.

46. А. С. № 2010778 (СССР). Сырьевая смесь для получения невзрывчатого разрушающего материала / Благоразумный Б. М., Морев А. М., Сажнева 3. С. Опубл. 1994.

47. А. С. № 1251611 (СССР). Способ направленного деформирования трещин в массиве твердой среды / Гарцуев Е. М., Хрипко А. А., Штомпель А. И. Опубл. 1984.

48. Христолюбов В. Д. Влияние химических добавок на величину усилия, развиваемого НРС // Физ.-техн. пробл. горного произ-ва. М.: 1990. — С. 137140.f238

49. A. С. № 916463 (СССР). Невзрывчатый разрушающий состав / Шпынова Л. Г., Терлыга С. Ю., Островский О. JI. и др. Опубл. 1982.

50. А. С. № 1114645 (СССР). Невзрывчатый разрушающий состав / Шпынова Л. Г., Якимечко Я. Б., Саницкий М. А. и др. Опубл. 1982.

51. А. С. № 1186595 (СССР). Невзрывчатый разрушающий состав / Шпынова JI. Г7., Якимечко Я. Б. Опубл.1985.

52. А. С. № 1189831 (СССР); Разрушающий материал / Шпынова JI. Г., Якимечко Я. Б., Петрушко И. М. Опубл. 1985.

53. А. С. № 1217813 (СССР). Разрушающий материал / Шпынова Л. Г., Якимечко Я. Б., Саницкий М. А. Опубл. 1986.

54. А. С. № 1283231 (СССР). Разрушающий материал / Шпынова Л. Г., Якимечко Я. Б. Опубл. 1987.

55. А. С. № 1435559 (СССР). Разрушающий материал / Якимечко Я; Б., Новосад М. А., Саницкий М. А. Опубл. 1988.

56. А. С. № 1414820 (СССР). Разрушающий материал / Габададзе Т. Г., Суладзе И. М., Сихурализде В. Г. и др. Опубл. 1988;

57. Пат. № 2035421 (РФ). Состав газовыделяющей сырьевой смеси, стержень из этой смеси и способ статического разрушения массивов или конструкций из хрупкого материала / Грамовский Ю. Л., Белов Ю. А., Седов Ю. И. Опубл. 1995.

58. Пат. № 93058105 (РФ). Невзрывчатый разрушающий материал быстрого воздействия / Грамовский Ю. Л., Захаров В. М., Кузнецов Е. А. Опубл. 1996.

59. Заявка Японии № 57-135053. Невзрывчатый состав для разрушения скальных пород. Опубл. 1982.

60. Заявка Японии № 59-75976. Невзрывчатый состав. Опубл. 1984.

61. Заявка Японии № 60-226989. Невзрывчатый состав. Опубл. 1985.

62. А. С. № 252729 (ЧССР). Способ разрушения твердых тел. / Siska R., Miazdra М., Slobaga S. и др. Опубл. 1988.Г239

63. А. С. № 1560727 (СССР). Способ разрушения твердых материалов / Ткачук К. Н., Фоменко И. А., Ткачук А. А. Опубл. 1990.

64. Краснопольский И. А., Пол ищу к С. 3., Панин К. В. К определению параметров полей напряжений при невзрывном разрушении горного массива / Инст-т геотехн. мех-ки АН УССР. Днепропетровск. 1988. Депон. в ВИНИТИ № 3176-В88.

65. Косолапов А. И., Волченко Н. И. Определение параметров технологии добычи блоков мрпмора; невзрывчатыми разрушающими средствами // Строительные материалы. № 1. 1990. С. 5-6.

66. Джапаридзе Т. О. Взаимодействие НРС со стенками скавжин // Материалы 9-ой Всесоюзной конференции по механике горных пород. Фрунзе. 1999.-С. 185-189.

67. Пустобриков В. Н., Дзагоев JI. М., Шахова С. В. Определение полей напряжений при использовании невзрывчатых разрушающих составов / Научно-техническая конференция, посвященная 60-летию НИСа СКРТУ. Сб. статей. 1998.-С. 13—17.

68. А. С. № 1254786 (СССР). Способ разрушения монолитных объектов / Гарцуев Е. М., Чолок Э. О., Хрипко А. А. и др. Опубл. 1985.

69. Пат. № 2029865 (РФ). Устройство для нагрева невзрывчатых разрушающих составов в шпурах, пробуренных в плоскости предлагаемого раскола монолита / Ровенский В. Г., Ровенская И. С. Опубл. 1995.

70. Пат. № 1803554 (РФ). Способ раскола монолитных объектов / Ровенский В. Г., Ровенская И. С. Опубл. 1993.

71. А. С. № 944604 (СССР). Способ разрушения монолитных объектов / Мамараимов А., Нудельман Б. И., Кахаров В. К., Тахиров М. К. Опубл. 1986.

72. А. С. № 1283381 (СССР). Способ добычи блоков природного камня / Сагинов А. С., Векслер Ю. А., Макучаров А. М. и др. Опубл. 1987.

73. А. С. № 1280950 (СССР). Способ разрушения горных пород / Софийский К. К., Паршкин Э. М. Опубл. 1985.

74. А. С. № 1363128 (СССР). Способ отделения блоков природного камня от массива горных пород / Ратушный В. М., Холодар Б. Г., Ткачев С. И. Опубл. 1985.

75. Зорин А. Н. Газрушение горных пород путем воздействия статических и динамических полей напряжений / Севергорно-рудн. пр-ва. М.: 1990. - С. 87-88.

76. Боровков Ю. А., Дюдин Ю. К., Фурман С. В. Выбор способа направленного раскола для создания экранирующих поверхностен при разработке обводненных месторождений // Цветная металлургия. 2001. № 11.— С. 14-16.

77. А. С. № 1518512 (СССР). Способ направленного разрушения монолитных объектов / Штеле В. И. Опубл. 1987.

78. А. С. № 1251612 (СССР). Устройство направленного разрушения монолитных объектов / Векслер Ю. А., Манучаров А. И., Абрамян А. М. и др. Опубл. 1984.

79. А. С. № 1328514 (СССР). Способ направленного разрушения горных пород / Штеле В. И. Опубл. 1987.

80. А. С. № 1684494 (СССР). Способ отделения блоков природного камня. / Штеле В. И., Свирский В. М., Моисеев А. И. и др. Опубл. 1989.

81. Пат. № 1783115 (РФ). Устройство для формирования трещин на стенках шпуров / Штеле В. И. Опубл. 1992.

82. Кочетков А. А. Закономерности разрушения скальных пород при различных режимах нагружения / Изв. Вузов. Горный журнал. 1991. № 4. С. 14-16, 1992. №7.-С. 4-7.

83. A. G. № 1475232 (СССР). Способ подготовки к применению капсул с невзрывчатым разрушающим средством / Гарцуев Е. М. Опубл. 1987.

84. А. С. № 1809045 (СССР). Способ создания шпурового заряда / Косков И. Г., Ягодкин Ф. И., Будник А. В., Бевз В. И. Опубл. 1993.

85. А. С. № 1640412 (СССР). Способ разрушения монолитных объектов / Сагдулаев X. X., Свеницкий А. С. Опубл. 1991.

86. А. С. № 1583603 (СССР). Устройство для направленного разрушения» монолитных объектов / Ткачук А. Л., Фоменко И. А., Ткачук А. А. Опубл. 1990.

87. А. С. № 1716125 (СССР). Способ добычи блоков природного камня / Векслер Ю. А., Барский А. А., Ким А. Л., Тлеугалиев М. И. Опубл. 1992.

88. Ржевский В. В., Новик Г. Я. Основы физики горных пород. М.: Недра. 1978.-390 с.

89. Турчанинов И. А. Современные методы комплексного определения физических свойств горных пород. Л.: Недра. 1967. - 200 с.

90. Фадеев А. Б. Прочность и деформируемость горных: пород: М.; Недра. 1979.-248 с.

91. Джеффери П. Химические методы анализа горных пород. М.: 1973. -470 с.

92. Дмитриев А. П., Кузяев Л. С. Термодинамические процессы в горных породах. М.: МГИ. 1970. - 106 с.

93. Гончаров С. А., Янченко Г. А. Исследование физических свойств горных пород в отрицательных температурах // Изв. Вузов. Горный журнал. 1970. №8.-С. 7-10.

94. Ржевский В. В., Дмитриев JL С., Дербенев Л. С. и др. Особенности теплового расширения горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1972. № 3. — С. 3-6.

95. Гончаров С. А., Дмитриев А. П. Термодинамические процессы в горных породах. Mi: Недра. 1990. - 359 с.

96. Вахалин Ю. Н. Исследование температурного режима внутриповерхностном; слое горных пород при локальном охлаждении // Управление процессами разрушения горных пород. Киев: Наукова думка. 1985.-С. 81-83.

97. Чельдиев А. X., Григорович С. Ф. Богатство недр Северной Осетии. -Орджоникидзе: 1966. — 124 с.

98. Абаев С. М. Нерудные полезные ископаемые Северной Осетии: Ир. Орджоникидзе: 1975. - 128 с.

99. Хрусталева Т. Ф., Ярчук Л. М. Обзор месторождений неметаллических полезных ископаемых СО АССР. Ессентуки: 1974. — 513 с.

100. Табунщиков Н. П. Производство извести. М.: Химия. 1074. - 239 с.

101. Монастырев А. В. Промзводство извести. М.: Стройиздат. 1972.207 с.

102. Дешко Ю. И., Креймер М. Б., Крыхтин Г. С. Измельчение материалов в цементной промышленности. М.: Стройиздат. 1966. — 269 с.

103. Вознесенский А. А. Тепловые установки в производстве строительных материалов и изделий. М.: Стройиздат. 1964. - 439 с.

104. Воробьев X. С., Мазуров Д. Е., Соколов А. А. Теплотехнологические процессы и аппараты силикатного производства. М.: Высшая школа. 1975. — 773 с.

105. Ходоров Е. И. Печи цементной промышленности. JL: Стройиздат. 1963.-455 с.

106. Левченко Н. В. Вредные вещества в промышленности. -Ленинградское отделение: Химия. 1976. 1 Т. - 826 С. — 2 Т. - 623 с.

107. Буров Ю. С., Колокольников В. С. Лабораторный практикум по курсу «Минеральные вяжущие вещества». М.: Стройиздат. 1974. — 255 с.

108. Волков М. И. Методы испытаний строительных материалов. М.: Стройиздат. 1974. -303 с.

109. Воробьев X. С. Гипсовые вяжущие вещества. М.: Стройиздат. - 300 с.

110. Волженский А. В. Минеральные вяжущие вещества. — М.: Стройиздат. 1986.-407 с.

111. Киреев В. А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. М.: Химия. 1970. - 519 с.

112. Карапетьянц М. А., Карапетьянц М. Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. М.: Химия. 1968.-470 с.

113. Карапетьянц М. А. Химическая термодинамика. М.: Химия. 1975.584 с.

114. Мищенко К. П., Равдель А. А. Краткий справочник физико-химических реакций. Л.: Химия. 1976. - 182 с.

115. Верятин У. Д., Маширев В. П., Рябцев Н. Г. Термодинамические свойства неорганических веществ. М.: Атомиздат. 1965. - 460 с.

116. Кривандин В. А., Марков Б; Л. Металлургические печи. М.: Металлургия. 1977. -465 с.

117. Морозов Е. И., Никишков Г. П. Метод конечных элементов в; механике разрушения; М.: Недра. 1980. - 254 с.

118. Морозов Е. М., Фридман Я. Б. Анализ трещин как метод оценки характеристик разрушения // Заводская лаборатория. 1966. № 8. — С. 977-984.

119. Партон В. 3., Морозов Е. М: Механика упруго-пластического разрушения. М.: Наука. 1974. - 416 с.

120. Партон В. 3. Механика разрушения от теории к практике. М.: Наука. 1900.-240 с.

121. Иродов И. Е. Волновые процессы (Основные законы). М. - СПб.: ФИЗМАТЛИТ. 2001. - 253 с.

122. Стрелков С. П. Механика. М.: Наука.- 195. - 560 с.

123. Кольский Г. Волны напряжений в твердых телах. — М.: Издательство иностранной литературы. 1955.- 192 с.

124. Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М.: Высшая школа. 1968. - 538 с.

125. Безухов Н. И., Лужин О. В. Приложение методов теории упругости и пластичности к решению инженерных задач. М.: Высшая школа. 1974. — 200 с.

126. Кисилев В. А. Плоская задача теории упругости. М.: Высшая школа. 1976.- 151 с.П245

127. Дзагоев JI. М. Технология разработки скальных массивов с использованием невзрывчатых разрушающих составов: Дис. . канд. техн. Наук / СКГТУ. Владикавказ. 2002.

128. Пустобриков В. Н. Определение полей напряжений и расстояний между шпурами при разрушении горных пород с использованием невзрывчатых разрушающих составов / Депон. в ВИНИТИ. 2004. № 573-В2004.

129. Хаимова-Малькова Р. И. Методика исследования напряжений поляризационно-оптическим методом. М.: Наука. 1970. - 115 с.

130. Рекач В. Г. Руководство к решению задач по теории упругости. М.: Ф, Высшая школа. 1977. - 216 с.

131. Боли Б., Дж. Уэйкер. Теория температурных напряжений. М.: Мир. 1964.-506 с.

132. Мелан Э., Паркус Г. Термоупругие напряжения, вызываемые стационарными температурными полями. М.: ФИЗМАТиздат. 1958. — 167 с.

133. Савин Г. И. Концентрации напряжений около отверстий. — М. JI;: Гостехиздат. 1951.- 496 с.

134. Савин Г. И. Распределение напряжений около отверстий. Киев: Наукова думка. 1968. - 887 с.

135. Трубецкой К. И. Ресурсосберегающие технологии и их роль в экологии и рациональном использовании при освоении недр // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ. 1993. № 3. - С. 8-13.

136. Рациональная разработка недр и охрана природы на карьерах. М.: Нежра. 1983.- 117 с.

137. Певзнер М. И., Костовецкий В. П. Экология горного производства. -М.: Недра. 1990.-230 с.

138. Смирнов А. Г. Новый подход к буровзрывным работам на карьерах нерудных строительных материалов // Горный журнал. 2003. № 6. С. 51-52.

139. Методика определения эффективности новых взрывчатых веществ. Изд. Инст-т горного дела им. акад. А. А. Скочинского. Информационный выпуск № В-189. М.: 35 с.

140. Инструкция по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Госстрой СССР. 1978. - 64 с.

141. Рекомендации по технико-экономической оценке применения добавок в бетоне. М.: НИИЖБ. Госстрой СССР. 1985. - 71 с.

142. Пустобриков В. Н., Дзагоев JI. М., Шахова С. В. Разработка технологии получения невзрывчатых разрушающих составов для отбойки и разрушения горных пород. Владикавказ: Иристон. 2001. 256 с.

143. Шахова С. В., Дзагоев Л. М., Пустобриков В. Н. Кинетика гидратации невзрывчатых разрушающих составов. Владикавказ: Терек. 2001. -75 с.

144. Пат. 2147561 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав / Дзагоев Л. М., Хугаев С. А., Пустобриков В. Н., Шахова С. В. // Б. И. № 11. 2000.

145. Пат. 2147562 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав / Пустобриков В. Н., Дзагоев Л. М., Шахова С. В. // Б. И. № 11. 2000.

146. Пат. 2148558 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав / Пустобриков В. Н., Дзагоев Л. М., Шахова С. В. // Б. И. № 13. 2000.

147. Пат. 2159747 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав на основе 96-ти %-ного оксида кальция / Пустобриков В. Н., Дзагоев Л. М., Шахова С. В., Горбаткова Б. X. // Б. И. № 33. 2000.

148. Пат. 2206532 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав НРС-1 / Дзагоев Л. М., Шахова С. В., Пустобриков В. Н. // Б. И. № 17. 2003.

149. Пат. 2206533 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав НРС-11 / Шахова С. В., Дзагоев Л. М., Пустобриков В. Н. и др. // Б. И. № 17. 2003.

150. Пат. 2160236 (РФ). Невзрывчатый разрушающий состав НРС96 / Пустобриков В. Н., Дзагоев Л. М., Шахова С. В. // Б. И. № 34. 2000.

151. Пат. 2232896 (РФ). Способ оконтуривания проходческих выработок/ Пустобриков В: Н, Липовой А. И., Дзагоев Л. М., Галаванов А. А. // Б. И. № 20. 2004.

152. Дзагоев Л. М., Шахова С. В., Пустобриков В. Н., Голик В. И. Применение невзрывчатых разрушающих составов для проведения горных работ в различных метеорологических условиях // Цветная металлургия. № 8-9. 2001.-С. 3-5.м

153. Рутковский А. Л., Дзагоев Л. М., Пустобриков В. Н; Исследование характеристик температурного поля при охлаждении скальных пород // Цветная металлургия. № 7. 2002.

154. Пустобриков В. Н., Агаев В. В., Кондратьев Ю. И., Дзагоев Л. М. Распределение энергии волны напряжений, создаваемый зарядом НРС, и расчет скорости движения трещин в горном массиве // Цветная металлургия. № 4. 2004. С. 26-28.

155. Пустобриков В. Н., Тедеев Т. Р., Агаев В. В. и др. Определение полей напряжений, возникающих в горном; массиве под действием зарядов НРС // Цветная металлургия. № 5. 2004. С. 2-6.

156. Алборов И. Д., Дзагоев Л. М., Пустобриков В. Н. Экологические аспекты разработки месторождений нерудного сырья // Вестник МАНЭБ. СПб. №4. Т. 9. 2004.-С. 80-81.

157. Шахова С. В., Рутковский А. Л., Дзагоев Л. М. и др. Расчет процесса теплопоглощения монолитными грунтами в период гидратации невзрывчатых разрушающих составов / Депон. в ВИНИТИ. 2001. № 3201 ВО 1.

158. Дзагоев Л. М., Пустобриков В. Н., Михайлов Б. М., Шахова С. В. Технологические и теплотехнические параметры шахтной печи для производства гранулированного оксида кальция // Депон. в ВИНИТИ. 200. № 725 В00.

159. Пустобриков В. Н. Аналитические мсследования закономерностей развития магистральной трещины // Депон. в ВИНИТИ. 2004. № 572-В 2004.

160. Пустобриков В. Н., Дзагоев JI. М., Шахова С. В., Лаптев А. В. Гидратация невзрывчатых разрушающих составов с добавками // Труды СК ГТУ. Владикавказ. Вып. № 7. 200. - С. 55-59.

161. Шахова С. В., Дзагоев Л. М., Пустобриков В. Н. Подбор невзрывчатых композиций для отбойки и разрушения скального грунта при низких положительных и отрицательных температурах // Труды СК ГТУ. -Владикавказ. Вып. № 7. 2000. С. 44-51.

162. Горбаткова Б. X., Дзагоев Л. М., Пустобриков В. Н., Шахова С. В. Термодинамический анализ невзрывчатых разрушающих составов // Труды СК ГТУ. Владикавказ. Вып. № 7. 2000. - С. 35-44.

163. Шахова С. В. Дзагоев Л. М., Пустобриков В. Н. Выбор добавок в зависимости от эффективности их воздействия на невзрывчатые разрушающие составы // Владикавказ. Труды СК ГТУ. Вып. № 8. 2001. С. 45-49.

164. Пустобриков В. Н., Шахова С. В., Дзагоев JI. М., Лисицина О. Г. Подбор невзрывчатых разрушающих составов (НРС) в режиме переменных темпертур // Владикавказ. Труды СК ГТУ. Вып. № 8. 2001. С. 49-64.

165. Дзагоев Л. М., Пустобриков В. Н. Область и условия применения невзрывчатых композиций // Владикавказ. Труды СК ГТУ. Вып. № 7. 2001. -С. 31-35.

166. Пустобриков В. Н., Дзагоев Л. М., Тайсаев Б. М. Технико-экономический анализ применения невзрывчатых разрушающих составов // Владикавказ. Труды СК ГТУ. Вып. № 7. 2000. С. 35-43.

167. Пустобриков В. Н., Дзагоев Л. М., Шахова С. В., Купеев К. Г. Физико-механические, петрографические и химические исследования монолитных грунтов // Владикавказ. Сб. научных трудов аспирантов СК ГТУ. 1999.-С. 18-21.

168. Пустобриков В. Н., Дзагоев Л. М., Скочков А. В. Современное состояние методов разработки скальных грунтов // Владикавказ. Сб. научных трудов аспирантов СК ГТУ. 1999. С. 21-24.

169. Пустобриков В. Н., Дзагоев Л. М., Шахова С. В. Технология изготовления невзрывчатых композиций для добычи и разделки блоков // Владикавказ. Научно-техническая конференция, посвященная 60-летию НИСа. Сб. статей СК ГТУ. 1998.-С. 17-21.

170. Пустобриков В. Н., Дзагоев Л. М., Шахова С. В. Определение полей напряжений при использовании невзрывчатых разрушающих составов // Владикавказ. Научно-техническая конференция, посвященная 60-летию НИСа. Сб. статей СК ГТУ. 1998. С. 13-17.

171. Протасов Ю: И. Разрушение горных пород.- М.: МГГУ. 2002.- 452 С.

172. Пустобриков В. Н., Голованов А. А. Влияние зон напряжений на формирование трещин раскола при проходке выработок // Владикавказ. Труды СК ГМИ (ГТУ). Вып. 10. 2003. С. 33-37.

173. Пустобриков В. Н., Дзагоев Л. М. Добыча минерального сырья с использованием невзрывчатых разрушающих составов? в условиях низких положительных и отрицательных температур —Владикавказ: СКВИ* ВВ МВД России, 2004-257 с.

174. Пустобриков В. Н: Определение параметров волн напряжений при статическом методе разрушения горных пород // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки Приложение № 2.- 2005- С. 171-174.