Невибухові руйнують склади або кошти являють собою продукт випалу карбонатних порід, потім подрібнений і забезпечений спеціальними добавками. Це порошкоподібний матеріал світло-сірого кольору, запилені, негорючий і вибухобезпечний, що володіє лужними властивостями. При додаванні в нього в певній пропорції води робоча суміш будучи вміщеній в шпури твердне зі збільшенням обсягу, завдяки чому в руйнується об'єкті створюється тиск в 40-50 МПа. В даний час розроблені три композиційних складу невибухових руйнуючих засобів.
До складу суміші НРС-1, розробленої Московським інститутом ВНІІСтром ім. П. П.Буднікова, основним компонентом (до 98%) є обпалена грубодисперсна вапно. Випал проводиться в печах при температурі, що перевищує 1400 ° С. Як добавки використовується борна кислота, кальцинована сода і хімічну речовину - сульфатно-дріжджова брага (СДБ). Порошок НРС-1, змішаний з водою в співвідношенні 3: 1, утворює пастоподібну масу, яка при затвердінні розширюється зі створенням тиску до 50 МПа. Склад НРС-1 характеризується стабільністю властивостей, великим терміном придатності. До недоліків відносяться технологічна складність випалу негашеного вапна.
Невибухових руйнівних засіб, розроблене КПІ щодо компонентного складу аналогічно НРС-1. При виготовленні потрібно випал карбонатних порід спільно з Гіпсовмісткі каменем, потім подрібнення отриманого клінкеру з деякими добавками. Більш складна технологія виправдовується один пропонує кращі якості суміші, стабільністю її роботи, меншою Злежуваність і більш тривалим терміном придатності. Суміш розвиває тиск також до 50 МПа.
У складі суміші, розробленої Львівським політехнічним інститутом, основним компонентом є грубоізмельченная промислова негашене вапно, яка відповідає вимогам ГОСТ 9179- 77. Від складів ВНІІСтром і КПІ суміш відрізняється тим, що при її виготовленні не потрібно випалювання вапна, що значно знижує вартість. Для затримки гасіння вапна використовують борну кислоту, кальциновану соду чи сахарозу. Приготування суміші здійснюється механічним перемішуванням компонентів. Максимально розвивається тиск 40 МПа. На недоліків слід віднести нестабільність властивостей внаслідок поступового гасіння вапна при взаємодії з повітрям, малий термін придатності.
Розкол каменю при використанні НРС відбувається без викидів твердих і газоподібних продуктів і не супроводжується звуковими і іншими коливаннями; невибухових руйнуючих суміш може використовуватися як для відділення моноліту від масиву, так і для оброблення моноліту на блоки.
У об'єкті, який підлягає розколу, бурять шпури, діаметр і глибина яких, а також відстані між ними визначаються в залежності від фізико-технічних характеристик руйнується породи. Якщо такі характеристики відсутні, то зазначені параметри визначаються дослідним шляхом (пробним руйнуванням). Зі збільшенням діаметра шпуру зростає руйнівне зусилля і збільшується ймовірність холостого пострілу шпуру вгору без досягнення необхідного ефекту. При розколюванні за допомогою НРС високоміцних порід оптимальний діаметр шпуру знаходиться в інтервалі 40-60 мм. Глибина шпуру повинна становити не менше 70% висоти розколює моноліту.
Приготування робочої суміші здійснюється у відкритому посуді, в який виливають відведені кількість води. Потім в воду поступово висипають відважена кількість НРС і ретельно перемішують масу до отримання хорошої її плинності, тривалість перемішування не повинна перевищувати 8-10 хв. Вода, яка використовується для приготування НРС, повинна мати температуру не більше +25 ° С. Чим холодніше вода, тим довше робоча суміш буде залишатися плинної. Відхилення витрати води в ту і іншу сторону від допустимих меж призводить до зменшення розширює зусилля НРС. Приготовану робочу суміш заливають в шпури, залишаючи незаповненими останні 10-15 см. Чим менше час заливки, тим ефектніше спрацює засіб в шпурах. Якщо в них є вода, її потрібно звідти видалити, а також видалити з шпуру пил і уламки породи. Якщо руйнована порода володіє підвищеним водопоглинанням (наприклад, пісковики), то слід застосовувати поліетиленовий мішок, виготовлений за розмірами шпуру, в який заливається робоча суміш. Можна також попередньо здійснити насичення породи водою через ті ж шпури, але перед заливкою НРС воду із них також слід видалити.
У початковий період не допускається попадання води в шпур, залитий робочої сумішшю, тому гирлі шпуру захищається від атмосферних опадів. Після утворення тріщин в породі доцільно провести розпилення води на поверхню руйнується об'єкта, що сприяє збільшенню ширини тріщин і прискорює процес спрямованого розколу.
Витрата НРС на 1 м? виділень моноліту залежить від міцності властивостей породи, наявності в ній тріщин, обсягу моноліту і його лінійних параметрів, глибини шпурів, межшпурових відстаней і
Інших показників. Для різних порід і різних умов він становить 2-5 кг на 1 м3.
Експериментальними дослідженнями і практикою встановлено, шануй максимальний тиск всередині шпуру залежить від його діаметра, описуючи, як показано на ріс.2.73, параболічної функцією, а також від температури породного масиву, властивостей НРС і якості приготування робочої суміші. Максимум тиску в шпурах розвивається протягом 35-40 год, що наочно підтверджується даними ріс.2.74. Зниження температури навколишнього середовища збільшує час спрацьовування НРС і веде до зниження тиску в шпурі.
Освіта тріщини відколу залежить від величини тиску самонапружених НРС. Відколювання моноліту відбудеться при дотриманні рівності
[Ол <1Ш, (2.87)
Де [Ор] - сумарна величина статистичного межі міцності породи на розтягнення з урахуванням ослаблення площині відколу
Ріс.2.73. Залежність розширює Ріс.2.74. залежність розширює
Зусилля НРС від діаметра шпуру зусилля НРС від часу витримки
І температури
Шпурамі і опору зрушення моноліту, Па; - сумарні сили самонапружених НРС, що викликають відколювання моноліту від масиву, Па.
При видобутку вузьких мармурів, травертинів та інших порід доцільно з метою ослаблення площині відколу бурити холості шпури по одному через кожен робочий, які не підлягають заливці робочої сумішшю.
При використанні НРС слід дотримуватися ряду технологічних рекомендацій. Підготовлюваний уступ може мати необмежену протяжність, але висота його повинна бути обмежена першої пластової тріщиною; при відсутності її тріщину слід утворювати штучно. Мінімальна ширина виділень моноліту повинна становити не менше відстані між шпурами. Уступ повинен мати не менше трьох вільних поверхонь. Орієнтація бортів уступу повинна збігатися з площинами найкращою подільності каменю. У цих же площинах бажано розміщувати робочі і холості ослабляють шпури. Для порід середньої міцності шпури рекомендується бурити діаметром 27-42 мм, переважно 32 і 36 мм.
Відстані між шпурами може бути розраховане по формулі
Де ор - межа міцності породи на розтягнення, МПа (дорівнює напрузі сталого розвитку тріщин); Ет - пружний модуль руйнується матеріалу, МПа; Енрс - пружний модуль НРС, рівний 104 МПа; г0 - радіус шпуру, м; Ктс - коефіцієнт тріщини - стійкості (інтенсивності напружень), який становить для мармуру 0,7-0,9, граніту 1,0, пісковика вологого 0,4 і пісковика сухого
0,7.
Цю відстань можна обчислити також, користуючись наступною аналітичної залежністю:
0,5лс1ш 1ш Р (1)
Де с! ш - діаметр шпуру, 1ш - довжина шпуру, м; Н - висота моноліту, м; стр - межа міцності каменю на розтягнення, Р (0 - тиск речовини на стінки шпурів, МПа; К (0 - коефіцієнт, що враховує зниження міцності від часу навантаження, який змінюється від 0,1 до 0,7 в залежності від орієнтування площині відколу уздовж шару або під кутом до нього.
Для більшої надійності освіти магістральної тріщини відстань між шпурами слід приймати на 2-3 см менше розрахункового.
Проблемою є створення якісного спрямованого відколу моноліту в заданій площині без сколів і задирів в площинах, перпендикулярних напрямку відколу. Практикою доведено, що при відділенні монолітів з допомогою НРС такі відколи зазвичай відбуваються на контакті площині відколу і вільних поверхонь моноліту. Ці відколи можна виключити прорізанням щілини в площині відколу довжиною не менше половини межшпурового відстані (спосіб на практиці не завжди технологічно доступний), а також бурінням неодружених шпурів по краях площини відколу з розрахунку: один холостий між крайнім робочим і вільної площиною - для дрібнозернистих гранітів, два - для середньо - і крупнозернистих. При цьому відстань між заповненим НРС шпурів і вільною поверхнею повинно бути не менше одного і не більше півтора межшпурових відстаней.
Наявність неодружених шпурів, пробурених по вищевикладеної схемою, практично виключає скольние явления. Щоб виключити відколи каменю у верхній вільної горизонтальній площині (перпендикулярній зарядженим шпурів), необхідно шпури недоза - полнять НРС до неї на глибину 10-15 см.
Вище вже зазначалося, що в разі відсутності пластової тріщини (підошви) доводиться створювати її штучно; це можна зробити також за допомогою НРС. Однак дана операція має свої особливості. По-перше, шпури при створенні підстильної тріщини необхідно бурити з нахилом 5-8 ° від вільної поверхні моноліту, щоб виключити витікання робочої суміші з шпуру. По-друге, з огляду на вищі анізотропні властивості каменю в горизонтальній площині, відстані між шпурами можуть бути в 1,5-2 рази меншими, ніж розрахункові межшпуровие відстані у вертикальній площині заданого відколу.
На закінчення зазначимо, що за допомогою НРС можна здійснювати проходку розрізних і флангових траншей із суцільним руйнуванням масиву, дотримуючись схему, наведену на ріс.2.75. При цьому шпури бурять рядами, з розміщенням в шаховому порядку. Число рядів має бути непарною (3, 5, 7 і т. Д.) В залежності від ширини траншеї. Відстань між шпурами приймається в два рази менше, ніж розрахункове при направленому відколи моноліту. В першу чергу слід заливати робочу суміш НРС в парні ряди, через 2 год - в непарні. Заливку НРС необхідно проводити від периферії в глиб відрізний щілини.
З викладеного видно, що невибухові руйнують склади володіють безліччю технічних і технологічних переваг. Використання НРС не вимагає високої кваліфікації персоналу; засіб екологічно безпечно, а його робота не виробляє шуму і не забруднює навколишнє середовище; НРС розвивають великі зусилля в шпурі, дозволяючи регулювати розміри монолітів і блоків з мінімальними втратами каменю.
Квазістатичний процес руйнування гірських порід з використанням НРС порушує цілісності складають породу мінералів і їх з'єднань, тому що навантаження самонапружених НРС зростає постійно протягом всього часу до періоду розколу породи. В результаті використання НРС дозволяє знизити нарушенность масиву і виділень моноліту тріщинами, а отже, підвищує вихід кондиційних і високоякісних блоків. Цей спосіб по сравне-
Нію з буроклиновим і гідроклинові є більш простим і технологічним, а також більш мобільним, так як дозволяє виконати кілька операцій одночасно. Він не вимагає застосування складного і дорогого обладнання, такого як гідроклинові установки і гідрораскаливающіе пристрою. Цей спосіб незамінний при видобутку блоків на ділянках, через які проходять лінії електропередач. Безсумнівна перспектива з позицій отримання бездефектних блоків.
Однак використання НРС в практиці каменевидобування виявило також низку суттєвих його недоліків: обмежена можливість використання НРС при низьких температурах; нестабільність властивостей партій НРС; висока гігроскопічність порошку; необхідність точного дотримання співвідношення НРС і води в робочій суміші, порушення якого не тільки знижує працездатність НРС, але може привести навіть до повної її втрати.
Застосування НРС обмежена показниками температури породного масиву в інтервалі 0-25 ° С. Оптимальними температурними умовами роботи НРС з часом його спрацьовування 8-12 ч є температурні зони в межах 20 ± 5 ° С. При використанні НРС в породних масивах, що мають температуру нижче +5 С час його спрацьовування збільшується до 2 діб і більше. При температурах ж вище +25 ° С може відбутися мимовільний викид порошку, що вельми небезпечно.
Для районів з тривалою зимою дуже актуальним є забезпечення ефективного спрацьовування НРС при температурі нижче +5 ° С. Зниження температури руйнується породи уповільнює процес гідратації і збільшує термін дії НРС. При негативних температурах, наприклад при 5 ° С, руйнування породи настає лише через 3-4 доби, а подальше зниження температури призводить до повного припинення дії НРС.
У зв'язку з цим заслуговує на увагу розроблена в інституті ВНІІСтром ім. П. П.Буднікова технологія, що дозволяє підтримувати оптимальну температуру робочої суміші в шпурах шляхом нагрівання її електронагрівачами.
Нагрівачі виготовляють з ніхромового дроту діаметром 1,2-2,0 мм. Потужність електричного струму, що подається на нагрівачі, в перерахунку на 1 м шнура становить 210-230 Вт. При використанні таких електронагрівачів напруга живлення практично не перевищує 36 В, що задовольняє вимогам техніки безпеки. При підігріві НРС електронагрівачем порошок спрацьовує за 5-6 год в породному масиві, температура якого сягає -20 ° С.
Прогрів робочої суміші в шпурах можна здійснити електролітичним способом. В цьому випадку в шпурах встановлюють по два струмопровідних електрода з нержавіючої сталі, з'єднані між собою ізоляційними перемичками. Після заповнення шпурів робочої сумішшю на електроди подається напруга. Так як робоча суміш має електролітичними властивостями, в ній між електродами виникає електричний струм, достатній для виділення необхідної теплової потужності при напрузі на електродах не більше 36 В. До закінчення гідратації в робочій суміші води не залишається, і електропровідність затверділого НРС стає рівною нулю - відбувається "самовідключення" прогріву. Струмопровідні електроди або електронагрівачі можна виготовити в умовах будь-якого кар'єра, і після завершення розколу вони придатні для повторного використання.
НРС широко використовуються при веденні гірських і будівельних робіт за кордоном: в Японії, США, Канаді, Чехії та в інших країнах. Японські фірми застосовують НРС на основі вапна і органічних добавок. У Канаді склади отримують на основі портландцементу, гідрату вапна і гідроксідохлоріда алюмінію. У Чехії випускається речовина під назвою цеваміт, гідратація в'яжучих компонентів якого регулюється за допомогою хімічних сповільнювачів.
Витрата НРС на 1 м?