Способ разрушения твердого материала

 

Изобретение относится к горному делу и строительству и направлено на повышение эффективности разрушения материалов за счет энергии расширяющегося при замерзании воды льда. Для этого в твердом материале образуют полости, заполняют их водой и замораживают, причем перед замораживанием в воду вводят линейный полимер мол. массы 500000-10000000 в количестве 0,1-1,0 мас.%. В качестве линейного полимера можно использовать полиакриламид и (или) полиэтиленоксид. 2 з.п, ф-лы. 2 табл.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Е 21 С 37/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4914376/03 (22) 25,02,91 (46) 07.01.93. Бюл, № 1 (71) Центральный. штаб военизированных горноспасательных частей Донбасса (72) Г.Ю. Валуконис, М.Г, Левертов и Б,С, Любарский (56) Кутузов Б.Н., Взрывное и механическое разрушение горных пород, М.: Недра, 1973, с. 312.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1264643, кл. Е 21 С 37/00, 37/06, 1985.

Изобретение относится к горному делу и строительству и может быть использовано для разрушения материалов без применения взрывных работ, включая мерзлые породы.

Известен способ разрушения твердого материала, включающий бурение шпуров, заполнение их водой и замораживание воды.

Известный способ недостаточно эффективен при разрушении материалов, особенно мерзлых. В таких материалах вода начинает замерзать не только с поверхности, но и по стенкам шпура. Поэтому на поверхности воды не успевает образоваться ледяная пробка достаточной толщины и прочности, нарастающее давление воды ее разрушает. Избыток воды изливается на поверхность льда по образовавшимся трещинам, а сам твердый материал остается неразрушенным. Ы 1786256 А1 (54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДОГО

МАТЕ РИАЛА (57) Изобретение относится к горному делу и строительству и направлено на повышение эффективности разрушения материалов за счет энергии расширяющегося при замерзании воды льда. Для этого в твердом материале образуют полости, заполняют их водой и замораживают, причем перед замораживанием в воду вводят линейный полимер мол, массы 500000 — 10000000 в количестве 0,1 — 1,0 мас,7;. В качествелинейного полимера можно использовать полиакриламид и (или) полиэтиленоксид. 2 з.п, ф-лы. 2 табл, Аналогичные явления хорошо изучены в естественных условиях и наблюдаются при образовании речных наледей.

Известен способ разрушения твердого материала, включающий создание в твердом материале полостей, заполнение их жидкостью и постадийное замораживание жидкости, например, воды или водного раствора, начиная от устья полости, при этом, каждую полость за пол йяют поэтапно по глубине жидкостями с различными температурой замерзания и плотностью, причем, полость у устья заполняют жидкостью с более высокой температурой замерзания, Однако, и этот способ характеризуется недостаточной механической прочностью образующейся ледяной трубки. При замерзании жидкости (воды) возникают не только боковые, но и вертикальные силы распора, в силу проявления которых жидкость прорывается сквозь трещины в ледяной пробке и замерзает, образуя "бугор". Давление жид1786256 улучшения свойств льда.

Заявленный способ разрушения твердого материала включает образование в 10

20

КИ ПОЛОСТИ

55 кости в полости падает, твердый материал может остаться неразрушенным, Лабораторными исследованиями установлено, что прорыв воды происходит уже при давлении

0,3 МПа.

Целью изобретения является повышение эффективности разрушения за счет нем полости, заполнение ее водой и замо раживание воды.

Поставленная выше цель достигается тем, что перед замораживанием в воду вводят линейный полимер мол. массы 500000—

10000000 в количестве 0,1 — 1,0 мас. . В качестве такого полимера используют полиакриламид и(или) полиэтиленоксид.

Обычный лед характеризуется относительно невысокими механическими свойствами. Поэтому при замерзании воды происходит вспучивание льда (образуется

"бугор" на контакте льда с атмосферой), что снижает его эффективное давление на стенУлучшить механические свойства льда можно вводом в замерзающую воду линейных полимеров, В структуре льда они действуют наподобие своеобразных канатов, резко повышающих прочность льда на разрыв, Как показали экспериментальные исследования, при содержании полимера

0,8 — 1,0 мас. "бугры" вспучивания льда не образуются даже в шпурах диаметром 100 мм, Механические свойства льда улучшаются также за счет того, что полимерная добавка препятствует образованию дефектов (пузырьков газа, микротрещин) в структуре льда.

Таким образом, именно отличительные признаки способа и обеспечивают получение положительного эффекта, указанного в цели. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия" (и. 52 ЭЗ вЂ” 1 — 74).

Линейные полимеры мол, массы 50000—

10000000 избраны по двум причинам, Первая: они образуют достаточно длинные цепи, обладающие значительной прочностью на разрыв: вторая они относительно хорошо растворимы в воде, Следует отметить и такое положительное обстоятельство.

Вязкость воды с добавкой полимеров возрастает в десятки и сотни раз. Следовательно, использование такой воды предпочтительно при разрушении пористых материалов, т.к, препятствует ее утечке (инфил ьтрации).

Среди линейных полимеров оптимальные результаты получены при использовании полиакриламида и высокомолекулярного полиэтиленоксида. .1олиакриламид общей формулы

L 1 M=l0000000 сони разлагается при 100 C.

Высокомолекулярный полиэтиленоксид общей формулы (— СНгСН20)п M = 500000 — 10000000.

Температура плавления 60 С.

Синонимы: полиокси-этилен, полиокс.

Действие полимерной добавки на механические свойства льда изучалось в лабораторных условиях.

Для этого использованы монолиты из бетона размером 300х200х200 мм, В каждом монолите бурились шпуры глубиной 250 мм и диаметром 43 мм, Для повышения прочностных свойств монолитов они помещались в призматические металлические емкости примерно аналогичных габаритов, На дне шпуров размещались датчики давления, полости шпуров заливались испытываемым раствором до устья; монолиты размещались в холодильной камере HKP — 1, где термостатировались при постоянной температуре -5 С до полного замерзания жидкости и охлаждения до заданной температуры. Этот момент самописцы фиксировали в виде максимума давления, которое затем стабилизировалось либо начинало постепенно плавно или скачкообразно (при релаксации напряжений, появлении трещин в монолите) снижаться.

Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 1.

Из данных, приведенных в этой таблице, следует, что оптимальным является кол ичество добавки 0,1 — 1,0 ма с, 7. П ри дальнейшем повышении концентрации полимера давление в шпурах не только не растет, но имеет тенденцию к снижению, Из табличных данных также видно, что при одной и той же концентрации добавки несколько .более высокие результаты получены при использовании полиэтиленоксида.

Параллельно под криоскопическим микроскопом при использовании специального трафарета изучались дефекты (пузырьки газа, микродислокации) на срезах льда.

Результаты количественного определения приведены в табл. 2.

1786256

Табли ца1

Максимальное давление в шпурах, МПа, в зависимости от концентрации и типа полимерной добавки (при — 5 С ).

25

Данные этой таблицы подтверждают связь прочностных характеристик льда не только с наличием "армирующих" цепей полимеров, но и с количеством микродефектов в нем, 5

Полезность описанного технического решения состоит прежде всего в том, что относительно небольшая добавка полимеров резко улучшает свойства льда. Это, в 10 свою очередь, повышает распорное давление в 1,5 — 2,0 раза, что обеспечивает более эффективно разрушение твердого материала, Формула изобретения

1. Способ разрушения твердого материала, включающий образование в нем полости, заполнение ее водой и замораживание воды, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности разрушения за счет улучшения свойств льда, перед замораживанием в воду вводят линейный полимер молекулярного веса 500000 — 10000000 в количестве 0,1 — 1,0 мас. .

2. Способ по и, 1, о тл и ч а ю шийся тем, что в качестве линейного полимера вводят полиакриламид, полиэтиленоксид или смесь полив крил амида с полиэтилен оксидом, 1786256

Таблица2

Количество микродефектов в срезах льда на 1 мм площади (при увеличениии

100 х) 10

20

Составитель Г.Валуконис

Техред М.Моргентал Корректор М.Ткач

Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 236 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5