Автореферат Алменова Т.М


 

ЖОК 622. 281. 424 (043)                                            Қолжазба құқығында

                                                                              

 

 

 

 

 

 

 

АЛМЕНОВ ТАЛГАТ МАКУЛБЕКОВИЧ

 

 

 

 

 

Жерасты қазбаларын бүрікпебетонмен бекітпелеудің технологияларын жетілдіру

 

 

 

 

25.00.22 – Геотехнология (жерастылық, ашық және құрылыстық)

 

 

 

Техника ғылымдарының кандидаты ғылыми

дәрежесін алу үшін дайындалған диссертацияның

AВТОРЕФЕРАТЫ

 

 

 

 

 

                                                                          

 

 

 

 

 

 

 

 

Қазақстан Республикасы

Алматы, 2009

 

 

Диссертациялық жұмыс Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университетінде орындалды.

 

Ғылыми жетекші:                        техника ғылымдарының докторы,

                                                                     профессор  Бегалинов А.Б.

 

 

Ресми оппоненттер:                      техника ғылымдарының докторы,

                                                           профессор  Хакимжанов Т.Е.

                                                         

        техника ғылымдарының кандидаты

                                                           Омирзакова Э.Ж.

 

Жетекші ұйым:  -  Д.А. Қонаев атындағы тау-кен істері институты

 

 

 

Диссертация 2009 жылдың  мамыр айының 28 жұлдызында сағат 14-30  Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университетінің Д 14.61.23 диссертациялық кеңесінің мәжілісінде қорғалады. Мекен-жайы: 050013, Алматы қаласы, Қ.Сәтпаев көшесі 22а, конференц-залы, тел. 8 (7272) 57-71-66, 57-70-66, т/факс. 8 (7272) 92-90-07

 

 

 

Диссертациямен Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университетінің кітапханасында танысуға болады.

 

 

 

Автореферат 2009 жылы  «27»  cәуірде таратылды.

 

 

 

 

 

 

 

Диссертациялық кеңестің

ғылыми хатшысы, техника

ғылымдарының докторы,

профессор                                                                Столповских И.Н.

 

 

 


КІРІСПЕ

 

Жұмыс тақырыбының маңыздылығы. Қатты пайдалы қазбаларды жерасты әдісімен өндіру үшін жаңа кеніштерді салу және қайта жарақтандыру кездерінде көптеген күрделі жерасты қазбалары жүргізіледі. Бір кен орнын игеру үшін ғана, кейде ондаған километр әртүрлі жерасты қазбалары салынады және де, жұмыс істеп тұрған кеніштерде заман талабына сәйкес қайта жаңартылып және кеңейтіліп отырылады. Сонымен қатар, әлемдегі экономикасы дамыған елдер, жерасты кеңістігін әртүрлі мақсаттарға да кеңінен пайдалануда. Мұндай арнаулы жерасты ғимараттарын салуды (қоймалар, тұрақтар, тоннельдер, метрополитендер, комуникациялық желілер, энергетикалық нысандар және т.б.) елімізде де дамыту қажет. Мемлекеттік маңызы бар ірі қалалардағы жер бетінің белгілі бір аудандарын үнемдеу, экологиялық жағдайларды жақсарту, көліктік энергетикалық және тұрмыстық-коммуналдық жүйелерді дұрыс реттеу үшін жерасты кеңістігінде әртүрлі нысандарды салудың өзіндік тиімділігі бар және де, бұл мәселелер қәзіргі заманның талабы болып отыр. 

Жерасты ғимараттарын салудың негізгі процесстеріне жататын бекітпелеу жұмыстары – терең зерттеулерді талап ететін өзекті мәселелердің бірі. Себебі, жерасты қазбаларының бекітпелері қазбаны қоршаған таужыныстарының қазбаға опырылып құлап түспеуінен қорғайды және осы қазбаның өлшемдерінің бүкіл пайдалану мерзімінде өзгермеуін қамтамасыз етуге тиісті.

Диссертациялық жұмыста қарастырылып отырған жерасты ғимараттарын бекітпелеуге уақытша және тұрақты бекітпе ретінде қолданылатын бүрікпебетон бекітпесінің қолданылу аясы өте кең  болғандықтан, оның құрылымдарын терең зерттеп, кемшілік тұстарын мейілінше азайтып, дайындау және қолдану технологияларын жетілдіру мақасаттары алға қойылды.

Жұмыстың мақсаты. Жерасты қазбаларын бекітуге қолданылатын бүрікпебетон бекітпелерінің техника–технологиялық, пайдаланымдық және экономикалық көрсеткіштерін жоғарылататын құрамдық және құрылымдық рациональды жаңа параметрлері мен оларды орнатудың жаңа технологиялық әдістерін ұсыну.

Жұмыстың негізгі идеясы. Әртүрлі тау-кен-геологиялық және гидрогеологиялық шарттарда жүргізілетін жерасты қазбаларының ұзақ жылдар бойы геометриялық өлшемдерін өзгертпей, қауіпсіз қызмет ететін сапалы, экономикалық тиімді бүрікпебетон қоспаларын дайындау және бекітпе орнату жұмыстарын жоғарғы дәрежеде механикаландыруға мүмкіндік тудыратын бүрікпебетонның құрамы мен бекітпелеу технологиясын негіздеу.

Зерттеу әдістері. Алға қойылған міндеттерді шешу үшін жерасты қазбаларын бекітпелеу технологияларына, оның ішінде арнайы әдебиеттерде бүрікпебетонмен бекіту процесстері туралы келтірілген мағұлматтарға, мұқият талдау жасау мен сараптамалау; зертханалық және өндірістік тәжірибелер жүргізе отырып, бүрікпебетонның құрамына, пайдаланымдық  сапасына және тиімділігіне әсер ететін факторларды анықтау үшін, аналитикалық талдау мен математикалық есептеу әдістері; бүрікпебетонның жаңа құрамының технико–экономикалық көрсеткіштерін салыстырмалы түрде есептей отыра, оның тиімділігін табу сияқты кешенді әдістер қолданылды.

Зерттеулердің негізгі міндеттері:

- жерасты қазбаларын бекітпелеуге қолданылатын белгілі бекітпелердің құрамын, құрылымын және орнату технологияларын талдау, зерттеу және сараптамалау;

- бүрікпебетон бекітпелерінің құрамына қосылатын материалдардың физика–химиялық және физика–механикалық қасиеттерін, сонымен қатар, олардың бетон құрамындағы өзара мөлшерлік қатынастарын зерттеу және өндірістік, тәжірибелік, зертханалық сынақтар жүргізу арқылы олардың нәтижелерін, арнайы есептеу әдістерін қолдана отырып, бүрікпебетон бекітпелерінің беріктік қасиеттерін зерттеу;

- қазбаларды бүрікпебетонмен бекітпелеу кезіндегі, қазба беткейлеріне жабыспай түсіп қалатын материалдар шығынын азайту жолдарын табу және бекіту процессі кезіндегі жұмыс орындарының шаңдану мөлшерін зерттеу және олардың зиянды әсерін азайту жолдарын іздеу;

- зерттеулер барысында анықталған бүрікпебетонның рационалды жаңа құрамын пайдаланып, бекітпелеудің технологиялық параметрлерін анықтап, қазбаларды құрғақ бүрікпебетон әдісімен бекітпелеудің жетілдірілген, озық және әсерлі технологиясын жасау.

Дисертацияда қорғалатын жаңа ғылыми қағидалар мен нәтижелер:  

- жерасты қазбаларын бекітуге әдеттегі бүрікпебетонмен бекіту технологиясын қолданғанда, қоспа құрамына кіретін қосындалардың физика–химиялық және физика–механикалық қасиеттеріне байланысты және бүрікпебетонның пайдаланымдық қасиеттері мен экономикалық тұрғыдан тиімді болуы олардың заттық құрамы мен өзара массалық арақатынастарына тәуелді болады;

- әдеттегі бүрікпебетонмен жерасты қазбаларын бекіткенде құрғақ қоспадағы цемент мөлшері, цементтің түрі мен активтілігі, толтырмалардың гранулометриялық құрамы, бүрікпебетон бекітпесінің қалыңдығы және жабынды қабаттарының тиімді саны және олардың оңтайлы параметрлері сияқты факторлар, бекітпенің беріктік қасиеттеріне, пайдаланымдық сапасына және оны қолданудың тиімділігіне әсер етеді; 

- жерасты жұмыс орнының шарттарын, таужыныстарының орнықтылығын, бекітпеленетін қазбаның өлшемдерін, тау қысымының таралу мөлшерлерін, су келімін, газдар мен шаңдарға және адамдардың денсаулығына әсерлерін ескере отырып, бүрікпебетон бекітпесінің беріктігін, сапасын және тиімділігін жоғарылату мақсатында бүрікпе құрамына арнайы үдеткіш-қоспаларды тиімді мөлшерде таңдап алып қосу  керек;

- қазбаларды бүрікпебетонмен бекітпелеудің әдеттегі және латексті технологияларын қолданғанда, беткейлерге жабыспай түсіп қалатын бетон қоспаларының мөлшерін анықтау үшін соплоны қазба беткейіне бағытттау өсін және олардың бір-бірінен арақашықтығын, 1 м3 құрғақ қоспаға жұмсалатын цементтің тиімді мөлшерін, ірі толтырмалармен ұсақ толтырмалардың өзара арақатынасын, бетонмашинаға берілетін сығылған ауаның мөлшерін ескере отырып, бүрікпебетон қоспаларының пайдаланымдық коэффициенті деген ұғымды енгізу керек.

Дисертациядағы ғылыми жаңалықтар:

1. Әдеттегі бүрікпебетонмен бекіту технологиясын қолданғандағы қоспа құрамына кіретін қосындалардың тиімді болатын заттық құрамы мен өзара массалық арақатынастары және толтырмалардың гранулометриялық құрамы, ірі толтырмалар мен ұсақ толтырмалардың арақатынастары, бекітпенің қалыңдығы экспериментальды түрде анықталып дәлелдеген.

       2. Бүрікпебетонның пайдаланымдық, беріктік және адгезиялық қасиеттерін жоғарылату үшін бүрікпе құрамына сулы латекс қосылған жаңа құрамды ұсынған және осы құрамның тиімді болатын мөлшерлік арақатынастары негізделіп анықталған.

3. Құрғақ бүрікпебетондау әдісі бойынша жаңа құрамды қолданып, бекітпелеудің жетілдірілген технологиясы ұсынылған және осы әдіспен бекіткенде бүрікпебетонның беріктігі 1,5 есеге жоғары болатындығы, материалдардың қайта тебілуден түсіп қалу шығындары 1,6 есеге және бекітпелеу кезіндегі жұмыс орнының шаңдану мөлшері 4 есеге төмендейтіндігі анықталған.

4. Бүрікпебетон қоспаларының пайдаланымдық коэффициенті деген ұғым енгізіліп, әдеттегі және латексті бүрікпебетонмен бекітпелеудің технологияларын қолданудың еркешеліктері сапалық және экономикалық тұрғыдан салыстырмалы түрде зерттеліп, жетілдірілеген латексті бүрікпебетондау әдісін қолданудың едәуір артықшылықтары бар екендігі дәлелделген.

Диссертацияда келтірілген нәтижелерді алудағы автордың жеке үлесі:

- әртүрлі құрамдар бойынша бүрікпебетонның пайдаланымдық қасиеттері мен беріктік көрсеткіштерін зертханалық жағадайда негіздеп анықтаған (құрылыс материалдарын сертификаттық сынау орталығы зертханасында);

       - бүрікпебетон құрамына тиімді болатын мөлшерде сулы латексті қоспаны қосуды негіздеген;

- әдеттегі және латесті бүрікпебетондау әдістерін қолданып, материалдардың қайта тебілуден түсіп қалу шығындары мен бекітпелеу кезіндегі жұмыс орнының шаңдану мөлшерлерін өндірістік жағдайларда зерттеп, оңтайлы нәтижелерді өндіріс орнына ұсынған (Жолбарысты кеніші).  

Жұмыстың ғылыми құндылығы. Жерасты қазбаларын құрғақ бүрікпебетондау әдісін қолдана отырып бекітпелеудің пайдаланымдық сапасын жоғарылату жолдары теориялық және эксперименттік тұрғыдан негізделген және қазба жүргізілетін таужыныстары сілемдерінің физика–механикалық қасиеттері мен тау-кен–геологиялық шарттарына байланысты бекітпенің сапасын, сенімділігін және экономикалық тұрғыдан тиімділігін жоғарылататын бүрікпе қосындаларының рационалды құрамдары мен түйіршіктерінің өлшемдерін дәлелді түрде негіздеп анықтаған.

Жұмыстың тәжірибелік құндылығы. Тау-кен-геологиялық шарттары, беріктігі, тау-қысымы және көлденең қимасының өлшемдері бірдей қазбаларды бекіткенде, ұсынылып отырған латексті бүрікпебетон жабындысының қалыңдығын әдеттегі бүрікпебетон жабындысының қалыңдығынан, орташа есеппен, 22-25 % кем қылып алуға болатындығы және осының салдарынан қазбалардың ішкі таза қимасының аудандары 9,5–11,69 %-ға дейін ұлғайатындығы анықталған. Сонымен қатар, латексті бүрікпебетонның адгезиялық қасиетінің артықшылығының және ұсынылған технологиялық әдістің оңтайлығының арқасында қазба қабырғаларына жабыспай түсіп қалатын материалдар шығыны 9 %-ға төмендеген. Осы факторлардың техникалық артықшылығымен қатар, экономикалық тиімділігі бар екендігі анықталған. Бұл әдіс іс жүзінде «Жолбарысты» кенішінде пайдаланылып, қазбаны осы ұсынылған әдіспен бекіткенде, бекітпенің әрбір қума метрін орнатуға жұмсалатын қаржыдан 2090,76 теңге үнемдеуге болатындығы дәлелденген.

Ғылыми қағидалардың, қортындылар мен ұсыныстардың негізделгендігі мен сенімділігі. Әртүрлі тау-кен–геологиялық және техника–технологиялық шарттарда жүргізілетін жерасты қазбаларын бекітпелеу процесстерін және зертханалық жұмыстардың нәтижелерін аналитикалық, графо–аналитикалық және компьютерлык өңдеу әдістерін қолдана отырып, талдау мен сараптамалар жасау мен, теориялық зерттеулер мен өндірістік–тәжірибелік сынақтар нәтижелерінің сенімді шамадағы үйлесімділігімен дәлелденген.

Жұмыстың апробациясы. Диссертациялық жұмыстың негізгі ғылыми қағидалары мен нәтижелері «Қазақстандағы тау-кен ісінің жағдайы және болашағы» халықаралық екінші ғылыми-тәжірибелік конференциясында (Алматы, 2006 ж.), «Шығыс ғұламаларының ғылыми-техникалық, руханияттық құндылықтары және А. Машани» халықаралық ғылыми-практикалық конференциясында  (Алматы, 2007 ж.), «Жаңа өмір қауіпсіздігі» (төтенше жағдайларда адам өмірін қоғау, еңбекті қорғау және экология) Х-халықаралық ғылыми-техникалық конференциясында (Алматы, 2008 ж.), кафедра және институт семинарларында  баяндалып талқыланды.  

Диссертация тақырыбы бойынша басылымдар. Жұмыстың негізгі ғылыми нәтижелері мен ұсыныстары 10 басылымдық еңбектерде жарық көрді.

Диссертация құрылымы мен көлемі.   151 - машиналық жазба беттен, кіріспеден, 4 тараудан, қорытындыдан, 30-кестеден, 27-суреттен, 50 пайдаланылған әдебиеттер тізімінен және қосымшалардан тұрады.

Автор осы диссертацияны орындауда, бастапқы жетекші болған және бағалы кеңестер берген техн. ғыл. докт., профессор М.І. Жәркеновке зор ризашылығын білдіреді.

 

ЖҰМЫСТЫҢ НЕГІЗГІ МАЗМҰНЫ

 

Бірінші бөлімде тау-кен қазбаларын және жерасты ғимараттарын бекітпелеуге  қолданылатын бекітпелер түрлері және олардың құрылымдары жөнінде қысқаша сипаттамалар берілді. Зерттеу жұмыстары бүрікпебетон бекітпесін жетілдіруге арналғандықтан, бұл бекітпенің құрамын, құрылымын және орнату технологияларын зерттеп жан-жақты сараптамалық-талдау жұмыстары жүргізілді.

Бүрікпебетон бекітпесін қолданудың тиімділігін арттыру және сапасын жоғарылату мәселелері бойынша еліміздің ғалымдары Ж.С. Ержанов, Ш.М. Айталиев, П.М. Шилкин, М.І. Жәркенов, А.М. Кошумов, З.А. Естемесов, қазіргі ТМД елдерінің ғалымдары Ю.З. Заславский, В.М. Мостков, В.С. Воронин, И.Ю. Заславский, Г.И. Кравченко, Е.В. Стельцов және т.б. зерттеушілер үлкен еңбектерін сіңірген.

Қазіргі кездерде Швейцарияның «МEYCO», «АЛИВА», АҚШ-ның «Ридлей» және т.б. үлкен компаниялары да, бүрікпебетон машиналарын автоматтандыру мәселелерін өте оңтайлы шешіп келеді [3].

Қазіргі уақытта бүрікпебетон бекітпелері тау-кен саласында қатты кендерді өндіру кеніштерінің қазбаларын бекітпелеуде және де, әртүрлі мақсаттарда салынатын жерасты (жерасты АЭС, ГЭС, автокөлік, метрополитен тоннелдері) қазбаларын бекітпелеуде уақытша және тұрақты бекітпелер ретінде кеңінен қолданылады. Оған, көптеген өндіріс орындарының ұзақ жылдар бойы жинаған нақтылы мәліметтері айғақ. Нақтылы деректерді келтіретін болсақ, Австрияның Зальц өзеніндегі Шварц ГЭС-сы құрылысында 1400 м қашықтықтағы су қысымды тоннелді қалыңдығы 7-ден 25 см-ге дейінгі бүрікпебетонмен бекіткен. Жезқазған кенорны шахталарындағы жазық және көлбеу қазбалардың  60 %-дан астамы құранды (темірбетон анкері және бүрікпебетон) бекітпемен бекітілген. Сонымен қатар, 1960 жылдардан бастап, Ашысай, Текелі, Шығыс Қазақстанның түсті металлургия және т.б. кеніштерінде орташа тұрақты таужыныстарында жүргізілген жазық қазбалар бүрікпебетонмен бекітілген. [2, 3, 4, 6].

 Бүрікпебетон бекітпесінің басқа бекітпе конструкцияларына қарағанда біршама артықшылықтары бар. Яғни, бекітпе қалыңдығын әртүрлі жағдайларға сәйкестендіріп реттеуге, бекітпені қайта бүрікпелеу арқылы жөндеп, күшейтіп отыру мүмкіндіктері бар, сонымен қатар, бекітпелеу жұмыстарын басқа технологиялық процесстермен қатар орындауға болады.  

Бірақта, қазбаларды әдеттегі бүрікпебетон бекітпесімен бекітпелеу кезіндегі материалдардың  қазба беткейлеріне жабыспай қайта тебіліп түсіп қалу шығындарының көптігі (20-30 %-ға дейін), жерасты жұмыс орнының шаңдануының санитарлық нормадан бірнеше есеге жоғары болуы, тұрғызылған бүрікпебетон жабындысының жүк көтеруге қабілетінің төмендігі сияқты кемшілік тұстары болғандықтан, құрғақ бүрікпебетондау әдісін терең зерттеп, кемшілік тұстарын мейілінше азайтып, дайындау және қолдану технологияларын жетілдіру мақсаты алға қойылды.

Екінші бөлімде осы алға қойылған міндеттерді шешу үшін бүрікпебетон бекітпесінің беріктігіне әсер ететін факторлар (құрғақ қоспадағы цемент мөлшері, цементтің түрі мен активтілігі, толтырмалардың гранулометриялық құрамы, жылдам ұстасуды қамтамасыз ететін үдеткіш-қоспаларды қолдану мүмкіншіліктері)  анықталды және  үлгі бойынша беріктік қасиеттері зерттелді. Зерттеулерді жүргізу барысында бүрікпебетонның негізгі қасиеттерін сынау әдістері әдеттегі бетонды сынау әдістерінен өзгеше болуы керектігіне көз жетті. Себебі, бүрікпебетонның тұрғызылу технологиясы ерекше. Яғни, әдеттегі тұтас бетон бекітпесі қалыптың сыртына құйылса, ал бүрікпебетонның орнатылу технологиясының ерекшелігі – сығылған ауа күшімен және соплоның бір жағынан қосылатын су қысымы арқылы белгілі бір жылдамдықпен, бүрікпе материалдары араласа отырып, бекітпеленетін қазбаның беткейіне тығыздалып жабысады да, қазба беткейінің жарықшақтарын, қуыстарын бірегей етіп жабады, әрі тұтас таужынысы сияқты болып нығыздалып байланысып қалады.

Бұл ретте, бүрікпебетон бекітпесін тұрғызуға жұмсалатын 1 м3  құрғақ қосындыны алуға келесі көлемдегі құрамдар қажет болады:

                                                    м3;                                   (1)

мұнда - құрғақ қосындының шығу коэффициенті, 0,9 тең.

Цементтің көлемі    ;   м3;                                                          (2)

мұнда - 1 м3 құрғақ қосындыдағы цементтің көлемі; Ц – берілген цемент шығыны, кг/м3; - цементтің тығыздығы, кг/м3.

Осы келтірілген теңдеулер қолданылып, бүрікпебетон бекітпелерінің құрамына қосылатын материалдардың физика–химиялық және физика–механикалық қасиеттері және олардың бүрікпебетон құрамындағы өзара мөлшерлік арақатынастары зерттелді.

Жобаланған беріктіктегі бүрікпебетонды сынау мақсатында 5                  екікомпонентті (15 – цемент : құм) және 5 үшкомпонентті (610 - цемент : құм : 10 мм дейінгі ұсақтас) құрамдағы қосындылар тәжірибелік сынақтардан өткізілді. Сынақтар нәтижелері 1–кестеде 1 және 2 суреттерде келтірілген.

 

1–кесте. Құрамдары екікомпонентті және үшкомпонентті әртүрлі қоспаларға цементтің әртүрлі мөлшері жұмсалған бүрікпебетонның беріктігін анықтау үшін жүргізілген тәжірибелік сынақтардың нәтижелері

 

Зерттеулердің

реттік нөмері

Бүрікпе қосынды-ларының массалары бойынша құрамы

( Ц : Қ : Ұ )

1 м3 бүрікпебетон қоспасына жұмсалған цементтің  мөлшері, кг

 

 

 

 

 

Ұсақтастың  салыстырмалы  мөлшері,  %

 

 

 

 

 

 

 

Бекітпенің сығылуға мықтылық шегі, МПа (кгс/см2), тәуліктер бойы

(Тәулік)

1

 

 

 

 

3

7

28

1

2

3

4

5

1 : 3,8

1 : 2,9

1 : 2,4

1 : 1,9

1 : 1,4

280

360

400

470

570

-

-

-

-

-

0,7 (7)

1,2 (12)

1,9 (19)

2,1 (21)

2,5 (25)

3,8 (38)

4,1 (41)

4,0 (40)

4,9 (49)

5,3 (53)

11,2 (112)

11,8 (118)

13,9 (139)

15,3 (153)

17,0 (170)

15,7 (157)

17,4 (174)

22,2 (222)

23,1 (231)

23,7 (237)

6

7

8

9

10

1 : 2,8: 2,7

1 : 1,9: 2,5

1 : 1,8: 1,6

1 : 1,4: 1,5

1 : 1,4: 1,0

250

300

350

400

450

41

46

36

38

30

2,2 (22)

2,0 (20)

3,0 (30)

4,1 (41)

3,4 (34)

4,2 (42)

4,8 (48)

6,4 (64)

7,6 (76)

6,7 (67)

12,1 (121)

13,4 (134)

18,2 (182)

20,3 (203)

19,7 (197)

18,3 (183)

19,4 (194)

27,4 (274)

30,7 (307)

29,3 (293)

 

   

 1 –  Ц : Қ =1 : 3,8 ,    мұнда  Ц = 280кг/м3;

 

 2 –  Ц : Қ =1 : 2,9 ,    мұнда  Ц = 360кг/м3;

 

 3 –  Ц : Қ =1 : 2,4 ,    мұнда  Ц = 400кг/м3;

 

 4 –  Ц : Қ =1 : 1,9 ,    мұнда  Ц = 470кг/м3;

 

 5 –  Ц : Қ =1 : 1,4 ,    мұнда  Ц = 570кг/м3.

 

 1. ;     1 < Т < 28

 2.;

 3. ;

 4. ;

 5. .

      

       1-сурет. Құрамы екікомпонентті бүрікпебетонға цементтің мөлшерін 280570 кг/м3 аралығында қосқанда бекітпе беріктігінің тәуліктер бойына  өсуінің сұлба көрсеткіштері.

             

 6 – Ц:Қ:Ұ ═1 : 2,8 : 2,7 , мұнда Ц═250 кг/м3;

 

 7 – Ц:Қ:Ұ ═1 : 1,9 : 2,5 , мұнда Ц═300 кг/м3;

 

 8 – Ц:Қ:Ұ ═1 : 1,8 : 1,6 , мұнда Ц═350 кг/м3;

 

 9 – Ц:Қ:Ұ ═1 : 1,4 : 1,5 , мұнда Ц═400 кг/м3;

 

 10 –Ц:Қ:Ұ ═1 :1,4 : 1,0,  мұнда Ц═450 кг/м3.

 

 

 6.   1 < Т < 28

 7.

 8.

 9.

 10. .

       2-сурет. Құрамы үшкомпонентті бүрікпебетонға цементтің мөлшерін 250450 кг/м3 аралығында қосқанда бекітпе беріктігінің тәуліктер бойынша өсуінің сұлба-көрсеткіштері.

                  

       Мұндағы реттік нөмірлері 15 зерттеулердің нәтижелерін (1-кесте, 1-сурет), яғни, құрамдары цемент пен құмнан тұратын екі компонентті бүрікпебетон бекітпелерін зерттеу нәтижесінен мынадай қорытынды жасауға болады:

- 1 м3 бетон қоспасының құрамына 300 кг-ға дейін цемент қосқанда бекітпенің беріктігі төмен болады, яғни цементтің мөлшері толтырмалардың беткейлері мен олардың арасындағы кеуек–қуыстарды толық жауып қоспаны біріктіруге жеткіліксіз (1-сурет, 1 және 2 сызықтар).

- 1 м3 бетон қоспасының құрамына 400 кг-нан артық цемент қосқанда бекітпенің беріктігі іс жүзінде артпайды, бірақта беріктігі қазбаны қалыпты жағдайда қауіпсіз ұстап тұруға толық жеткілікті.

Қорыта келе қазбаны толық қауіпсіздік жағдайда ұстап тұру үшін бүрікпебетонның құрамындағы цементпен құмның арақатынасын 1:2 етіп жасап және оған 400 кг цемент қосқан бетон қоспасымен бүрікпелеу технологиясымен бекіткен тиімді екені толық дәлелденді (1–сурет, 3-сызық).

Реттік нөмірлері 610 зерттеулерді сараптай келе мынадай қорытынды жасауға болады:

- бүрікпебетон қоспасының құрамына ұсақтас (10 мм–ге дейінгі) қосу бекітпенің беріктігін өсіреді.

- құрамы үш компонентті 1 м3 бетон қоспасына (1 : 2,8 : 2,7 және 1 : 1,9 : 2,5) 300 кг-ға дейін цемент қосқанда бекітпелердің беріктігі 18,3-19,4 МПа (183-194 кгс/см2) болды (2-сурет, 6 және 7 сызықтар). Яғни, тау–кен геологиялық шарттары күрделі жерасты қазбаларын тұрақты және қауіпсіз жағдайда ұстап тұруға жеткіліксіз.

- 1 м3 бүрікпебетонды үш компонентті 8, 9 және 10 сынақтарда көрсетілген құрамда дайындап қазбаны бекітпелесе онда бекітпенің беріктігі 27,4-30,7 МПа (274-307 кг/см2) болды, яғни, тау–кен-геологиялық шарттары күрделі жерасты қазбаларын тұрақты және қауіпсіз жағдайда ұстап тұруға жеткілікті.

- Құрамына құм және ұсақтастар (1,4 : 1,5) қосылған бүрікпебетонға 400 кг-нан артық цемент қосу бекітпенің беріктігін онша арттырмайды (10 сызық), себебі 400 кг цемент толтырмалардың беткейлерін және олардың араларындағы кеуек-қуыстарды жабуға толық жетеді.

Реттік нөмірлері 6–10 зерттеулерді қорыта келе, құрамына цемент : құм : ұсақтастардың өзара қатынасы 1 : 1,4 : 1,5 болатын бетон қоспасынан жасалған бүрікпебетон бекітпесімен, тау-кен-геологиялық шарттары өте  күрделі қазбаларды да бекітпелеуге тиімді.

Жерасты қазбаларын құрғақ бүрікпебетондау әдісімен бекітпелеудің технологиялық өзіндік ерекшеліктеріне байланысты бекітпенің жүккөтергіштік қасиеттері мен сапасы бүрікпебетон құрамындағы цементтің маркасына (түріне) және мөлшеріне, құрғақ толтырма материалдарының физика–механикалық қасиеттеріне және олардың ірілік өлшемдеріне, сонымен қатар, су мен цементтің және толтырмалардың өзара массалық қатынастарына тікелей байланысты болатындығы зерттеулер нәтижесінде негізделіп, тиімді болатын параметрлері дәлелді түрде анықталды.

Бүрікпебетон бекітпесінің жүккөтергіштік, беріктік қасиеттері және сапасының жоғары болумен қатар, олар экономикалық тұрғыданда тиімді болуға тиісті. Осы ретте, құрамдары әртүрлі болып алынған бүрікпебетон қоспаларының экономикалық тиімділіктері (жұмсалған цементтің мөлшеріне байланысты) салыстырылды.

Экономикалық жағынан тиімді болатын құрамды анықтау мақсатында жүргізілген зерттеулер нәтижелері 2 және 3-кестелерде келтірілген.

 

2-кесте. Құрамдарды екі компонентті болып сыналған (15 ретті зерттеулердегі) 1 м3 бетонға жұмсалған материалдардың бағасының салыстырмасы.

 

Ц:Қ массалық арақатынасы

Цемент, кг

Құм,

 кг

Сығылуға беріктік шегі, МПа (кгс/см2)

Бағасы, тг

(1 м3 бетонға материалдардың)

1

1 : 3,8

280,0

1064,0

15,7 (157)

5278,0

2

1 : 2,9

360,0

1044,0

17,4 (174)

6543,0

3

1 : 2,4

400,0

960,0

22,2 (222)

7120,0

4

1 : 1,9

470,0

893,0

23,1 (231)

8189,75

5

1 : 1,4

570,0

798,0

23,7 (237)

9718,5

        

         Бағалары: Цемент – 16000 тг/т; құм – 1200 тг/м3; немесе 750 тг/т; ұсақтас (-10 мм) – 1800 тг/м3; . = 1,6 т/м3 (Маусым, 2008 ж.).      

      

       Осы зерттеулердің 1 және 2 сынақтарындағы қоспалардың бағасы төмен болғанымен, олар қазбаны бекітуге беріктік қасиеттері бойынша жарамсыз. Ал, реттік нөмірлері 35 сынақтарда қолданған қоспалар қазбаны бекіттпелеуге толық жарамды. Бірақта, олардың беріктік шектерімен бағаларын салыстырсақ: беріктігі ең жоғары (5-сынақ) – 23,7 МПа (237,0 кгс/см2) болғанда – 1 м3 бетон қоспасының бағасы – 9718 тг, ал 3 - сынақта беріктігі – 22,2 МПа (222 кгс/см2) болғанда бағасы – 7120 тг. Яғни, беріктігі – 6,75 %-ға өскенде, бағасы 36,48 %-ға өскен. Сондықтанда, экономикалық тұрғыдан ең тиімдісі 3-сынақтағы қоспаның құрамы, себебі, ол берік әрі экономикалық тұрғыдан тиімді.

       Ал үш компонентті қоспаларды зерттегенде экономикалық тұрғыдан салыстырылған нәтижелер төмендегідей (3-кесте).

          

       3-кесте. Үш компонентті бүрікпебетон қоспаларын зерттеудің  экономикалық салыстыру көрсеткіштері

 

                                

Қоспалардың құрамы Ц:Қ:Ұ

Цемент,

кг

Құм,

кг

Ұсақтас, кг

Сығылу беріктігі (28 тәулік) МПа (кгс/см2)

Қоспадағы материал бағасы, тг.

1

1 : 2,8 : 2,7

250,0

700,0

675,0

18,3 (183)

5284,4

2

1 : 1,9 : 2,5

300,0

570,0

750,0

19,9 (199)

6071,25

3

1 : 1,8 : 1,6

350,0

630,0

560,0

27,4 (274)

6702,5

4

1 : 1,4 : 1,5

400,0

560,0

600,0

30,7 (307)

7495,0

5

1 : 1,4 : 1,0

450,0

630,0

450,0

29,3 (293)

8178,75

      

       Экономикалық тұрғыдан салыстырғанда үш компонентті қоспаның құрамы 1 : 1,8 : 1,6 болғаны (цемент 350 кг) өте тиімді болады. Себебі, 1 және 2 сынақтардағы қоспалардың бағасы төмен болғанымен қысым-күшке қарсылығы қазбаны ұстап тұру үшін жеткіліксіз. Ал сығылуға ең берік қоспа құрамы яғни, Ц : Қ : Ұ = 1 : 1,4 : 1,5 , мұнда цемент мөлшері 400 кг қосылған. Қорыта келе, үш компонентті бүрікпебетон қоспасының құрамын мына аралықта алған тиімді болады: 1) Ц=350 кг болғанда  Қ:Ұ=1,8:1,6; 2) Ц=400 кг болғанда Қ:Ұ=1,4:1,5.

       Бүрікпебетонның беріктігіне және техника-экономикалық тиімділігіне (материалдардың қайта тебілуден түсіп қалу шығындарының көбейуі, бүрікпе қабатының тығыз болып қалыптаспауы және жұмыс орнының шаңдануының жоғарылауы сияқты факторларға) су мен цементтің (С/Ц) өзара қатынасы да үлкен әсерін тигізетіндіктен тәжірибелік сынақтар жүргізілді.

       Зерттеулердің нәтижелері сумен цементтің (С/Ц) арақатынасы екі компонентті қосындыда (Ц:Қ) 0,35-0,45, ал үшкомпонентті қосындыда (Ц:Қ:Ұ) 0,4-0,48 аралығында болғаны тиімді болатындығын көрсетті. Сулылығы осы мөлшердегі бүрікпебетон қоспалары ең жоғарғы беріктікті көрсетті.

Құрғақ бүрікпебетон қосындыларын дайындау орнын және оны тасымалдаудың түрін таңдау - жұмыстарды механикаландыру дәрежесіне, қолданылатын толтырмалар компоненттерінің және дайын бекітпенің сапасына, бекітушілердің еңбек өнімділігіне және қазбаны жүргізу жылдамдығы мен шығындарына  тікелей әсер ететін маңызды мәселелердің бірі болғандықтан құрғақ бүрікпе қосындыларын дайындау орнын және тасымалдау түрін таңдау жөніндегі зерттеулер мен ұсыныстар жұмыстың Үшінші бөлімде келтірілді.

Сонымен қатар, бүрікпелеу кезінде материалдардың 1030 %-ға дейінгі мөлшері қайта тебілу салдарынан (отскок) жабыспай түсіп қалып жатады. Жоғалым мөлшерінің мұндай көп болуы қазбаны жүргізудің экономикалық тиімділігіне тікелей әсер етеді және жоғарыда айтып өткеніміздей, бұл бүрікпебетон бекітпесінің негізгі кемшілігі болып табылады. 

Материалдардың шығындану мөлшерін салыстырмалы түрде анықтау мақсатында әдеттегі бүрікпебетондау және латексті бүрікпебетондау технологиялары бойынша экспериментальды түрдегі сынақтар жүргізілді және олардың нәтижелеріне аналитикалық талдаумен математикалық есептеу әдістері бойынша зерттеулер жүргізілді.

Шығынданып түсіп қалған материалдардың құрғақ жағдайдағы мөлшері келесі теңдеумен анықталды:

                                                                                                  (3)

мұнда Р2 – түсіп қалған қосынды материалдардың (ылғалды жағдайдағы) массасы, кг;  W - түсіп қалған қосынды материалдардың ылғалдылығы, %.

 

Бүрікпе материалдарының қайта тебілуден (отскок) түсіп қалу шығындарының мөлшері соплоны беткейге бағыттау бұрышына, бекітпеленетін беткеймен соплоның арақашықтығына, бүрікпе машинасындағы сығылған ауаның қысымына, қолданылатын толтырма компоненттерінің ірілігіне, су мен цементтің өзара қатынасына және де соплошының тәжірибесіне де байланысты болатындығы зерттеулер барысында анықталды.

Тәжірибелік сынақтардың нәтижелері әдеттегі (дәстүрлі) бүрікпебетондау технологиясына қарағанда, латексті бүрікпебетондау технологиясы  материалдар жоғалымын  1,6 есе төмендететіндігін көрсетті.

       Жүргізілген зерттеулер нәтижелері көрсеткендей, полимерцеметті латексті бүрікпебетонмен бекітпелеудің технологиясын қолданғанда таужыныстарында жарықшақтардың қалыптасуын болдырмайтындығы, жарылыс жұмыстарының әсеріне төзімді болатындығы және де, жерасты жұмыстарының қауіпсіздігінің жоғарылататындығы анықталды.

Бүрікпебетон бекітпесінің беріктік қасиеттері және оларды орнатудың сапасы жоғары болумен қатар, олар экономикалық тұрғыданда тиімді болуға тиісті, сондықтанда, латексті бүрікпебетон  мен әдеттегі бүрікпебетон бекітпелерінің технико-экономикалық көрсеткіштері төртінші бөлімде зерттелді.  Яғни, бүрікпебетондауға кететін қаржы шығындары мына талапты қанағаттандыруы тиіс:                                                                      (4)

мұнда - қазбаны бүрікпебетонмен бекітуге жұмсалатын қаржылардың жиынтығы, теңге.

Қазбаны бекітпелеуге жұмсалатын 1 м3 бүрікпебетонмен бекітпеленетін бекітпенің бағасы мына теңдеу арқылы анықталды:

   ,    (5)

мұнда ,,,- сәйкесінше бетон қоспасын дайындауға және орнатуға жұмсалатын материалдардың, еңбек ақы мөлшерінің, энергиялар шығынының және жабдықтардың амортизациясының бағасы, теңге; - нығыздалмаған құрғақ қоспалардың тығыздығы, т/м3; -дайын бүрікпебетонның шығу коэффициенті; - қазбаға жабыспай қайта тебіліп түсіп қалатын бетон қоспасының жалпы қоспалардың массасына шаққандағы мөлшері; Чц , Чқ , Чұ  -  қоспа құрамына кіретін цементтің, құмның және ұсақтастардың бағасы, теңге; Қ, Ұ цементтің массасының бір бөлшегіне келетін құм мен ұсақтастардың мөлшері; q - 1 т құрғақ бетон қоспасын беткейге орнатуға жұмсалатын қаржы, тең; - бекітпелеу барысында қолданылатын механизмдер мен жабдықтардың бекітпелеу жұмыстары кезінде жұмсайтын энергия қуаттарын ескеретін коэффициент; М – бетонмашинасының электрқозғалтқышының қуаты, кВт; - қосалқы операцияларды (қазбаны дайындау және жуу) орындауға жұмсалған сығылған ауаның көлемі, м3/сағ;- бетонмашинасының жұмыс барысында жұмсайтын сығылған ауаның көлемі, м3/сағ; Чэ  -  электр энергиясының  бағасы, тең/кв∙сағ.; Чсж.в  - сығылған ауаның бағасы, тең/м3.  - бетонмашинасының өнімділігі т/сағ; - әрбір механизммен жабдықтардың меншікті нормалары және олардың бағалары, теңге; N бір жылдағы жұмыс ауысымының саны; -бекіту кезінде бір ауысымда жұмсалатын құрғақ қоспалардың массасы, т.  

Зерттеулерді жүргізу үшін тау-кен-геологиялық шарттары бірдей қазбада, бірақ қабырғаларының беткейлері тегіс және кедір-бұдыр жарықшақтығы орташа бөлімдерінде жеке-жеке жүргізіледі. Бүрікпебетонды бүрікпелеуге параметрлері бірдей бетонмашиналары қолданылды. Бүрікпебетон қазба қабырғасына тік бұрышпен және бекітуші соплоны қабырғадан 1,01,5 м қашықтықта ұстай отырып бүрікпеленді.  

Зерттеулердің нәтижелері 4–кестеде және  3, 4-суреттерде келтірілді.

 

4-кесте. Тәжірибелік сынақтардың нәтижелері

 

Бүрікпелеу  технологиясы

Қазба қабырғалар-ының беткейі

Тәуліктік өсімі бойынша сығылуға мықтылық шегі, МПа (кгс/см2)

(тәулік)

1

3

7

28

Әдеттегі

бүрікпебетон

1 : 2 : 1

(цемент : құм :

10 мм дейінгі ұсақтас)

Тегіс беткей

 

 

 

0,8 (8)

1,1 (11)

1,0 (10)

3,2 (32)

2,7 (27)

2,8 (28)

13 (130)

14,1 (141)

13,7 (137)

18,3 (183)

17,3 (173)

19,2 (192)

 0,966 (9,66)

2,9 (29)

13,6 (136)

18,3 (183)

Кедір-бұдыр беткей

1,3 (13)

1,4 (14)

1,5 (15)

4,2 (42)

4,1 (41)

3,8 (38)

14,7 (147)

13,9 (139)

15,8 (158)

20,9 (209)

20,2 (202)

19,9 (199)

 1,4 (14)

4,03 (40,3)

14,8 (148)

20,3 (203,3)

Латексті бүрікпебетон

1 : 2 : 1 : 0,02 (цемент: құм :

10 мм дейінгі ұсақтас : латекс)

Тегіс беткей

1,7 (17)

1,9 (19)

1,7 (17)

5,6 (56)

5,4 (54)

5,9 (59)

16,5 (165)

16,9 (169)

16,3 (163)

27,4 (274)

24,6 (246)

25,1 (251)

1,76 (17,6)

5,6 (56,3)

16,5 (165,6)

25,7 (257)

Кедір-бұдыр беткей

2,2 (22)

2,4 (24)

2,1 (21)

6,6 (66)

7,9 (79)

8,2 (82)

18,6 (186)

20,7 (207)

21,1 (211)

29,8 (298)

28,7 (287)

29,2 (292)

2,23 (22,3)

7,56 (75,6)

20,1 (201,3)

29,2 (292)

                                                     

 

1 – әдеттегі бүрікпебетон,             1 < Т < 28

2 –латексті бүрікпебетон,   

 

3-сурет. – Тегіс беткейді бекіткендегі  көрсеткіштері.

1 – әдеттегі бүрікпебетон,             1 < Т < 28

2 – латексті бүрікпебетон.   

 

4-сурет. – Кедір-бұдыр беткейді бекіткендегi  көрсеткіштері.

 

Тәжірибелік сынақтарды сараптай келе, мынадай қорытынды жасауға болады. Қабырғалардың бекітпелері тегіс қазбада полимербетонды латекс эмульсиясы қосылған бекітпенің сығым күшке беріктігі әдеттегі бүрікпебетон бекітпесінің беріктігіне қарағанда, 1 тәулікте – 1,5 есе, 3 тәулікте - 1,86 есе, ал 28 тәулікте  - 1,4 есе артық екендігін көрсетті, сонымен қатар, латексті полимербетон бекітпесі әдеттегі бүрікпебетон бекітпесінің сығымға беріктік шегінің 28 тәулікте жеткен ең жоғарғы мәніне,  құрылғанына 10 күн болғанда жеткен, яғни, бірігу жылдамдығы 2,8 есе жоғары (3-сурет).

Қабырғаларының беткейі кедір–бұдыр қазбаларға орнатылған латексті полимербетонды бүрікпебетон бекітпесінің беріктігі әдеттегі бүрікпебетонның беріктігіне қарағанда 1 тәулікте – 1,6 есе, 3 тәулікте – 1,9 есе және 28 тәулікте – 1,4 есе артық екендігін көрсетті. Сонымен қатар, әдеттегі бүрікпебетонның 28 тәулікте жеткен ең жоғарғы беріктігінің шамасына 20,3 МПа (203,3 кгс/см2), латексті полимербетон бекітпесінің беріктігі 7 тәуліктен кейін-ақ жететіндігін көреміз (4-сурет).

Тау-кен-геологиялық шарыттары бірдей жерасты қазбаларын бекіту үшін қабырғаларының беткейлеріне қарамастан латексті полимербетон бекітпесінің пайдаланымдық (эксплуатационное свойства) қасиеттерінің көп жоғары екендігі дәлелденді. Латексті бүрікпебетонның сығымға беріктік көрсеткіштері ақырғы сәтте орта есеппен, 1,4–1,44 есе жоғары екендігін көреміз. Сонымен қатар, олардың кеуіп бірігу процесстері әдеттегі бүрікпебетонға қарағанда, тіпті алғашқы тәуліктерде 1,5–1,8 есе жоғары екендігіне де көз жеткіздік және латексті бүрікпебетон бекітпесі 7 тәуліктен кейін тұрақты 20 МПа (200 кгс/см2) шамасында берік болатындығы да дәлелденді.

Бүрікпебетон бекітпелерінің негізгі көрсеткіші оның сығымға беріктік шегі бекітпенің қалыңдығымен тығыз байланысты екендігі белгілі. Осы қағиданы пайдалана отырып, зерттеулер жүргізгенде, латексті бүрікпебетон бекітпесінің қалыңдығын, әдеттегі бүрікпебетон бекітпесінің қалыңдығынан 1,4 есе жұқа етіп қабылдауға болатындығы анықталды. Яғни, оған 40 % материал аз жұмсалады және қазбаның ішкі таза қимасының ауданы ұлғаяды. Сонымен қатар, цемент массасынан 2 % мөлшерде латекс қосылған қосылған бүрікпебетон бекітпесінің су өткізбеушілік қасиеті әдеттегі бүрікпебетонға қарағанда жоғары болады, әрі оның беткейі жылтыр болғандықтан қазбаның аэродинамикалық кедергілері төмен. Осы қасиеттерінің арқасында бұл қазбалар жақсы желдетіледі. Латексті полимербетонды бекітпенің қалыңдығы  40 % азайғанда қазбалардың ішкі таза қимасының аудандары    9,5  11,69 % дейін ұлғаяды.                                                                                                      

Зерттеулер барысында қоспалардың қазба қабырғасына жабыспай түсіп қалатын шығындарының да өзгеретіндігі яғни, әдеттегі бүрікпебетондау технологиясында орта есеппен – 23,3 %, ал, латексті бүрікпебетондау технологиясы бойынша жасалған қоспалардың жоғалымы орта есеппен – 14,3 % шығындарды құрайтындығы анықталды және бұл көрсеткіштер өзара келесі теңдеулер арқылы салыстырылып, бүрікпебетон қоспаларының пайдаланымдық коэффициенттері есептеліп анықталды:

                                 ,                                                                 (6)

                                  ,                                                                 (7)

мұнда  - сәйкесінше бекітпелеу машинасына тиелген әдеттегі және латексті бүрікпебетон қоспаларының мөлшері, кг; - беткейге жабыспай, түсіп қалып шығын болған бетон қоспаларының мөлшері, кг.

                      ,                                                               (8)

- латексті  және  әдеттегі бүрікпебетон қоспаларының шығын болған мөлшерлерінің айырмасы.

 Яғни,  зерттеулер кезіндегі әдеттегі және латексті бүрікпебетон бекітпелері қоспаларының пайдаланымдық коэффициенттері есептеліп табылды: (; ), осы ретте, екі көрсеткішті салыстырғанда () латексті бүрікпебетон қоспаларының мөлшері 9 %-ға аз жұмсалатындығы анықталды.

Латексті бүрікпебетонның беріктігінің жоғарылығы, материал аз жұмсалатындығы және қазбалардың көлденең қимасының таза аудандарының ұлғаюы сияқты пайдаланымдық қасиеттерінің артықшылығы дәлелденгеннен кейін, әдеттегі (дәстүрлі) бүрікпебетон бекітпесімен латексті бүрікпебетон бекітпелерін тұрғызу экономикалық тұрғыдан салыстырылды (5, 6-кестелер).

 

5-кесте. Қоспалардың құрамына байланысты есептегендегі 1 м3 латексті бүрікпебетонды дайындауға жұмсалатын материалдардың бағасы

 

Материалдар

Өлшемдері

Бағасы (бірліктің)

Құрамы  Ц:Қ=1:3

 Құрамы Ц:Қ:Ұ=1:2:1

Жұмсал-атын мөшері

Жұмсал-атын қаржы, тг

Жұмсал-атын мөшері

Жұмсал-атын қаржы, тг

Цемент

кг

16000 тг/т

366,4

5862,4

366,4

5862,4

 Құм

м3

1200 тг/ м3

0,689

826,8

0,458

549,6

 Ұсақтас, Ø-10мм

м3

1800 тг/ м3

-

-

0,229

412,2

 Су

м3

70 тг/ м3

0,08

5,6

0,08

5,6

 Латекс

л

88,6 тг/л

4,6

407,6

4,6

407,6

 Барлығы

тг

-

 

7102,4

 

7237,4

 

Әдеттегі және латексті бүрікпебетон бекітпелерінің 1 м3 қосындысын жасау үшін жұмсалатын материалдардың құнын салыстыруға болады (6-кесте).

 

6-кесте. Бүрікпебетон бекітпелерінің 1 м3 қосындысын жасау үшін жұмсалатын материалдардың құнының салыстырма кестесі

 

Бетон қоспасының түрі (материалдардың мөлшерлерінің арақатынастарын ескергендегі)

1 м3 қосындыға жұмсалатын материал құны, тг

1

Әдеттегі бүрікпебетон қоспасы

(құрамы Ц:Қ=1:3)

6434,4

2

Латексті бүрікпебетон қоспасы

(құрамы Ц:Қ=1:3)

7102,4

3

Әдеттегі бүрікпебетон қоспасы

(құрамы Ц:Қ:Ұ=1:2:1)

6556,0

4

Латексті бүрікпебетон қоспасы

(құрамы Ц:Қ:Ұ=1:2:1)

7137,0

 

Экономикалық тұрғыдан салыстырмалы зерттеулерді жүргізу үшін жоғарыда аталған факторлардың барлығы ескеріліп, ұзындығы 720 м, көлденең қимасының ауданы 16 м2, штольняны бекітуге жұмсалатын әдеттегі бүрікпебетон және латексті бүрікпебетон бекітпелеріне жұмсалатын бетон қоспаларының мөлшерлері және олардың экономикалық көрсеткіштері есептелді. Зертеулер нәтижесінде тек қана жұмасалатын материалдарды ескергенде штольня қазбасына латексті бүрікпебетон бекітпесін орнатудың экономикалық тиімділігі 1 505 088,8 теңгені құрады немесе қазбаның әрбір қума метрін бекітуде 2090,40 теңге/п.м. үнемдеуге болатындығы дәлелденді.

  Жерасты ғимараттарын бүрікпебетонмен бекіту кезінде пайда болатын шаңдық әсерлерді азайту үшін, ұйымдастырушылық-техникалық шаралардың озық әдістері және конфузорлы кесінділенген насадка жалғанған сопло қолданылса және де, оның жұмыс камерасындағы сығылған ауаның қысымы (45)∙105 Па аралығында реттелсе, сонымен қатар, бүрікпе қосындылары құрамының өзара байланысын жақсартатын химиялық үдеткіш-қоспалар (полимерцементті композициялар) іс жүзінде қолданылса, жұмыс орнының шаңдануының едәуір төмендейтіндігі дәлелденді. Яғни, әдеттегі (дәстүрлі) бүрікпебетонға қарағанда латексті бүрікпебетонмен бекіту кезіндегі жұмыс орнының шаңдану мөлшері 24 %-ға немесе 4 есеге төмен болатындығы зерттеулер барысында анықталды.

 

 

ҚОРЫТЫНДЫ

 

Білікті жұмыс ретінде даярланған, пайдаланылуы маңызды қолданбалы мәселені шешуді қамтамасыз ететін жаңа ғылыми негізделген нәтижелерді қамтыған диссертацияда жерасты қазбаларын бекітуге қолданылатын бүрікпебетон бекітпелерінің техника-технологиялық, пайдаланымдық, экономикалық және санитарлық гигиеналық көрсеткіштерін жоғарылататын құрамдық және құрылымдық жаңа параметрлері мен оларды орнатудың жетілдірілген технологиялық әдістері жасалып, ғылыми теориялық және эксперименттік нәтижелермен негізделіп келтірілген.

Диссертациялық жұмыстың негізгі ғылыми нәтижелері мен қорытындылары және нақтылы тәжірибелік ұсыныстары келесідей:

 

1. Қазіргі кезде қатты пайдалы қазбаларды өндіретін салаларда, халық шаруашылығына қажетті көліктік-коммуникациялық, энергетикалық және басқа да мақсаттарда салынатын жерасты нысандарының құрылысын жүргізгенде бүрікпебетон бекітпесі уақытша және тұрақты бекітпелер ретінде кеңінен қолданылады. Жерасты қазбаларын бүрікпебетон әдісімен бекітпелеу іс жүзінде шет елдерде де кең тараған. Бұл әдістің әлі де болса, кейбір кемшіліктері бар, сондықтанда, қазбаларды бүрікпебетонмен бекіту технологиясын қолданудың пайдаланымдық қасиеттері, тау-кен геологиялық және тау-кен техникалық факторларға ғана емес, бүрікпебетон қоспасының құрамына кіретін материалдардың физика-химиялық және физика-механикалық қасиеттеріне, олардың өзара арақатынастарына және бекітпелеу техногиясына да байланысты болатындығы зеттеулер барысында анықталды.

 

2. Әдеттегі бүрікпебетон қоспаларының физика-механикалық және физика-химиялық қасиеттері зерттеліп, олардың тиімді (рациональды) болатын құрамдары мен параметрлері анықталды. Бүрікпебетонмен бекітпелеуге қолданылатын құрғақ қоспалардың композициалық құрамдары, олардың өзара мөлшерлік арақатынастары жүккөтеру қабілеттілігі, пайдаланымдық  және экономикалық көрсеткіштері бойынша ғылыми-тәжірибелік жолдармен негізделді.

 

3. Жерасты қазбалары жүргізілетін таужыныстары сілемдерінде тау қысымының жылдам қарқын алуы және су келімінің кері әсерлері болған кездерде бүрікпебетонның беріктігін қамтамасыз ету үшін, арнайы жылдам ұстасуды қамтамасыз ететін үдеткіш-қоспаларды пайдалану мүмкіншіліктері жан-жақты зерттелді. Яғни, бүрікпебетонның беріктігін, сапасын және тиімділігін жоғырлату мақсатында қолданылатын арнайы химиялық үдеткіш-қоспаларды таңдағанда, жерасты жұмыс орнының жағдайлары (бекітпеленетін қазбаның өлшемдері, тау қысымының мөлшері, су келімі, газды және шаңды әсерлер, және т.б.)  және сол қоспалардың адам денсаулығына әсер ету қасиеттері ескеріліп, зерттеулер нәтижесінде үдеткіш-қоспа ретінде зауыттан сулы дисперсиялы түрінде шығатын СКС-65 ГП “Б” маркалы бутадиенстирольды синтетикалық латексті бүрікпе құрамына 2 % қосып, қолдануға толық болатындығы дәлелденді, сонымен қатар, олардың құрамдық және құрылымдық параметрлерін зерттеу негізінде латексті полимербүрікпебетонмен бекітпелеу технологиясы ұсынылды.

 

4. Зертеулер нәтижелерінде әдеттегі бүрікпебетондау технологиясына қарағанда жетілдірілген латексті бүрікпебетондау технологиясы бойынша жасалған бүрікпебетонның беріктігі 1,5 есеге жоғары екендігі және материалдардың қайта тебілуден түсіп қалу шығындары 1,6 есеге дейін төмендейтіндігі анықталды.

 

5. Жаңа құрамдағы латексті бүрікпебетон бекітпесі беріктік, жарықшақтыққа төзімді, суөткізбейтін қасиеттерімен ерекшеленеді. Осы   қасиеттерінің арқасында тау-кен геологиялық шарттары, беріктігі, тау қысымы және көлденең қимасының өлшемдері бірдей қазбаларды бекіткенде латексті бүрікпебетон жабындысының қалыңдығын әдеттегі бүрікпебетон жабындысының қалыңдығынан, орташа есеппен, 22-25 % кем етіп алуға (яғни 1,4 есе жұқа етіп қабылдауға) болатындығы дәлелденді. Бекітпенің қалыңдығының азаюының әсерінен қазбалардың ішкі таза қимасының аудандары 9,511,69 %-ға дейін ұлғайатындығы анықталды.

 

6. Зерттеулер барысында қосындылардың қазба қабырғасына жабыспай түсіп қалатын шығындары (жоғалымдары) әдеттегі бүрікпебетондау технологиясында орта есеппен – 23,3 %, ал, латексті бүрікпебетондау технологиясы бойынша жасалған қоспалардың жоғалымы орта есеппен –14,3 % құрайтындығы анықталды. Әдеттегі және латексті бүрікпебетон қоспаларының пайдаланымдық коэффициенттері деген ұғым алғаш рет енгізілді (, ) және бұл екі көрсеткішті салыстырғанда () латексті бүрікпебетон қоспаларының мөлшері 9 %-ға аз жұмсалатындығы анықталды.

 

7. Диссертациялық жұмыстың нәтижерлері мен ұсыныстары «Жолбарысты» кенорнынының №4 штольнясының 500 метрін және оның №14, №15 өрлемелерімен қилысатын түйіспелерін бекітуге іс жүзінде қолданылды. Бекітуге жұмсалатын әдеттегі бүрікпебетон және латексті бүрікпебетон бекітпелеріне жұмсалатын бетон қоспаларының мөлшерлері және олардың экономикалық көрсеткіштерін есептегенде тек қана жұмасалатын материалдарды ескергенде Штольня қазбасына латексті (полимерцементті) бүрікпебетон бекітпесін орнатудың экономикалық тиімділігі 1 045 381,3 теңгені құрады немесе қазбаның әрбір қума метрін бекіту кезінде 2090,76 теңге/п.м. үнемдеуге болатындығы дәлелденді. Сонымен қатар, дәстүрлі бүрікпебетонға қарағанда латексті бүрікпебетонмен бекіту кезіндегі жұмыс орнының шаңдану мөлшері 24 %-ға немесе 4 есеге төмен болатындығы анықталды.

 

 

 

 

Диссертация тақырыбы бойынша жарияланған еңбектер тізімі

 

1. Жаркенов М.И., Шынбергенова К.Т., Алменов Т.М. Қалдық  қоймалары мен таужыныстар үйінділерінің шаңытқан беттерін бекітудің тиімді тәсілдері // Ғылыми-техникалық еңбектер жинағы: ҚазҰТУ хабаршысы №3/4, Алматы, ҚазҰТУ 2003 ж. Б. 41-44.

2. Жаркенов М.И., Шынбергенова К.Т., Алменов Т.М. Қалдық қоймалары аймағының климаттық жағдайының сипаттамасы және оның қоршаған ортаға әсерлері // Ғылыми-техникалық еңбектер жинағы: ҚазҰТУ хабаршысы №6 (44), Алматы, ҚазҰТУ 2004 ж. Б. 22-25.

3. Жаркенов М.И., Шынбергенова К.Т., Алменов Т.М. Өндірістік қалдықтарды қайта пайдалану және шаңытқан топырақ беттерін бекітуге қолдану // Ғылыми-техникалық еңбектер жинағы: ҚазҰТУ хабаршысы №1/2 (45/46), Алматы, ҚазҰТУ 2005 ж. Б. 30-32.

4. Жаркенов М.И., Шынбергенова К.Т., Алменов Т.М. Өндірістік қалдықтарды қайта пайдалану және шаңытқан топырақ беттерін бекітуге қолдану // Әр тоқсанда шығарылатын ғылыми-техникалық журнал «Гидрометеорология және экология», №4, Алматы 2004 ж.  Б. 176-179.

5. Жаркенов М.И., Укшебаев М.Т., Духовная Г.М., Алменов Т.М. Снижение запыленности атмосферы и повышение качества крепления выработок набрызг-бетоном // Сборник научных трудов: Вестник КазНТУ, №3, Алматы, КазНТУ, 2006 г. С. 33-38.

6. Жаркенов М.И., Алменов Т.М. Пути повышения качества и эффективности полимерцементного набрызгбетонного крепления в подземных условиях // Труды второй международной научно-практической конференции «Горное дело в Казахстане состояние и перспективы», том-І, Геотехнология, Алматы, 2006 г. С. 187-190.

7. Бегалинов А.Б., Алменов Т.М. Совершенствование набрызгбетонной крепи при строительстве подземных сооружений // Сборник научных трудов: Вестник КазНТУ, №3, Алматы, КазНТУ, 2007 г. С. 11-16.

8. Бегалинов А.Б., Алменов Т.М. Жерасты жағдайларында полимерцементті бүрікпебетон бекітпесінің сапасын жоғарылату және тиімділігін арттыру жолдары // «Шығыс ғұламаларының ғылыми-техникалық, руханияттық құндылықтары және А. Машани» халықаралық ғылыми-практикалық конференциясының еңбектері, ІІ-бөлім , Алматы, 2007 ж. Б. 60-66.

9. Бегалинов А.Б., Алменов Т.М. Жерасты ғимараттарын бүрікпебетонмен бекіту процессі кезіндегі шаңдану мөлшерін төмендету жолдары // Научно-технический и производственный журнал «Горный журнал Казахстана» №3, Алматы, 2008 ж. Б. 18-21.

10. Алменов Т.М. Жерасты тау-кен қазбаларын бүрікпебетонмен бекіту процессі кезіндегі жұмыс орнының шаңдануын төмендету жолдары // «Жаңа өмір қауіпсіздігі» (Адамдарды төтенше жағдайларда қорғау, еңбек қорғау және экология), Х-халықаралық ғылыми-техникалық конференциясының еңбектері, Алматы, 2008 ж. Б. 37-40.

 

Алменов Талгат Макулбекович

 

РЕЗЮМЕ

 

диссертационной работы «Совершенствование технологии набрызгбетонной крепи при строительстве подземных горных выработок»

 

Объект исследования. Совершенствование технологии крепления горных выработок набрызгбетоном и определение научно обоснованных новых составов набрызгбетона.

В комплексе вопросов, связанных со строительством шахт, рудников, туннелей различного назначения и других подземных сооружений, крепление горных выработок и камер большого сечения является одним из основных и трудоемких процессов. Крепь подземных сооружений длительное время  работая в сложных горно-геологических и горно-технических условиях должна обеспечивать устойчивость и сохранность горной выработки, т.е. обеспечить сохранность проектных размеров поперечного сечения подземных сооружений на весь срок эксплуатации не допуская обвалов и вывалов горных пород.               

Современная практика строительства подземных сооружений показывает, что скорость проведения горных выработок зависит от типа и материала крепи, технологии и степени механизации его возведения. А это в свою очередь влияет на стоимость объекта и сроки введения в эксплуатацию. Одним из направлений снижения затрат на крепление горных выработок является применение набрызгбетоннной крепи.

Целью работы является разработка технологий возведения набрызгбетонной крепи на основе предложенных и научно обоснованных рациональных новых составов набрызгбетона, существенно улучшающих технико-технологические, эксплуатационные и эколого-экономические показатели при строительстве подземных сооружений.   

Методы исследований. При выполнении работы использовался  комплексный метод исследований: анализ и обобщение литературных источников по совершенствованию технологии крепления горных выработок набрызгбетоном; планирование экспериментов, физическое и экономико-математическое моделирование; методы натурных и лабораторных испытаний при исследовании и определении прочности набрызгбетона в образцах и массиве; применения методов математической статистики и обработки экспериментальных данных.

Результаты работы.

Научное значение работы заключается: в создании новых составов композиционной латексобетонной смеси и усовершенствовании технологии возведения крепи подземных выработок методом сухого набрызгбетонирования с лучшими эксплуатационными и экономическими показателями по сравнению с традиционными видами набрызгбетонной крепи.     

Практическое значение и реализация работы. Проведенными экспериментальными и опытно-промышленными испытаниями доказаны неоспоримое преимущество новой технологии возведения набрызгбетонной крепи с применением латексобетонной смеси по сравнению с традиционными методами набрызгбетонирования. Разработана методика проектирования и предложены рациональные составы смесей. Внедрение новой технологии  возведения набрызгбетонной крепи с применением латексобетонной смеси не только улучшает технические и эксплуатационные показатели крепи, но также значительно повышает экономическую эффективность строительства подземных сооружений.

Научная  новизна работы:

1. В результате проведенных экспериментальных работ определены рациональные параметры и составы для обычной (традиционной) набрызгбетонной крепи, с учетом физико-механических и физико-химических свойств компонентов бетонной смеси. Определенные в процессе исследований составы являются наиболее рациональными по массовым соотношениям в составе сухой смеси и позволяет достичь наиболее высоких технико-экономических показателей при креплений горных выработок обычным набрызгбетоном.   

2. На основе анализа и исследовании в целях повышения эксплуатационных и адгезионных свойств крепи предложен новый состав полимербетонной смеси, со включением  в ее состав водной эмульсии синтетического латекса СКС-65 ГП марки «Б» (2 % от массы цемента), а также разработана новая технология крепления горных выработок полимербетоном.    

3. В результате проведенных исследований установлено, что прочность на сжатие набрызгбетона с добавкой латекса в 1,5 раза выше, а потеря бетонной смеси 1,6 раза меньше, за счет высоких адгезийных свойств латексобетонной смеси. Кроме того,  уровень запыленности рабочего места в 4 раза ниже по сравнению с обычным набрызгбетоном.

 4. Установлено, что набрызгбетон возведенной на основе нового состава обладает повышенными качественными характеристиками таким как эластичность, трещиностойкость и водонепроницаемость. Повышение физико-механических свойств крепи, за счет применения нового состава бетонной смеси и новой технологии возведения крепи, позволяет уменьшить толщину крепи на 22-25 %, по сравнению с обычным набрызгбетоном без ущерба качественным показателям крепления. Уменьшение толщины крепи подземной выработки в свою очередь увеличивает поперечное сечение выработки в свету на 9,5-11,7 %. В целях проведения сравнительного экономического анализа впервые введено определение-коэффициент полезного использования бетонной смеси.

       Степень внедрения. Результаты диссертационной работы внедрены при креплении штольни №4 протяженностью 500 м и её сопряжения с восстающими №14 и №15 на месторождении «Жолбарысты».

       Экономическая эффективность. Экономический эффект от крепления штольни и сопряжении латексным набрызгбетоном только за счет экономии  материалов составил 1 045 381,3 тенге или с каждого 1 п.м. крепления выработки сэкономлено 2090,73 тенге.

 

 

 

Almenov Talgat Makulbekovich

 

    Technology perfection splash concrete fastening at building of underground     mountain developments.

 

Dissertation abstract for obtaining of academic degree of Candidate of Technical  Sciences on speciality 25.00.22 – Geotechnology (underground, open and construction).

                                                       

 

SUMMARY

 

       The Dissertation contains the new scientifically well-founded results which use provides the decision of the important applied problem of perfection of technology of fastening of mountain developments splash concrete  which brings the essential contribution to the theory and mining practice. The basic scientific results, practical conclusions and recommendations consist in the following: the Analysis devoted to questions of fastening of mountain developments of underground constructions has shown that operational properties fastening and economic feasibility of its application depends not only mountain-geological and mountain-technical factors, but also on physicomechanical and physical and chemical properties of initial components of a concrete mix and technology of erection fastening. Rational parametres and structures for usual (traditional) splash concrete fastening, taking into account physicomechanical and physical and chemical properties of components of a concrete mix are defined. The structures defined during researches are the most rational on mass parities as a part of a dry mix and the most economic at fastening of mountain developments usual splash concrete. On the basis of researches and the spent experimental works the new rational structure of a concrete mix with the additive water emulthic synthetic latex SKS-65 GP of mark and new technology of fastening of mountain developments by this structure is offered. As a result of the spent researches it is established that durability on compression splash concrete with the latex additive in 1,5 times above, and material losses, at the expense of high adhesion properties latex concrete mixes in 1,6 times more low in comparison with usual splash concrete. It is established that splash concrete erected on the basis of new structure possesses the raised qualitative characteristics, such as elasticity, crackfirmness and water resistance. Increase of physicomechanical properties fastening, at the expense of application of new structure of a concrete mix and new technology of erection fastening, allows to reduce a thickness fastening by 22-25 %, in comparison with usual splash concrete without a damage qualitative fastening indicators. With a view of carrying out of the comparative analysis of losses of materials at erection splash concrete fastening definition of factor of useful use of a concrete mix for the first time is entered. By researches are established that Ko/b=0,767 and Kl/b=0,857, i.e. losses of materials at a usual way splash concrete average – 23,3 %, and at latex concrete average losses – 14,3 %.       Results of dissertational work are introduced at fastening shtolen №4 on a deposit of "Zholbarysty". Economic benefit of fastening shtolen latex splash concrete only at the expense of economy of materials has made 1 045 381,3 tenges or about each 1 item of m. of fastening of development is saved 2090,73 тg.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Басуға қол қойылды “21” сәуір 2009 ж.

Басу «Rizo». Пішімі 60х84, 1/16

Офсеттік қағаз №1. Көлемі 1 оқу-баспа табақ.

Таратылымы 100 дана. Тапсырыс №_____

 

Алматы Энергетика және байланыс институтының

Баспа көбейту бюросы

050013, Алматы, Байтұрсынов к-сі, 126