Przedmiotem wynalazku jest sposób obudowy wy¬ robisk górniczych, polegajacy na czesciowym wypel¬ nianiu wglebienia w kopalni podziemnej.W kopalni podziemnej chodniki przewozowe bu¬ dowane sa za pomoca maszyn do drazenia tunelu, a potem sa one podpierane wieloma podporami stro¬ pu ustawionymi wzdluz ich dlugosci.W celu dodatkowego podparcia chodnika stosuje sie czesto podsadzki górnicze umieszczone obok chod¬ nika. Podsadzki zawierajace material betonowy, sta¬ wiane sa w miare drazenia chodnika. Material betono¬ wy po stwardnieniu posiada wysterczajaca wytrzyma¬ losc do podparcia chodnika przewozowego w za¬ danym czasie, zaleznym od szybkosci przemieszcza¬ nia wyrobiska, poniewaz nie jest dozwolone przesuwa¬ nie wyrobiska wiecej jak o okreslony odstep poza pod¬ party chodnik przewozowy.Znane jest stosowanie szybko twardniejacego ce¬ mentu portlandzkiego jako spoiwa betonu powodu¬ jacego, ze beton twardnieje dostatecznie szybko. Nies¬ tety, przy wysokim koszcie cementu proces twardnie¬ nia betonu zaczyna sie zbyt wczesnie w porównaniu z dzialaniem pozostalych skladników betonu.Ponadto, jezeli obsluga wykorzystujaca cement szyb¬ ko twardniejacy nie umyje wystarczajaco szybko ruf po przepuszczeniu przez te rury betonu zawierajacego szybko twardniejacy cement, to rury te zatykaja sie i nie nadaja sie do dalszego uzywania ze wzgledu na znajdujacy sie wewnatrz nich beton. 2 Jednym z celów wynalazku jest zmniejszenie wspom¬ nianych wyzej trudnosci.Przedmiotem wynalazku jest sposób obudowy wy* robiik górniczych, polegajacy na czesciowym wypel- I nianiu wglebienia w kopalni podziemnej, który cha¬ rakteryzuje sie tym, ze do wglebienia wprowadza sie zaczyn cementu i równoczesnie wprowadza sie wodny roztwór srodka przyspieszajacego twardnienie cemen- tu, którym to srodkiem jest mieszanina trójetanolo- io aminy i weglanów sodu i/lub potasu. Stosunek wa¬ gowy roztworu do cementu wynosi 3:40. Po wprowa¬ dzeniu zaczynu i roztworu calosc pozostawia sie do stwardnienia.Korzystnie zaczyn i roztwór zawieraja wypelniacz, lf np. pospólke weglowa albo odpady kopalniane. Roz¬ twór srodka przyspieszajacego twardnienie cementu, korzystnie zawiera wagowo 1,5 czesci wagowych trój- etanoloaminy 5 czesci wagowych weglanu sodowego oraz 1 czesc wagowa weglanu potasowego* Korzyst¬ no nie, roztwór srodka przyspieszajacego twardnienie cementu zawiera bentonit sodowy.Sposób wedlug wynalazku jest przedstawiony na podstawie przykladu wykonania na rysunku, na któ¬ rym fig. 1 przedstawia wykres charakterystyki robocze) si cementu, zawierajacego srodek przyspieszajacy oraz ' fig. 2 — widok schematyczny wyposazenia instalo¬ wanego w kopalni podziemne).W podziemnej kopalni wegla trzody wykonywac stala podpore chodników przewozowych od i do wy¬ to robisk kopalnianych. Stala podpora korzystnie za- 124 505124 505 wiera obudowe, w której sklad wchodzi pospólka weglo¬ wa i mieszanina cementowa.Obudowa podpierajaca okreslony chodnik przewo¬ zowy powinna twardniec albo zestalac sie odpowied¬ nio predko, aby przodek weglowy dotyczacy okreslo¬ nego chodnika nie przesunal sie dalej jak o ustalony odstep przed wystarczajaco stwardniala obudowe, po¬ niewaz ta obudowa nie moze podpierac chodnika do¬ póki dostatecznie nie stwardnieje* Obsluga w chodniku bylaby zagrozona, gdyby przo¬ dek weglowy postapil dalej wzgledem podpieranego chodnika niz jest to okreslone ustalonym odstepem, bez odpowiednich podpór.Predkosc twardnienia obudowy, jak wyzej opisano, ^anowro^efaniczenre zapewniajace bezpieczenstwo chod¬ nika, który jest podparty poza ta jego czescia, która nie jest na tyle duza aby byc podatna na zerwanie irzez sily wywierane przez sasiednie warstwy skalne.: Dla uzyskania potrzebnej predkosci twardnienia, zaczyn cementu jest stosowany z roztworem srodka przyspieszajacego twardnienie cementu, który to sro¬ dek korzystnie zdyspergowany jest w bentonicie so¬ dowym, co bedzie dalej opisane w nawiazaniu na fig. 2.Przydatnosc srodka przyspieszajacego do opisanego zastosowania jest okreslona badaniami, poniewaz sro¬ dek musi odpowiadac parametrom jakie sa okreslone nizej.Srodek przyspieszajacy musi spelniac okreslone wy¬ magania zanim zostanie przekazany do kopalni pod¬ ziemnej.Srodek nie moze byc latwopalny, musi miec nietok¬ syczne produkty spalania, sam nie moze miec wlas¬ nosci wybuchowych, ani toksycznych, albo tez nie moze byc toksyczny lub wybuchowy w kombinacji z innymi materialami uzywanymi pod ziemia.Ponadto, srodek przyspieszajacy nie moze reagowac z bentonitem sodowym, aby nie wywierac wplywu na jego wlasnosci zelowe oraz srodek ten musi w dosta¬ tecznym stopniu przyspieszac twardnienie cementu.Wykonane badania miedzy innymi nastepujacych substancji dla ustalenia ich przydatnosci jako sklad¬ ników srodka przyspieszajacego twardnienie cementu: a) bezwodny krzemian albo fluorokrzemian sodowy, b) chlorek glinowy, c) wodorotlenek sodowy, d) we¬ glan litowy, e) azotan zelazawy albo zelazowy, f) mie¬ szanina trójetanoloaminy, weglanu sodowego i weglanu potasowego, g) mieszaniny kwasu octowego, albo jego soli i trójetanoloaminy.Stwierdzono, ze substancja (a) oddzialywala nie¬ korzystnie na obsluge oraz zestalala powoli zaprawe bentonitu sodowego do którego byla dodawana i dla¬ tego zostala uznana za nieprzydatna. Substancja (b) powoduje szybkie twardnienie cementu, lecz reaguje niebezpiecznie egzotermicznie, a takze niszczy struk¬ ture zelowa bentonitu sodowego i wobec tego jest takze nieprzydatna. Substanqa (c) chociaz jest przys¬ pieszaczem, ale nie przydatnym bo jest bardzo zraca i niszczy wlasnosci zelowe bentonitu sodowego. Sub¬ stancja (d) jest dobrym srodkiem przyspieszajacym, a nie wplywa na wlasnosci zelowe bentonitu sodowego, lecz niestety moze wywierac dzialanie halucynogenne I wobec tego przy jej uzyciu trzeba stosowac odpowied¬ nie srodki ostroznosci. Substanqa (e) jest przydatna z tym, ze po nagrzaniu wydziela toksyczne tlenki azo¬ tu i dlatego nie moze byc stosowana. Substanqa (f) jest przydatna. Substancja (g) jest bardzo skutecznym srodkiem przyspieszajacym przy zastosowaniu w wa¬ runkach kontrolowanych. Jednakze w niekontrolowa¬ nych warunkach kopalnianych mozna stosowac zbyt 5 duzo srodka przyspieszajacego a badania wykazaly, ze to powodowaloby znaczne obnizenie poczatkowej wytrzymalosci materialu bentonowego.Uwzgledniajac powyzsze — trójetanoloamina, weg¬ lan sodowy oraz weglan potasowy tworza korzystny 10 srodek przyspieszajacy do przyspieszania twardnie¬ nia cementu.Badania wykazaly, ze okreslona ilosc weglanu me¬ talu alkalicznego dodawana do trójetanoloaminy zwiek¬ szala wytrzymalosc poczatkowa i pózniejsza zwyklego 15 cementu portlandzkiego. Kilka mieszanek srodka ty¬ pu (f) przyspieszajacego twardnienie zwyklego ce¬ mentu portlandzkiego zostalo obadanych z nastepu¬ jaca zaprawa cementowa: 1000 czesci — 12,7 mm, drobiny wegla, 400 czesci — stosunek 15:1 wody do 20 bentonitu, 250 czesci — zwykly cement portlandzki, 150 czesci — woda.Nizej sa podane 4 srodki reprezentatywne odpowied¬ nio A, B, C, D jakie badano, procentowo wedlug cie¬ zaru cementu we wspomnianej zaprawie. A. 7% we- 25 glan sodowy, 0,25% trójetanoloaminy; B. 2% weglan sodowy, 5% trójetanoloaminy; C. 7% weglan sodowy, *oraz; D. 5% weglan sodowy, 1% potasowy weglan, oraz 1,5% trójetanoloaminy.Wyniki badan sa nizej podane w postaci jednoosio- 30 wej wytrzymalosci na zgniatanie po 4 godzinach i po 24 godzinach 4 godziny 24 godziny A 28 kNnr2 1210 kNnr2 B 35kNnr2 50 kNm"2 35 C 28 kNm"3 193 kNm"2 D 72 kNm"2 248 kNm"2 Z powyzszych badan widac, ze duze stezenie wegla¬ nu metalu alkalicznego daje pózniejsza wytrzymalosc o wiekszej wartosci, a duze stezenie trójetanoloaminy 40 daje stosunkowo duza wytrzymalosc poczatkowa.Jak wspomniano, trójetanoloamina nie ma wplywu na wlasnosci zelowe bentonitu sodowego w zaprawie, a badanie wykazuje, ze weglany metali alkalicznych nie maja wplywu na te wlasnosci zelowe w takim stop- 45 niu, aby pogarszac zdolnosci pompowania zapraw za¬ wierajacych bentonit pod warunkiem, ze bentonit sodowy jest wstepnie zwilzamy.Badanie wzglednej skutecznosci weglanu sodowego i potasowego wykonuje sie nastepujaco. Srodek za- 50 wierajacy 5% trójetanoloaminy, oraz 2% weglanu sodowego przy uzyciu pasty cementowej o stosunku wagowym wody do cementu 0,8, umozliwia poczatko¬ we zestalanie w ciagu 85 minut oraz ostatecznie zesta¬ lenie po 115 minutach. Srodek zawierajacy 5% trój- 55 etanoloaminy oraz 2% weglanu potasowego umozli¬ wia poczatkowe zestalenie w ciagu 41 minut oraz osta¬ teczne zestalenie po 58 minutach. Badanie wykonuje sie przyrzadem Vicata (do badania normalnej konsysten¬ cji zaczynu i czasu wiazania spoiw). 60 Chociaz weglan potasowy jest skuteczniejszy niz weglan sodowy przy osiaganiu wytrzymalosci poczat¬ kowej, to ten ostatni jest zalecany w wiekszej ilosci ze wzgledu na to, ze jest mniej zracy.Uwzgledniaja badania robocze oraz koszty uwaza sie 65 za najskuteczniejszy srodek taki, który zawiera wago-124 505 5 wo 1,5 czesci wagowych trójetanoloaminy, 5 czesci wagowych weglanu sodowego oraz 1 czesc wagowa weglanu potasowego (tzn. wyzej wspomniany srodek D). Srodek wedlug wynalazku jest sporzadzany przez krystalizowanie z roztworu wodnego.Sklad srodka przyspieszajacego ustalono na zasa¬ dzie kompromisu miedzy szybkim zestalaniem, a du¬ za wytrzynaloscia w ciagu jednego dnia, co szczegól¬ nie jest przydatne do przyspieszania twardnienia zwy¬ klego cementu portlandzkiego, uzywanego w kopal¬ niach wegla.Na fig. 1 przedtsawiono wykres charakterystyki roboczej, przy czym wytrzymalosc na sciskanie (zgnia¬ tanie) jest podana w megapascalach na osi rzednych oraz czasy w godzinach na osi odcietych. Przedsta¬ wione sa na tym wykresie 4 krzywe 1, 2, 3, 4, kazda ilustruje mieszanke zawierajaca zwykly cement por¬ tlandzki oraz rózne ilosci przyspieszacza, przy czym w przypadku krzywej 1 ilosc wynosi wagowo 3,75% cementu; krzywej 2 — 7,5% cementu; krzywej 3 — 11,25% cementu; oraz krzywej 4 — 15% cementu.Widac z wykresu jak na fig. 1 — ze mieszanka we¬ dlug krzywej 2 daje podobna wartosc wytrzymalosci na sciskanie jak mieszanki wedlug krzywej 3 i 4 po okolo 4 godzinach pomimo zastosowania mniejszej ilosci srodka przyspieszajacego. Stosownie do tego jest zalecany stosunek srodka do cementu jak dla krzy¬ wej 2, tzn. 3 czesci wagowe srodka przyspieszajacego do 40 czesci wagowo cementu portlandzkiego.W praktyce, ilosc srodka przyspieszajacego doda¬ wana do zaczynu zalezy od rodzaju cementu, rodzaju i jakosci wypelniacza w zaczynie oraz od zawartosci wody. Zawartosc tych ostatnich moze sie znacznie zmieniac, bo przykladowo zespól zanieczyszczen mógl znajdowac sie w eksploatowanym pokladzie wegla, przez co zwieksza sie ilosc wypelniacza. Stwierdzono, ze ciezar srodka przyspieszajacego twardnienie moze sie zmieniac od okolo 2% do 20% wagowo cementu w zaprawie. Tym niemniej wspomniana liczba 7,5% przdestawia wlasciwa proporcje.Na fig. 2 przedstawiono formowanie obudowy 1.Obudowe formuje sie na miejscu we wglebieniu 12 ograniczonym szalowaniem, przy czym to wglebienie moze obejmowac zaglebienie podsadzki obok chod¬ nika przewozowego (nie pokazanego). Kiedy przodek przesuwa sie naprzód, wykonywane sa odpowiednio kolejno zaglebienia podsadzkowe jedno za drugim w miare tworzenia nowego odcinka chodnikowego.Dwie rury 14, 15 sa przystosowane do zasilania za¬ glebienia 12 (podsadzkowego) poprzez zespól mie- szalnikowy 16. Zaczyn cementu i wody jest pompo¬ wany przez rure 14 pompa 17. Zaczyn ten zostaje wpro¬ wadzony do tej rury w punkcie F. Roztwór srodka przyspieszajacego twardnienie jest wprowadzany do rury 15 w punkcie C i zawiera wypelniacz np. pospól- ke weglowa, albo odpady kopalniane, oraz srodek przyspieszajacy twardnienie cementu, przy czym oby¬ dwa sa zawieszone w bentonicie sodowym, a zapra¬ wa jest pompowana rura 15 za pomoca pompy 18.Zaczyn nie zestala sie szybko, wiec po jego przejsciu przez rure 14, obsluga ma czas na umycie rury. Roz¬ twór srodka przyspieszajacego twardnienie nie zesta¬ la sie wcale. Wobec tego nie grozi niebezpieczenstwo zapchania i zniszczenia rur zestalonych cementem. 6 Zespól mieszalnikowy 16, nie pokazany szczególo¬ wo, zapewnia mozliwie najwieksza jednorodnosc struk¬ tury materialu dodawanego do podsadzkowego za¬ glebienia 12.Wedlug wynalazku uzycie zespolu mieszalnikowe- go 16 nie jest konieczne poniewaz jozprysk obydwu komponentów tzn. zaczynu i roztworu srodka przys¬ pieszajacego twardnienie po wprowadzeniu do za¬ glebienia 12 zapewnia wystarczajace ich wymiesza¬ lo nie. Zespól mieszalnikowy 16 jedynie poteguje mie¬ szanie wytwarzane, przez rozprysk. Poza tym, zaczyn nie dziala na tyle szybko aby umozliwic dodanie don roztworu w przypadku, gdy z powodu trudnosci ope¬ racyjnych nastapi przerwa w dostawie tego ostatniego. 15 Natomiast po wymieszaniu wewnatrz zaglebienia podsadzkowego roztworu z zaczynem srodek przyspie¬ szajacy twardnienie cementu oddzialywuj e nan. W efek¬ cie mieszanina twardnieje tworzac obudowe 11. Obu¬ dowa 11 charakteryzuje sie wystarczajaca wytrzyma- 20 loscia aby podpierac chodnik przewozowy po uplywie okreslonego czasu, o którym powyzej wspomniano.Przyklad. W kopalni wegla z postepujacymi przodkami scian dlugich, konieczne bylo skonstruo¬ wanie podsadzki w bocznym zawalisku dwu chodni- 25 ków przewozowych do przodka w celu kontrolowania stropu i zapobiegania odksztalceniu chodników prze¬ wozowych oraz zapobiegania samorzutnemu spala¬ niu w zawalisku. Dlatego tez zostala zamocowana krata do przenosnika, który zabiera urabany wegiel 30 z dala od przodka, tak ze pospólka weglowa spada na krate. Pospólka weglowa zawiesza sie w zelu wodnym bentonitu do którego dodaje sie srodek przyspiesza¬ jacy.Srodek przyspieszajacy stanowi mieszanine o skla- 35 dzie wagowym, 1,5 czesci wagowych trójetanoloaminy, 5 czesci wagowych weglanu sodu i 1 czesci wagowej weglanu potasu. Otrzymana mieszanine przepompo¬ wuje sie przez przewody przy predkosci 1360 kg/min wegla, 36 kg/min zelu bentonit/woda (o stosunku wa- 40 gowym 15:1) i 4,5 kg/min srodka przyspieszajacego, do zaglebienia o wymiarach 1 mx2 mx2m ustalo¬ nego przez poprzednio skonstruowana podsadzke i sza¬ lowanie. W tym samym czasie przepompowuje sie do zaglebienia zaczyn z cementu portlandzkiego i wody 45 z predkoscia 44 kg/min cementu i 27 kg/min wody i miesza rozbryzgi z, pierwsza zaprawa. Mieszanina osadza sie, a szalowanie usuwa sie nastepnie przesu¬ wajac do przodu w celu okreslenia dalszego wyrobiska.W ten sposób skonstruowana podsadzka twardnieje 50 stopniowo. Stwierdzono, ze stan chodników przewo¬ zowych poprawia sie, dajac latwiejszy i bezpieczniej¬ szy dostep do przodka w porównaniu z przodkiem przyleglym, który ma zbudowane recznie podsadzki z drewna i skal. 55 Z powyzszego widac, ze wady dotychczasowe przy podporach chodnikowych sa zmniejszone wedlug wy¬ nalazku.Zastrzezenia patentowe 60 1. Sposób obudowy wyrobisk górniczych, polega¬ jacy na czesciowym wypelnieniu wglebienia w kopal¬ ni podziemnej tworzywem cementowym, znamien¬ ny tym, ze do wglebienia wlewa sie zaczyn cementu G5 i równoczesnie wprowadza sie wodny roztwór mie-124 505 szaniny trójetanoloaminy i weglanów sodu i/lub po¬ tasu, a nastepnie calosc pozostawia sie do stwardnie¬ nia, przy czym stosunek wagowy roztworu do ce¬ mentu wynosi 3:40. 8 wprowadza sie do wglebienia zaczyna i/lub roztwór zawierajacy wypelniacz. 3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze jako wypelniacz stosuje sie pospólke weglowa lub 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze 5 odpady kopalniane. 10,01 I IO IOO Czcrey (godziny) FIG 1 nnJ ? s n -12 FIC 2 LDD Z-d 2, z. 491/1400/84/41, n. 85+20 egz.Cena 100 zl PL PL PL PL PL