2. Charakterystyka materia³ów u ytych do badañ

Transkrypt

1 Górnictwo i Geoin ynieria Rok 29 Zeszyt Jan Palarski*, Franciszek Plewa*, Piotr Pierzyna*, Artur Zaj¹c** W AŒCIWOŒCI ZAWIESIN Z MATERIA ÓW ODPADOWYCH Z DODATKIEM ŒRODKA WI CEGO W ASPEKCIE MO LIWOŒCI ICH WYKORZYSTANIA DO LIKWIDACJI ZAWODNIONYCH SZYBÓW 1. Wprowadzenie Likwidacja wyrobisk górniczych, a zw³aszcza szybów, jest zagadnieniem z³o onym, szczególnie w warunkach zagro eñ wodnych i gazowych. Sposób likwidacji szybu oraz dobór materia³u zasypowego zale y przede wszystkim od stanu wyrobiska i jego wyposa enia, istniej¹cych po³¹czeñ z wyrobiskami poziomymi oraz stopnia zagro enia wodnego i gazowego. W przypadku likwidacji szybu czêœciowo wype³nionego wod¹ podstawowe znaczenie ma dobór w³aœciwego rodzaju materia³u zasypowego. W takich warunkach nale y przyj¹æ, e zastosowana mieszanina wype³niaj¹ca likwidowany szyb powinna posiadaæ cechy materia³u konstrukcyjnego. 2. Charakterystyka materia³ów u ytych do badañ Uwzglêdniaj¹c, e materia³ konstrukcyjny powinien charakteryzowaæ siê wysokimi parametrami wytrzyma³oœciowymi osi¹ganymi w mo liwie jak najkrótszym czasie, do badañ wykorzystano nastêpuj¹ce materia³y stanowi¹ce sk³adniki suche mieszaniny: popió³ z produktami pó³suchego odsiarczania spalin z Elektrowni X, u el z kot³a fluidalnego z Elektrociep³owni Y, cement portlandzki CEM I 42,5. Na ich bazie wykonano wysokozagêszczone mieszaniny o konsystencji cia³a plastycznego. * Instytut Geotechnologii, Geofizyki Górniczej i Ekologii Terenów Przemys³owych, Wydzia³ Górnictwa i Geologii, Politechnika Œl¹ska, Gliwice ** PPHU Utex, Rybnik 139

2 3. Przygotowanie mieszaniny w instalacji przemys³owej Mieszaniny sporz¹dzane by³y w mieszarce przemys³owej usytuowanej w przedsiêbiorstwie Utex. Czas sporz¹dzania mieszaniny dobrany zosta³ w sposób doœwiadczalny tak, aby mo na by³o uzyskaæ jednolit¹ masê (rys. 1). Do suchej masy tych sk³adników dodawano wodê w iloœci pozwalaj¹cej uzyskaæ mieszaninê o konsystencji cia³a plastycznego. W celu uzyskania jak najlepszego wymieszania, przed dodaniem wody suchej sk³adniki mieszaniny (popió³, u el, cement) podlega³y homogenizacji. Rys. 1. Komora mieszania mieszarki przemys³owej Utex 4. Modelowanie przygotowanej wysokozagêszczonej mieszaniny Modelowanie polega³o na przepuszczaniu sporz¹dzonych mieszanin kompozytowych przez kolumny wodne o œrednicy 150 mm i wysokoœci 3000 mm, symuluj¹ce zawodnione wyrobiska górnicze np. szyby (rys. 2). Badane materia³y kompozytowe, konstrukcyjne sezonowano w œrodowisku wodnym. Rys. 2. Widok kolumn modelowych wype³nionych materia³em 140

3 5. Zakres badañ Zakres badañ obejmowa³: wytrzyma³oœæ na œciskanie R c, wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie okreœlon¹ metod¹ brazylijsk¹ R r, modu³ Younga E, œciœliwoœæ. 6. Wyniki badañ wytrzyma³oœci na œciskanie Wyniki badañ zmiennoœci wytrzyma³oœci na jednoosiowe œciskanie materia³ów kompozytowych, konstrukcyjnych modelowanych przedstawiono na rysunku 3. Rys. 3. Zmiennoœæ wytrzyma³oœci na jednoosiowe œciskanie w czasie materia³ów kompozytowych modelowanych 7. Wyniki badañ wytrzyma³oœci na rozci¹ganie Wyniki badañ zmiennoœci wytrzyma³oœci na rozci¹ganie okreœlonej metod¹ brazylijsk¹ w czasie materia³ów konstrukcyjnych modelowanych przedstawiono na rysunku Porównanie uzyskanych wyników badañ wytrzyma³oœciowych Stosunek wartoœci wytrzyma³oœci na rozci¹ganie (R r28 ) do wartoœci wytrzyma³oœci na œciskanie (R c28 ) materia³ów kompozytowych modelowanych po 28 dniach sezonowania przedstawiono na rysunku

4 Rys. 4. Zmiennoœæ wytrzyma³oœci na rozci¹ganie w czasie materia³ów kompozytowych modelowanych Rys. 5. Stosunek wytrzyma³oœci na rozci¹ganie do wytrzyma³oœci na œciskanie materia³u kompozytowego modelowanego z dodatkiem 30% cementu 9. Wyniki badañ modu³ów Younga Wyniki badañ zmiennoœci modu³ów Younga w czasie materia³ów konstrukcyjnych modelowanych przedstawiono na rysunku

5 Rys. 6. Zmiennoœæ modu³ów Younga w czasie materia³ów kompozytowych modelowanych 10. Wyniki badañ œciœliwoœci Wyniki badañ zmiennoœci œciœliwoœci w czasie materia³ów konstrukcyjnych modelowanych przedstawiono na rysunku 7. Rys. 7. Zmiennoœæ œciœliwoœci w czasie materia³ów kompozytowych modelowanych 143

6 11. Podsumowanie Przeprowadzone badania modelowanych materia³ów kompozytowych, konstrukcyjnych pozwalaj¹ stwierdziæ, e po czasie normowego oznaczenia (po 28 dniach sezonowania) ich w œrodowisku wodnym w zale noœci od iloœci dodanego cementu: wytrzyma³oœæ na jednoosiowe œciskanie kszta³towa³a siê w granicach od 7,6 MPa dla 5% CEM I do 31,1 MPa dla 30% CEM I; wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie zmienia³a siê w granicach od 0,84 MPa dla 5% CEM I do 2,79 MPa dla 30% CEM I; wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie stanowi³a od 11,0% dla 5% CEM I do 9,0% dla 30% CEM I wytrzyma³oœci na œciskanie; modu³y Younga zmienia³y siê w granicach od 7,2 GPa dla 5% CEM I do 14,6 GPa dla 30% CEM I. Modelowane materia³y kompozytowe, konstrukcyjne przy ciœnieniu wynosz¹cym 15 MPa charakteryzowa³y siê œciœliwoœci¹ w zale noœci od zawartoœci cementu od 1,5% dla 30% CEM I do 3,1% dla 5% CEM I. LITERATURA [1] Jamro y Z.: Beton i jego technologie. Warszawa, Wyd. Naukowe PWN 2003 [2] Kleta H., Palarski J., Plewa F.: Zastosowanie korków izolacyjnych dla czasowej izolacji kopalñ likwidowanych. Miêdzynarodowa Konferencja pt. Stavební likvidace dolù nebezpieèíplynoucí z nekvalifikované likvidace. Ostrava, VŠB Technicka Univerzita Ostrava, Wyd. VSB-TU 2002 [3] Mazurkiewicz M., Piotrowski Z., Tajduœ A.: Lokowanie odpadów w kopalniach podziemnych. Cz. II. Geoin ynieria. Karków, Biblioteka Szko³y Eksploatacji Podziemnej 1997 [4] Pachowski J.: Popio³y lotne i ich zastosowanie w budownictwie drogowym. Warszawa, Wyd. Komunikacji i ¹cznoœci 1976 [5] Plewa F., Mys³ek Z.: Zagospodarowanie odpadów przemys³owych w podziemnych technologiach górniczych. Gliwice, Wyd. Politechniki Œl¹skiej 2001 [6] Palarski J., Plewa F., Kleta H.: W³aœciwoœci geotechniczne mieszanin zestalaj¹cych w czêœciowo zatopionym szybie. Konferencja Building materials and Testing, Strbskie Pleso, 1 3 October 2003 [7] Plewa F., Pierzyna P.: Materia³y wype³niaj¹ce i konstrukcyjne stosowane w górnictwie podziemnym oparte na bazie odpadów energetycznych w œwietle badañ i doœwiadczeñ w³asnych. XII Miêdzynarodowe Sympozjum Geotechnika 2005, Gliwice Ustroñ [8] Plewa F., Pierzyna P.: Zale noœæ zmian w³asnoœci fizycznych wybranych zestalonych mieszanin popio³owo-wodnych. X Miêdzynarodowa Konferencja Przeróbki Kopalin, Beskidy [9] Plewa F., Kleta. H.: Zastosowanie odpadów energetycznych do likwidacji wyrobisk górniczych w kopalniach metanowych. Gliwice, ZN Pol. Œl., s. Górnictwo, nr 250, 2001