Механические свойства массивов из твердеющих закладочных материалов.

Искусственные массивы из твердеющей закладки должны обеспечивать безопасную эффективную выемку полезного ископаемого, поэтому их прочностные, деформационные и другие характеристики должны удовлетворять конкретным условиям разработки месторождения. Для правильной оценки свойств массива его испытания необходимо проводить в различных местах в разные стадии формирования.

Из прочностных характеристик наиболее часто пользуются пределом прочности на одноосное сжатие. Образцы кубической формы с размером ребра 7, 10, 15, 20 см испытываются в лабораторных или шахтных условиях с промежутками через месяц (или год) в зависимости от сроков отработки камер (блоков). Исследования показывают, что с течением времени прочность бетонной закладки увеличивается: через 3 месяца в 1,5 раза, через 1 год - в 1,75, 2 года — в 2,0, 5 лет - в 2,5 раза. Это объясняется медленным развитием процесса гидролиза и гидратации частиц вяжущего от периферийных участков к центру.

Для определения прочности на растяжение и изгиб изготавливают образцы цилиндрической формы (диаметром 10 см) и испытывают их методом раскалывания.

Существуют корреляционные связи между пределами прочности на растяжение [σ_p], изгиб [σ_и] и сжатие [σ_сж]. По данным М.Н. Цыгалова для материала, у которого [σ_сж]=1-6 МПа

[σ_p]=0,02556 [σ_сж] + 0,045 и [σ_и]=0,04[σ_сж]+ + 0,01.

Установлено, что [σ_сж]=(3÷4)[σ_p, а величина сцепления [τ₀] очень близка по своей величине к [σ_и] и [σ_p], а именно, [τ₀]=0.0383 [σ_сж] + 0,05.

Угол внутреннего трения φ для наиболее часто применяемых искусственных массивов изменяется от 6,5⁰ до 17,5⁰.

При всестороннем погружении [σ_сж] в 1.5—2.0 раза больше, чем при одноосном.

Упругие и пластические свойства монолитных закладочных массивов зависят от степени неоднородности строения и пористости. Вследствие этого при нагружениях происходит заметное уплотнение материала и наблюдается его упругое деформирование, а при разгрузке имеют место необратимые остаточные деформации. Исследования показали, что даже при сравнительно небольших нагрузках (0,5-0,6 от разрушающей) модуль упругости Е изменяется в широких пределах (от 1,6 10³ до 2,2 10³ МПа), а коэффициент Пуассона ν - от 0,2 до 0,3.

Твердеющие закладочные материны обладают значительной ползучестью ([σ_∞] / [σ_мгн]=0,30-0,35), особенно при наличии песчано-глинистых прослоев. В результате этого происходит потеря несущей способности искусственных опор при нагрузках, значительно меньших, чем разрушающие.

Наилучшие условия поддержания твердеющим закладочным материалом обеспечивается при полном заполнении закладываемых пустот, когда под воздействием давления вышележащих пород искусственный массив не имеет возможности бокового расширения, т.е. работает в условиях всестороннего сжатия. В этом случае деформации толщи вышележащих пород зависят от компрессионных свойств закладочного материала.

Под компрессиейпонимается свойство закладочного материала уплотняться под влиянием давления сверху при невозможности бокового расширения. Компрессионные свойства материала характеризуются коэффициентом сжимаемости, который определяется следующим образом

h₀ – h₁

К_сж = ------------(6.3)

h₀

γ₀ – γ₁

К_сж = ------------(6.4)

γ₀

где h₀ ,h₁ - высота испытываемого образца соответственно до и после сжатия; γ₀, γ₁ - плотность материала при тех же условиях.

Для твердеющих закладочных материалов, наиболее часто встречаемых на практике ([σ_сж] =2-4МПа), при давлении сверху 12 МПа К_сж=2-6%,при увеличении нагрузки до 24 МПа - К_сж=7,2÷11,5%.

Несущая способность массива по мере уплотнения материала (без бокового расширения) практически может возрастать до бесконечности.