Следующая страницаСодержаниеПредыдущая страница

8.2.2. Регулирование напряженности структуры породы и угля

В горнодобывающей промышленности в связи с разработкой глубоких горизонтов существует опасность выбросов породы, угля и газа в результате накопления внутренних напряжений в породе. Поэтому существует необходимость в разработке мероприятий по предотвращению опасных для жизни шахтеров ситуаций – внезапных выбросов породы, угля и газа при подземной добыче полезных ископаемых. Первые выбросы, например, на шахтах Донбасса, относятся к 50-м годам двадцатого столетия. Они расценивались как результат накопления статических напряжений и наложения на них динамических напряжений. Для решения проблемы был проведен ряд научных исследований, направленных на выявление причин этих явлений и создание механизма их предотвращения. В основу исследований были положены теоретические принципы и методы одного из разделов коллоидной науки – физико-химической механики. В частности, при разработке теоретических предпосылок и физико-химических методов управления физико-механическими свойствами выбросоопасных углей и сопутствующих пород, а также при выработке решения проблемы борьбы с внезапными выбросами в шахтах были использованы представления о поверхностных явлениях в деформации и разрушении твердых тел в поверхностно-активных средах, в частности, проявление эффекта Ребиндера - облегчение пластифицирования и уменьшение прочности в результате физико-химического влияния адсорбирующихся веществ, способных снизить удельную свободную поверхностную энергию и облегчить образование новых поверхностей при нарушении целостности материала.

В основу исследовательских работ были положены условия хрупкого разрушения, для математического описания которого используется уравнение Графитса

, (2.8.1)

где Р0, Рc - прочность начальная и после обработки поверхностно-активным модификатором; s0, s – поверхностное натяжение исходного и модифицированного твердого тела.

П.А. Ребиндер и Е.Д. Щукин после комбинирования уравнения Гриффитса с известным уравнением изотермы адсорбции Гиббса получили уравнение, в котором адсорбция Г поверхностно-активных веществ связывается с прочностью структуры твердого тела:

, (2.8.2)

где Г – адсорбция, кмоль/м2; с – равновесная концентрация раствора модифицирующего поверхностно-активного вещества.