Закладочная смесь
Владельцы патента RU 2270921:
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (RU)
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Технический результат - одновременное повышение прочности и трещиностойкости. Закладочная смесь, содержащая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель и воду, дополнительно содержит измельченную солому, а в качестве заполнителя - молотый диабаз при следующем содержании компонентов, мас.%: цемент - 2,9-5,07, молотый гранулированный доменный шлак - 15,21-16,91, молотый диабаз - 52,24-53,22, измельченная солома - 0,02-0,076, вода - остальное. 2 табл.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.
Известна закладочная смесь, включающая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель и воду, взятые в следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент | 2 |
| Молотый гранулированный доменный шлак | 18,4 |
| Заполнитель | 61,38 |
| Вода | Остальное |
(см. Л.К.Вахрушев, Е.М.Денисов, К.Ю.Репп. Применение отвальных доменных шлаков для приготовления вяжущей закладочной смеси. Горный журнал, 1979, №1, с.39).
Недостатками известной смеси являются низкая пластичность за счет того, что содержание мелкой фракции класса - 0,14 мм менее 600 л/м3 приводит к расслоению смеси, а также низкая прочность (3,0 МПа в 90 суток) возводимого массива за счет использования заполнителя с пределом прочности ниже нормативной прочности закладки.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является закладочная смесь, включающая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель - песок и воду, взятые в следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент | 1,4-2 |
| Молотый гранулированный доменный шлак | 18,8-19,9 |
| Песок | 62,8-63 |
| Вода | Остальное |
(см. А.Л.Требуков. Применение твердеющей закладки при подземной добыче руд. - М.: Недра, 1981, с.31).
Недостатками данной смеси являются невысокая прочность (4,5 МПа в 180 суток) и низкая трещиностойкость при возведении закладочного массива. Это происходит за счет повышенного содержания в смеси вяжущего и воды, что вызывает неравномерные объемные деформации во время твердения смеси, приводящие к появлению усадочных трещин.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении прочности и трещиностойкости закладочной смеси.
Поставленная задача решается тем, что известная закладочная смесь, включающая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель и воду, согласно изобретению дополнительно содержит измельченную солому, а в качестве заполнителя - молотый диабаз при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент | 2,9-5,07 |
| Молотый гранулированный доменный шлак | 15,21-16,91 |
| Молотый диабаз | 52,24-53,22 |
| Измельченная солома | 0,02-0,076 |
| Вода | Остальное |
Известно при камерной системе разработки месторождений полезных ископаемых использование стеблей соломы в качестве демпфирующей прослойки, обеспечивающей стенкам ледяного целика упругую податливость относительно стенки закладываемой камеры (см. авт. св. СССР №815320, E 21 F 15/00).
В заявляемой закладочной смеси измельченная солома проявляет новое техническое свойство, заключающееся в обеспечении армирования волокнами соломы возводимого искусственного массива, что позволяет равномерно распределять объемные деформации в твердеющем массиве и тем самым предотвратить появление усадочных трещин. Наличие измельченной соломы в закладочном массиве также способствует ускорению дренажа избыточной воды из него.
Кроме того, волокна измельченной соломы, обладая высокой гидроскопичностью, быстро впитывают воду (в течение 0,3-0,5 мин), обеспечивая тем самым достаточно высокую подвижность и пластичность закладочной смеси, что исключает ее расслоение как при транспортировании, так и при твердении закладочного массива.
Таким образом, измельченная солома, обладая комплексом свойств, способствует повышению трещиностойкости возводимого искусственного массива, обеспечивая при этом его высокую прочность.
Известно использование в гидравлической закладке дробленного диабаза в качестве заполнителя (см. Закладочные работы в шахтах: Справочник / Под ред. Д.М.Бронникова, М.Н.Цыгалова - М.: Недра, 1989, с.259).
В заявляемой закладочной смеси молотый диабаз также использован в качестве заполнителя.
Однако наравне с известным техническим свойством в заявляемой смеси молотый диабаз проявляет новое техническое свойство, заключающееся в регулировании однородности закладочной смеси путем создания несущей мелкодисперсной среды из шламовых частиц (фракции менее 0,14 мм) диабаза, которая обеспечивает равномерное распределение по объему частиц цемента и шлака за счет их взвешенного состояния. Это повышает пластичность закладочной смеси, увеличивает ее подвижность, в результате чего исключается расслоение закладочной смеси при транспортировании, а также при твердении массива. Все это ведет к повышению прочности и трещиностойкости закладочного массива.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемая закладочная смесь явным образом не следует из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Заявляемую закладочную смесь готовят следующим образом. Предварительно в шаровой мельнице измельчают гранулированный доменный шлак и диабаз до крупности 40% класса - 0,074 мм, затем добавляют цемент марки М400, воду и измельченную солому, имеющую длину волокон 30-40 мм. Все указанные выше компоненты закладочной смеси берут в заявляемом количестве. Затем полученную смесь перемешивают до однородной консистенции, после чего закладочная смесь готова к использованию.
Для обоснования преимуществ заявляемой закладочной смеси по сравнению с прототипом, а также для обоснования количественного содержания компонентов в заявляемой смеси в лабораторных условиях было приготовлено и испытано шесть составов закладочной смеси: составы №1-3 взяты с заявляемым содержанием компонентов; состав №4 - с содержанием компонентов, выходящих за минимальное значение; состав №5 - с содержанием компонентов, выходящим за максимальное значение; состав №6 взят по прототипу. Составы закладочных смесей приведены в табл. 1.
| Таблица 1 | ||||||
| Составы | Содержание компонентов смеси, мас.% | |||||
| Цемент | Молотый гранулированный доменный шлак | Молотый диабаз | Песок | Измельченная солома | Вода | |
| №2 | 3,9 | 15,9 | 52,9 | - | 0,049 | 27,251 |
| №3 | 5,07 | 16,91 | 53,22 | - | 0,076 | 24,724 |
| №4 | 1,9 | 14,34 | 51,22 | - | 0,014 | 32,526 |
| №5 | 6,1 | 14,34 | 51,22 | - | 0,1 | 28,24 |
| №6 прототип | 2 | 18,36 | - | 61,22 | - | 18,42 |
Для испытаний готовили образцы размером 10×10×10 см. Образцы после затвердевания выдерживали под слоем влажных опилок. Испытания образцов №1-6 на механическую прочность осуществляли гидравлическим прессом через 28, 90 и 180 дней, в соответствии с ГОСТ 10180-85. Результаты испытаний приведены в табл.2.
| Таблица 2 | |||||
| Составы | Характеристика закладочной смеси | ||||
| Прочность образцов на сжатие (МПа) в возрасте, сут | Осадка конуса СтройЦНИЛа, см | Прочность образцов на разрыв (МПа) в возрасте, сут | |||
| 28 | 90 | 180 | 180 | ||
| №1 | 1,61 | 3,01 | 4,95 | 11,5 | 0,475 |
| №2 | 2,3 | 3,43 | 5,12 | 11,5 | 0,481 |
| №3 | 2,2 | 3,25 | 5,1 | 11,3 | 0,478 |
| №4 | 1,67 | 2,69 | 4,33 | 11,5 | 0,434 |
| №5 | 1,53 | 2,88 | 4,23 | 10,5 | 0,412 |
| №6 прототип | 1,67 | 2,93 | 4,55 | 10 | 0,432 |
Результаты испытаний, приведенные в табл.2, показали, что заявляемая закладочная смесь (составы №1-3) по сравнению с закладочной смесью (состав №6), взятой за прототип, имеет:
- повышение на 8,8-12,5% прочности на сжатие в возрасте 180 суток;
- повышение на 9,9-11,3% прочности на разрыв, что подтверждает высокую трещиностойкость закладочного массива;
- повышение на 13-15% подвижности смеси.
Использование закладочных смесей с содержанием компонентов, выходящих за заявляемые пределы, нецелесообразно из-за недостаточной прочности закладочного массива (состав №4, 5), а также низкой его трещиностойкости (состав №5).
Закладочная смесь, содержащая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит измельченную солому, а в качестве заполнителя - молотый диабаз при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Цемент | 2,9-5,07 |
| Молотый гранулированный доменный шлак | 15,21-16,91 |
| Молотый диабаз | 52,24-53,22 |
| Измельченная солома | 0,02-0,076 |
| Вода | Остальное |
