Состав закладочной смеси

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Технический результат - повышение прочности закладочной смеси, однородности, технологичности, удобоукладываемости без потери прочностных показателей, а также замена дорогостоящих природных заполнителей искусственными из техногенных отходов горнометаллургического производства с целью улучшения экологической обстановки в регионе и освобождения земель, занимаемых техногенными отходами. Состав закладочной смеси для заполнения горных выработок при подземной разработке месторождений полезных ископаемых включает цемент, молотый гранулированный шлак, воду. В качестве цемента в указанном составе используют цемент М300Д20, в качестве заполнителя - техническую серу, модифицированную йодом, и золу ТЭЦ, предварительно сплавленные друг с другом и размолотые в шаровой мельнице при следующем соотношении, мас.% цемент М300Д20 4,2-7,0, сера 19,4-29,26, зола ТЭЦ 10,1-15,24, гранулированный шлак 26,7-39,6, йод 0,0038-0,0058, вода остальное. 1 табл.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.

Известен состав закладочной смеси, включающий цемент, отходы дробления известняка и «хвосты» обогащения в качестве инертного заполнителя крупностью 2 мм, молотый доменный гранулированный шлак и воду. При этом прочность закладочной смеси в возрасте 180 дней составляет 1,5-2,16 МПа [1].

Недостатком известного состава является низкая прочность закладочной смеси.

Наиболее близким техническим решением является закладочная смесь, содержащая цемент, молотый доменный гранулированный шлак, инертный заполнитель и воду, где в качестве инертного заполнителя используют аморфные осадки нейтрализации серной кислоты известняком, предварительно обработанные водным раствором гидроксосульфата железа (III) Fe(OH)SO₄ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цемент марки М400 - 4,0-6,8;

молотый доменный гранулированный шлак - 9,7-16,5;

аморфные осадки нейтрализации серной кислоты известняком - 31,7-40,8;

гидроксосульфат железа (III) - 1,2-2,0;

вода - остальное [2].

Данная смесь позволяет утилизировать отходы производства, снизить стоимость закладочного массива, однако недостатки ее заключаются в том, что она имеет низкую прочность (4 МПа) при достаточно высоком расходе цемента.

В основу изобретения положена задача экономии природных заполнителей за счет использования в закладочной смеси вместо природных заполнителей серозольного щебня, искусственно полученного из техногенных отходов, повышения прочностных показателей смеси и улучшения ее технологических свойств за счет увеличения однородности, уменьшения расслаиваемости при транспортировке, а также улучшения экологической среды региона.

Технический эффект достигается тем, что раствор на молотом серозольном щебне, имея высокую удельную поверхность, обеспечивает однородность, технологичность, а также повышает удобоукладываемость закладочной смеси без потери прочностных показателей и исключает использование дорогостоящих природных компонентов.

Заявляемый состав закладочной смеси, содержащий цемент, молотый гранулированный шлак и воду, согласно изобретению в качестве заполнителя содержит молотый искусственный серозольный щебень при следующем содержании компонентов, мас.%:

цемент М300Д20	4,2-6,8
сера	29,26-19,6
зола ТЭЦ	15,24-10,1
гранулированный шлак	26,7-39,6
Йод	0,0058-0,0038
вода	остальное.

Для приготовления заявляемой смеси применяются:

- цемент М300Д20;

- гранулированный шлак Никелевого завода, химический состав которого в массовых процентах: SiO₂ - 33,67; Al₂О₃ - 4,00; Fe₂О₃ - 56,6; CaO - 2,4; MgO - 0,5; SO₃ - 2,8;

- сера техническая, соответствующая ГОСТ 127-93.1;

- зола ТЭЦ, химический состав которой в массовых процентах: SiO₂ - 43-46; Al₂О₃ - 17-18; Fe₂О₃ - 7,3-8,5; CaO - 2-2,85; MgO - 1,8-3,5; SO₃ - 0,6-1,5; удельная поверхность - 3000-3200 см²/г, удельная плотность - 2,28 г/см³, кажущаяся плотность в сухом состоянии - 0,8-0,85 г/см³;

- йод технический, ГОСТ 545-76Е;

- вода.

Способ изготовления закладочной смеси заключается в следующем. В расплав серы при температуре 140°С добавляют йод в качестве модифицирующей добавки и золу ТЭЦ в массовом соотношении 1,92:1, тщательно перемешивают и охлаждают, при этом получается серозольный щебень, который размалывают в шаровой мельнице. Затем измельчают в шаровой мельнице шлаковый песок до крупности 80% класса - 0,074 мм. Все компоненты в сухом виде тщательно перемешивают с цементом, и полученную смесь затворяют водой. Растекаемость полученной смеси для всех составов доводили до осадки конуса 15 см. Готовую смесь заливают в форму для образцов-кубов со стороной 7,07 см. Хранение воздушно-влажное. Прочность определяли в возрасте 3, 7, 28, 90 и 180 суток.

№ опыта	Компоненты, мас.%	Механическая прочность образцов на сжатие в возрасте 180 суток, МПа
	Цемент М300Д20	Сера	Зола ТЭЦ	Гранулированный шлак	Йод	Вода
1	3,5	31,63	16,47	24,2	0,0063	24,1937	2,1
2	3,8	30,64	15,96	25,3	0,0061	24,2939	2,9
3	4,2	29,26	15,24	26,7	0,0058	24,5942	3,3
4	5,8	27,16	14,14	28,6	0,0054	24,2946	4,6
5	6,6	23,15	12,05	34,2	0,0046	23,9954	5,8
6	6,8	19,60	10,10	39,6	0,0038	22,8962	6,9
7	7,6	18,80	9,80	40,1	0,0037	23,6963	7,8
Прототип							4,35

Оптимальными считаем составы №3-6. Составы №1-2 имеют недостаточную прочность. Состав №7 имеет повышенную прочность по сравнению с нормируемой, поэтому экономически нецелесообразно содержание цемента увеличивать более 7%.

В результате использования в закладочной смеси вместо природных заполнителей искусственно полученного из техногенных отходов серозольного щебня достигли повышения прочностных показателей смеси и улучшения ее технологических свойств, в частности транспортабельности и удобоукладываемости за счет повышения однородности, а также значительного увеличения объемов утилизируемых техногенных отходов и существенного улучшения экологической среды региона. Кроме того, нами используется цемент более низкой марки (М 300) с добавками, что снижает себестоимость вяжущего и в целом себестоимость закладочной смеси без потери нормируемой прочности.

Источники информации

1. Д.М.Бронников и др. Закладочные работы в шахтах. - М.: Недра, 1989, с.111.

2. Авторское свидетельство №2186989, МПК⁷ Е21F 15/00.

Состав закладочной смеси для заполнения горных выработок при подземной разработке месторождений полезных ископаемых, включающий цемент, молотый гранулированный шлак, воду, отличающийся тем, что в качестве цемента используют цемент М300Д20, в качестве заполнителя - техническую серу, модифицированную йодом, и золу ТЭЦ, предварительно сплавленные друг с другом и размолотые в шаровой мельнице при следующем соотношении, мас.%:

цемент М300Д20	4,2-7,0
сера	19,4-29,26
зола ТЭЦ	10,1-15,24
гранулированный шлак	26,7-39,6
йод	0,0038-0,0058
вода	остальное