Закладочная смесь
Владельцы патента RU 2445464:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") (RU)
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Технический результат - снижение расхода вяжущих, повышение прочности массива в возрасте 28 суток, утилизация отходов, снижение загрязнения окружающей среды. Закладочная смесь, включающая молотый гранулированный доменный шлак, инертный заполнитель, воду и молотый известняк, содержит указанный кислый шлак III сорта, содержащий частицы менее 3 мкм не менее 13%, указанный известняк, содержащий частицы менее 3 мкм 45%, в качестве инертного заполнителя - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и дополнительно - суперпластификатор СП-1, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный шлак - 12; указанный заполнитель - 60; указанный известняк - 10; суперпластификатор СП-1 - 0,5 от содержания шлака; вода - остальное. 1 пр., 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-песок и воду в следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 1,4-2; молотый гранулированный доменный шлак - 18,8-19,9; заполнитель - 62,8-63; вода - остальное [1].
Недостатками данной смеси являются низкая прочность (4,5 МПа в возрасте 180 суток), использование цемента и природного заполнителя.
Известна закладочная смесь, включающая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель - молотый диабаз, измельченную солому и воду в следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 2,9-5,07; молотый гранулированный доменный шлак - 15,21-16,91; заполнитель - 52,24-53,22; вода - остальное [2].
Недостатками данной смеси также являются низкая прочность (5,12 МПа в возрасте 180 суток) и использование цемента.
Наиболее близким предлагаемому изобретению является состав закладочной смеси, включающий портландцемент, молотый доменный гранулированный шлак, инертный заполнитель, воду и молотый известняк, содержащий 80% класса крупности 0,074 мм (74 мкм). Инертный заполнитель содержит 8,8% пылевидных глинистых и илистых частиц, плотность 1,9 г/см3 [3].
Недостатками данного состава являются использование в качестве вяжущего дефицитного материала - цемента и шлака с высоким коэффициентом качества 2,1 (табл.1), невысокая прочность (2,8 МПа в возрасте 28 суток).
Задачей предлагаемого изобретения является исключение портландцемента и применение шлака более низкого сорта, повышение прочности закладочного массива и увеличение объемов утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона.
Для решения поставленной задачи предложена закладочная смесь, включающая молотый гранулированный доменный шлак, инертный заполнитель, воду и молотый известняк, причем содержит указанный кислый шлак III сорта, содержащий частицы менее 3 мкм не менее 13%, указанный известняк, содержащий частицы менее 3 мкм - 45%, в качестве инертного заполнителя - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и дополнительно - суперпластификатор СП-1, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный шлак - 12; указанный заполнитель - 60; указанный известняк - 10; суперпластификатор СП-1 - 0,5 от содержания шлака; вода - остальное.
Технический результат - снижение расхода вяжущих, повышение прочности массива не ниже нормативной (5 МПа) в возрасте 28 суток, утилизация отходов гидрометаллургического производства, некондиционного известняка и отходов обогащения железистых кварцитов, снижение загрязнения окружающей среды.
Пример.
Гранулированный доменный кислый шлак III сорта, измельченный до содержания частиц: менее 1 мкм - 4,3%; менее 3 мкм - 12,6%; менее 5 мкм - 17,2%, смешали с отходами обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, содержащими частицы: менее 1 мкм - 3,4%; менее 3 мкм - 12,6%; менее 5 мкм - 17,2%, и известняком, измельченным до содержания частиц менее 1 мкм - 13,92%; менее 3 мкм - 44,68%; менее 5 мкм - 56,85%, и затворили водой, в которую предварительно добавили суперпластификатор СП-1. Окончательную смесь перемешали до однородной консистенции. Из полученной смеси приготовили образцы размером 70×70×70 мм. Образцы выдержали в климатической камере в течение 2-3 суток до достижения распалубочной прочности образцов. В камере поддерживалась температура 20±20°С и относительная влажность 90-95%, т.е. условия, близкие к условиям твердения массива в шахте. После расформовки образцы вновь помещались в климатическую камеру для дальнейшего твердения в течение 28-90 суток, после чего определили механическую прочность с использованием гидравлического пресса. Получены следующие результаты: осадка конуса «СтройЦНИЛа» - 11,5 см, механическая прочность - 8,8 МПа в возрасте 28 суток и 13,4 МПа в возрасте 90 суток при содержании шлака - 12% и воды 17,94%.
В прототипе при содержании цемента 0,22%, шлака 20,54% и воды 22,37% механическая прочность - 2,8 МПа в возрасте 28 суток и 5,4 МПа в возрасте 60 суток, осадка конуса «СтройЦНИЛа» - 11,5 см.
В табл.1 приведен химический состав доменного гранулированного шлака, а в табл.2 - исходный валовый состав смесей и результаты испытаний механической прочности образцов, приготовленных из этих смесей.
Гидравлические свойства доменного шлака оценивают по ГОСТ 3476-74 коэффициента качества К, который определяют по формулам:
при содержании окиси магния до 10%
%СаО+%Аl2О3+MgO
%SiО2+%TiО2
при содержании окиси магния более 10%:
%СаО+%Аl2O3+10
%SiО2+%TiО2+%(MgO-10)
Для 1 сорта К=1,65, 2 сорта К=1,45, 3 сорта К=1,2.
| Таблица 1 | |||||||
| Химический состав доменного шлака | |||||||
| Коэффициент качества, К | CaO, % | SiО2,% | Аl2O3,% | MgO, % | MnO,% | Прочие, % | |
| Прототип | 2,1 | 37,4 | 31,0 | 24,0 | 4,1 | 0,4 | 3,1 |
| Заявляемый состав | 1,23 | 40,4 | 42,7 | 5,4 | 6,7 | 0,026 | 4,78 |
Из табл.2 следует, что поставленная задача увеличения механической прочности закладочных смесей по прототипу(2,8 МПа) не ниже нормативной в возрасте 28 суток при сохранении консистенции смеси, пригодной для транспортирования, достигается при добавлении пластификатора СП-1 при условии содержания частиц менее 1 мкм в молотом известняке не менее 13,9%.
Использование предложенного технического решения полностью исключает потребление для закладочных работ дорогостоящего цемента, а также позволяет обеспечить высокие технологические свойства закладочных смесей - подвижность и нормативную прочность в возрасте до 28 суток при сокращении объема воды, замену шлака на более низкосортный и увеличить объемы утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона.
1. А.Л.Требуков. Применение твердеющей закладки при подземной добыче руд. - М.: Недра, 1981, с.31.
2. Патент РФ №2270921, опубликован 27.02.2006 г.
3. А.с. №673560, опубликовано 30.08.1991 г.
Закладочная смесь, включающая молотый гранулированный доменный шлак, инертный заполнитель, воду и молотый известняк, отличающаяся тем, что содержит указанный кислый шлак III сорта, содержащий частицы менее 3 мкм не менее 13%, указанный известняк, содержащий частицы менее 3 мкм - 45%, в качестве инертного заполнителя - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и дополнительно - суперпластификатор СП-1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Указанный шлак | 12 |
| Указанный заполнитель | 60 |
| Указанный известняк | 10 |
| Суперпластификатор СП-1 | 0,5 от содержания шлака |
| Вода | Остальное |
