СОСТАВ ЗАКЛАДОЧНОЙ СМЕСИ
COMPOSITION OF STOWAGE MIXTURE

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 в следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 2; молотый гранулированный доменный шлак - 18,4; заполнитель - 61,38; вода-остальное [1].
Недостатками данной смеси являются низкая пластичность за счет недостаточного содержания мелкой фракции, а также низкая прочность 3,0 МПа в 90 суток возводимого массива за счет использования заполнителя с пределом прочности ниже нормативной прочности закладки.
4
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав закладочной смеси, включающий цемент, молотый доменный гранулированный шлак, инертный заполнитель и воду. В качестве инертного заполнителя данный состав содержит аморфные осадки нейтрализации серной кислоты известняком, предварительно обработанные водным раствором сульфата железа (III) Fe(OH)SO, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 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].
Недостатками данного состава являются: использование в качестве вяжущего дефицитного материала - цемента и шлака с более высоким коэффициентом качества 1,51 (табл.1); многокомпонентность состава, усложняющая приготовление его в промышленном применении, так как потребует привлечения дополнительных линий и операций для добавления каждого компонента; большой расход воды, требующий привлечения дополнительных средств и оборудования для дренажных операций.
Задачами предлагаемого изобретения являются: исключение дорогостоящего цемента и применение шлака более низкого сорта при повышении прочности;
сокращение количества воды при сохранении растекаемости закладочной смеси;
сокращение компонентов смеси и увеличение объемов утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона.
Поставленная задача решается предлагаемым составом закладочной смеси, который включает молотый гранулированный доменный шлак, вяжущее, инертный заполнитель и воду, причем дополнительно содержит поверхностно-активную добавку суперпластификатора СП-1, а в качестве инертного заполнителя используют отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, содержащие фракции менее 0,071 мм не менее 90%, кроме того в качестве вяжущего используют доменный молотый гранулированный кислый шлак, содержащий не менее 90% фракций менее 0,071 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
доменный молотый гранулированный кислый шлак - 22;
отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов - 54,5;
суперпластификатор СП-1 - 0,4 от содержания шлака;
вода - остальное.
Пример. Гранулированный доменный шлак измельчили в шаровой мельнице до крупности при соотношении не менее 90% класса менее 0,071, смешали с отходами обогащения, содержащими не менее 90% фракции менее 0,071 мм, и затворили водой, в которую предварительно добавляют суперпластификатор СП-1. Окончательную смесь перемешали до однородной консистенции. Из полученной смеси приготовили образцы размером 70×70×70 мм, которые 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 поместили в климатическую камеру для дальнейшего твердения в течение 90 суток, после чего определили механическую прочность с использованием гидравлического пресса. Получены следующие результаты: растекаемость закладочной смеси - 165 мм, осадка конуса «СтройЦНИЛа» - 15 см, механическая прочность - 7,0 МПа в возрасте 90 суток при содержании воды 23,4%. Аналогично готовили и испытывали различные составы закладочных смесей.
Таблица 1
Химический состав доменного шлака
Коэффициент качества К
CaO, %
SiO<sub>2</sub>, %
Al<sub>2</sub>О<sub>3</sub>, %
MgO, %
MnO, %
Прочие, %
Прототип
1,51
28,9
36,5
17,6
10,9
0,7
5,40
Заявляемый
1,23
40,4
42,7
5,4
6,7
0,026
4,78
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.
Суперпластификатор СП-1 на основе продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида (полинафталинметиленсульфонат или метиленбис(нафталинсульфонат) натрия) выпускается по ТУ 5870-005-58042865-05.
Гидравлические свойства доменного шлака оценивают по ГОСТ 3476-74 коэффициента качества К, который определяют по формулам:
при содержании окиси магния до 10%
при содержании окиси магния более 10%:
Для 1 сорта K=1,65, 2 сорта К=1,45, 3 сорта - 1,2.
Из табл.2 следует, что поставленная задача увеличения механической прочности закладочных смесей по прототипу (4,35 МПа), сокращения объема воды при сохранении консистенции смеси, пригодной для транспортирования, достигается при добавлении пластификатора СП-1 и при условии содержания фракции менее 0,071 мм, % в отходах обогащения и молотом доменном гранулированном шлаке не менее 90%.
Использование предложенного технического решения полностью исключает потребление для закладочных работ дорогостоящего цемента, а также позволяет обеспечить высокие технологические свойства закладочных смесей - растекаемость и нормативную прочность при сокращении объема воды, замене шлака на более низкосортный, сократить количество компонентов смеси и увеличить объемы утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона.
Источники информации
1. Л.К.Вахрушев, Е.М.Денисов, К.Ю.Репп. Применение отвальных доменных шлаков для приготовления вяжущей закладочной смеси. Горный журнал, 1979, №1, с.39.
2. Патент РФ №2186989, опубликован 10.08.2002 г.