СОСТАВ ЗАКЛАДОЧНОЙ СМЕСИ
COMPOSITION OF FILLING MASS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.
2
2
Известна закладочная смесь, включающая портландцемент, заполнитель и воду, которая содержит в качестве заполнителя отход мокрой магнитной сепарации с удельной поверхностью 80 м/кг, портландцемент М 400, измельченный в дезинтеграторе совместно с отходом мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов (ММС), до получения композиционного вяжущего с удельной поверхностью 500 м/кг при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент М 400 5-10, отход мокрой магнитной сепарации 17-22, указанный заполнитель 68-71, вода - остальное, в следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 1,4-2; молотый гранулированный доменный шлак - 18,8-19,9; заполнитель-62,8-63; вода - остальное [1].
2
Недостатками данной смеси являются большие энергетические затраты на приготовление вяжущего с удельной поверхностью 500 м/кг, очень маленькая подвижность (максимальное содержание воды в смеси 5%, смесь с таким содержанием воды не дает осадки конуса), исключающая ее транспортирование по трубам и растекание в заполняемой камере, и ограничение утилизации лежалых отходов обогащения мокрой магнитной сепарации и конвертерного шлама (отхода сталелитейного производства). Данная смесь может доставляться в камеру только ковшевыми погрузчиками или самосвалами и укладываться вручную, что приведет к усложнению технологической схемы, удорожанию работ и снижению безопасности. К недостаткам относится полное отсутствие данных о прочности массива и технологических характеристиках закладочной смеси.
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 природного заполнителя и ограничение утилизации лежалых отходов обогащения мокрой магнитной сепарации и конвертерного шлама (отхода сталелитейного производства).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав закладочной смеси, включающий портландцемент, заполнитель - песок и воду в следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 9,46; заполнитель - песок - 71,83; вода - остальное (18,71) [3].
Недостатками данного состава являются - недостаточная подвижность (10 см осадки конуса), использование природных заполнителей и ограничение утилизации лежалых отходов обогащения мокрой магнитной сепарации и конвертерного шлама (отхода сталелитейного производства).
Задачей предлагаемого изобретения является исключение природных заполнителей, повышение подвижности закладочной смеси и увеличение объемов утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона.
Для решения поставленной задачи предложен состав закладочной смеси, включающий портландцемент, заполнитель и воду, причем дополнительно содержит поверхностно-активную добавку суперпластификатора СП-1, а в качестве заполнителя используют лежалые отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и конвертерный шлам при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент - 8,0; указанный шлам - 12,70; указанные отходы - 56,64; суперпластификатор СП-1 - 0,08; вода - остальное.
Технический результат - охрана окружающей среды, получение закладочного материала, связывающего в своей структуре загрязняющие вещества, исключение их миграции в окружающую среду, повышение подвижности закладочной смеси.
Согласно официальным сайтам: http://www.ktprom.ru/plast.htm, www.yarhim.ru/news/2006/10/news15/?print=page, http://www.polyplast-un.ru/rus/sp-1/-суперпластификатор СП-1 представляет собой органическое синтетическое вещество на основе продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида со специфическим соотношением фракций с различной средней молекулярной массой - полинафталинметиленсульфонат или метиленбис (нафталинсульфонат) натрия. По классификации ГОСТ 24211 относится к пластифицирующе-водоредуцирующему виду - суперпластификаторам. Химический состав: метиленбис (нафталинсульфонат) натрия или полинафталинметиленсульфонат. Суперпластификатор СП-1 выпускается по ТУ 5870-005-58042865-05 и предназначен (используют):
- для резкого повышения удобоукладываемости и формуемости бетонных смесей без снижения прочности и показателей долговечности бетона (при неизменном водоцементном отношении);
- для существенного повышения физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетона (при сокращении расхода воды и неизменной удобоукладываемости);
- для повышения удобоукладываемости бетонных смесей и повышения физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетонов (при одновременном снижении водоцементного отношения и повышении удобоукладываемости);
- для сокращения расхода цемента без снижения удобоукладываемости бетонной смеси, физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетона (при снижении водосодержания бетонной смеси).
Определение «лежалые» отходы обогащения употребляется в заявочных материалах для характеристики отходов, лежалых в течение определенного времени в законсервированном хвостохранилище [4, 5].
Пример.
Портландцемент М400 смешали с лежалыми отходами обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, отобранными из хвостохранилища, со средним размером частиц 75,76 мкм и конвертерным шламом со средним размером частиц 2,8 мкм 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±2°C 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 90-180 суток, после чего определили механическую прочность с использованием электронной испытательной машины Инстрон 5882. Получены следующие результаты: осадка конуса «СтройЦНИЛа» - 12,5 см, механическая прочность - 3,5 МПа в возрасте 90 суток и 5,5 МПа в возрасте 180 суток при содержании портландцемента 8,0%. Данная прочность позволяет исключение миграции загрязняющих веществ в окружающую среду. В составе не используются природные заполнители. Количество утилизируемых техногенных отходов составляет 89,56% в пересчете на сухое вещество.
В прототипе при содержании портландцемента 9,46% осадка конуса «СтройЦНИЛа» - 10,0 см используется природный заполнитель и не утилизуются техногенные отходы. Механическая прочность - 2,63 МПа в возрасте 28 суток В табл.1 приведен химический состав конвертерного шлама, а в табл.2 - исходный валовый состав смесей и результаты испытаний их подвижности.
Таблица 1
Химический состав конвертерного шлама, % (мас.)
Оксиды
СаО
SiO<sub>2</sub>
PbO
MgO
ZnO
SO<sub>3</sub>
прочие
FeO, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>,
Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>
80,0
10,78
1,27
0,092
0,59
4,50
0,028
2,74
Из табл.2 следует, что поставленная задача увеличения подвижности закладочной смеси по прототипу (10 см) и получение закладочного материала, связывающего в своей структуре загрязняющие вещества, достигается при использовании суперпластификатора СП-1, и лежалых отходов обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и конвертерного шлама в качестве заполнителя.
Использование предложенного технического решения полностью исключает потребление для закладочных работ природных заполнителей, снижает количество дорогостоящего цемента, увеличивает объемы утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона.
Источники информации
1. Патент РФ №2422640, опубликован 27.06.2011 г.
2. Патент РФ №2270921, опубликован 27.02.2006 г.
3. А.Л Требуков. Применение твердеющей закладки при подземной добыче руд. - М.: Недра, 1981, с.18.
4. Илимбетов А.Ф., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н., Милкин Д.А. Новые решения проблемы комплексного освоения рудных месторождений // Вестник МГТУ им.Г.И. Носова. - Магнитогорск: ИЦ МГТУ, 2006. - №4. - Стр. 9.
5. http://motep.studplus.ru/theory.php