Состав для упрочнения гидрозакладочного массива
COMPOSITION FOR HARDENING HYDRAULIC FILLING MASSIF

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к составам для упрочнения гидрозакладочного массива и может быть использовано при добыче минерального сырья, при отработке устойчивых руд камерными системами с гидрозакладкой выработанного пространства мелкодисперсным материалом без вяжущих.
В последние годы для улучшения экологической обстановки и сохранения земной поверхности в районах подземной добычи рудных полезных ископаемых широко применяются системы разработки с закладкой
выработанного пространства, где в качестве закладочного материала используются хвосты обогащения и отходы других производств. При наиболее экономичной гидравлической закладке хвостами обогащения с содержанием твердого 55% прочность осушенных массивов на одноосное сжатие достигает 0,14 МПа, а при увеличении плотности пульпы до 75% прочность их возрастает до 0,34 МПа. Однако величина нормативной прочности закладочных массивов гораздо больше, она регламентируется от 1,0-1,5 МПа, при высоте поверхности обнажения 10-20 м, до 4,0-4,5 МПа при высоте обнажения 70-80 м. Поэтому разработка эффективных методов упрочнения гидрозакладочных массивов, позволяющих отрабатывать междукамерные целики, является одной из приоритетных задач рационального недропользования и охраны окружающей среды. (Комаров Е.И., Фурсов Е.Г., Комаров К.Е. ОРГАНИЗАЦИЯ ЗАКЛАДОЧНЫХ РАБОТ С БУРОНАБИВНЫМИ СВАЯМИ-СТОЙКАМИ ПРИ ПОДЭТАЖНО-КАМЕРНОЙ СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ / Маркшейдерия и недропользование №3(71), май-июнь 2014 г., С . 67-70, стр. 67).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является состав для закрепления песчаного грунта (патент RU 2073775, опубликован 20.02.1997), который включает карбамидную смолу и 200-260% комплексного отвердителя от массы карбамидной смолы, содержащего сернокислый алюминий, сернокислое железо (III) и воду. Компоненты состава содержатся в следующем соотношении мас.%: карбамидная смола 27,7-35,6, сернокислый алюминий 0,65-0,70, сернокислое железо (III) 0,65-0,70, вода остальное.
Недостатками указанного состава являются: сложность состава комплексного отвердителя, многокомпонентность состава, а также невысокая прочность, которая составляет 2 МПа без предварительной обработки грунта и 3,8 МПа с обработкой грунта раствором сернокислого железа (III), возраст образцов при этом не указан. Также в описании отсутствует указание на временной промежуток гелеобразования.
Технической задачей предлагаемого технического решения является разработка малокомпонентного состава для упрочнения гидрозакладочного массива c высокой прочностью закрепленного мелкодисперсного грунта с указанием временного промежутка гелеобразования.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является увеличение прочности гидрозакладочного массива при упрощении состава отвердителя и уменьшении количества компонентов, определенность в диапазоне времени гелеобразования, так как диапазон времени гелеобразования соответствует наиболее оптимальным параметрам технологии нагнетания и радиусу распространения раствора вокруг инъектора, а прочность при сжатии  гарантирует надежное упрочнение гидрозакладочного массива, допускающее отработку междукамерных целиков.
3
3
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что предложен состав для упрочнения гидрозакладочного массива из  мелкодисперсных материалов без вяжущих, содержащий карбамидную смолу марки КФ-МТ-15 и отвердитель изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид при следующем соотношении компонентов мас.%: карбамидная смола плотностью 1,257 г/см – 83,3% и изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид плотностью 1,203 г/см –16,7%.
Отличительной особенностью, подтверждающей изобретательский уровень предлагаемого состава, является то, что в качестве отвердителя используется изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид. В качестве карбамидной смолы используется смола марки КФ-МТ-15. Предлагаемый состав ранее не использовался для упрочнения гидрозакладочного массива.
3
Применяемая в предлагаемом составе карбамидная смола марки КФ-МТ-15 соответствует ТУ 6-06-12-88, представляет собой однородную суспензию от белого до светло желтого цвета без механических включений с плотностью 1,257 г/см, с массовыми долями сухого остатка 66,5% и свободного формальдегида 0,13%.
3
Изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 6-10-124-91) представляет собой маслянистую жидкость плотностью 1,203 г/см, общее кислотное число мг КОН/г вещества 655%.
Состав для упрочнения гидрозакладочного массива содержит карбамидную смолу и изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбамидная смола 83,3% и изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид 16,7%. Время гелеобразования при инъецировании состава в гидрозакладочный массив составляет 50 минут при температуре 20°С и 63 минуты при  температуре 13°С, а предел прочности упрочненного составом массива при сжатии составляет 5,8 МПа, 6,8 МПа и 7,4 МПа в возрасте 30 суток, 60 суток и 90 суток соответственно.
Пример  реализации изобретения.
Для проверки работоспособности предлагаемого состава была изготовлена модель гидрозакладочного массива с влажностью 3% из мелкодисперсного гидрозакладочного материала на основе сгущенных отходов обогащения железистых кварцитов, химический состав которых приведен в таблице 1, из которой видно, что материал близок к  песчаному грунту по содержанию кремнезема.
Таблица 1
Химический состав отходов обогащения железистых кварцитов
3
3
Для получения предлагаемого состава для упрочнения гидрозакладочного массива к карбамидной смоле КФ-МТ-15 (ТУ 6-06-12-88) плотностью  1,257 г/см добавляют изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (ТУ 6-10-124-91)  плотностью 1,203 г/смпри следующем соотношении компонентов, мас.%: карбамидная смола 83,3% и изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид 16,7%.  Состав характеризуется тем, что его перемешивают до состояния однородной массы, после чего инъецируют в образцы гидрозакладочного массива при температуре 20°С или 13°С до гелеобразования состава в течение 50 минут и 63 минут соответственно.
По истечении 30 суток, 60 и 90 суток образцы упрочненного гидрозакладочного массива 70Х70Х70 мм были испытаны на прочность при сжатии на 7-тонном ручном гидравлическом прессе ПРГ-1-70. Предел прочности образцов при сжатии составил 5,8 МПа; 6,8 МПа; 7,4 МПа в возрасте 30 суток, 60 суток и 90 суток соответственно.
Результаты испытаний приведены в таблице 2, в которой предлагаемый состав реализован в примерах 1, а пример 2 демонстрирует характеристики состава для закрепления песчаного грунта по патенту RU 2073775, (опубл. 20.02.1997).
Таблица 2
Результаты испытаний образцов предлагаемого состава в сравнении с результатами испытаний аналога.
По результатам испытаний, приведенным в таблице 2, видно, что поставленная задача увеличения прочности гидрозакладочного массива при упрощении состава отвердителя и уменьшении количества компонентов, а также определенность в диапазоне времени гелеобразования достигается при использовании в составе для упрочнения гидрозакладочного массива, содержащего в качестве закрепителя карбамидную смолу марки КФ-МТ-15 и в качестве отвердителя изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид.