ЗАКЛАДОЧНАЯ СМЕСЬ
STOWING MIX

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.
3
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/см [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%
2
3
%СаО+%АlО+MgO
2
2
%SiО+%TiО
при содержании окиси магния более 10%:
2
3
%СаО+%АlO+10
2
2
%SiО+%TiО+%(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, %
SiО<sub>2</sub>,%
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>,%
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.