Состав модифицированного закладочного материала
COMPOSITION OF THE MODIFIED FILLING MATERIAL

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.
Известен состав закладочной смеси, включающий цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель - молотый диабаз, измельченную солому и воду в следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 2,90-5,07; молотый гранулированный доменный шлак 15,21-16,91; заполнитель 52,24-53,22; вода - остальное (Патент РФ №2270921, E21F15/00, опубл. 27.02.2006).
Недостатками известного состава закладочной смеси являются относительно низкая прочность закладочного массива (2,3 МПа в возрасте 28 суток), а также длительный срок твердения и набора прочности (5,1 МПа в возрасте 180 суток).
Известен состав закладочной смеси, включающий компоненты при следующем соотношении, мас.%: молотый гранулированный отвальный фьюминговый шлак оловопроизводства 10,20-12,70; гидроксид натрия 1,10-1,35; горелые породы 72,91-75,01; вода остальное (Патент РФ №2563902, E21F15/00, C04B18/14, опубл. 27.09.2015).
Недостаток данного состава закладочной смеси - низкая прочность 5,75-6,90 МПа в возрасте 90 суток.
Также известен состав закладочной смеси, включающий при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 5-7; цеолит фракций <0,14 мм 2,75-3,60; известняк фракций <0,14 мм 1,25-1,80; зола-унос 3,75-4,80; вода 16,75-17,5; песчано-гравийный заполнитель - остальное (Авторское свидетельство SU1686190, E21F15/00, опубл. 23.10.1991).
Недостатком данной закладочной смеси также является низкая прочность (предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток 4,8-8,1 МПа).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является состав закладочной смеси, содержащий цемент, молотый гранулированный шлак, воду и молотый искусственный серозольный заполнитель - техническую серу (модифицированную йодом) и золу ТЭЦ, предварительно сплавленные друг с другом и размолотые в шаровой мельнице. Содержание компонентов, мас.%: цемент М300Д20 4,2-6,8; сера 29,26-19,6; зола ТЭЦ 15,24-10,1; гранулированный шлак 26,7-39,6; йод 0,0058-0,0038; вода остальное (Патент РФ №2302531, E21F15/00, опубл. 10.07.2007).
Недостатками этого состава закладочной смеси являются низкая прочность образцов на сжатие 2,1-7,8 МПа в возрасте 180 суток, а также многостадиальность технологического процесса приготовления закладочного материала, предполагающего для получения серозольного заполнителя сплавление инертных материалов, охлаждение, размол в шаровой мельнице и совместное перемешивание полученного заполнителя с предварительно измельченным шлаком и цементом.
Технической задачей предлагаемого решения является создание модифицированного закладочного материала без использования цемента, обладающего высокой прочностью на сжатие (не менее 10 МПа) в короткие сроки твердения (в 1-ые сутки), оптимальными технологическими характеристиками (растекаемость на вискозиметре Суттарда 160-180 мм, напряжение сдвига 30-130 Па) и позволяющего снизить расход добываемого природного инертного заполнителя - песчано-гравийной смеси за счет частичного ее замещения на хвосты гидрометаллургического производства.
Для решения поставленной задачи предложен состав модифицированного закладочного материала, включающий твердую фазу хвостовой пульпы гидрометаллургической переработки руд крупностью -0,2 мм (фракция -0,074 мм 80±5% по массе), песчано-гравийную смесь с размером частиц -20 мм (фракция -10 мм 90±5% по массе) и серу техническую (ГОСТ 127). При следующем соотношении компонентов состава, мас.%: твердая фаза хвостовой пульпы гидрометаллургической переработки руд 50,0-61,5; песчано-гравийная смесь 8,1-10,6; сера техническая 30,4-39,4.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении прочности закладочной смеси без применения цемента, сокращении сроков твердения и увеличении несущей способности искусственного массива. Ценное преимущество - полное отсутствие водоотделения при возведении искусственного массива. Даная особенность значима в условиях формирования закладки в контакте с галогенными породами и разупрочняющимся при увлажнении горным массивом.
Технический результат достигается тем, что в качестве вяжущего компонента закладочного материала используется сера техническая, при нагревании состава до температуры 120-140°С происходит сплавление компонентов смеси, кристаллизация и переход в гомогенную структуру, характеризуемую при отверждении высокой прочностью.
Пример. Образцы модифицированного закладочного материала готовили в помещении с температурой воздуха 20±2°С следующим образом: серу техническую нагревали до температуры 128-136°С, при постоянном перемешивании до перехода в жидкое состояние, поддерживая температуру и не прекращая перемешивание, поочередно вводили в состав твердую фазу хвостовой пульпы гидрометаллургической переработки руд (после фильтрационно-декантационного обезвоживания и сушки) и песчано-гравийную смесь. После тщательного перемешивания в течение 1-2 минут всех составляющих до однородной пластичной массы, полученный материал выкладывали в формы куба (1ФК 100) и выдерживали до полного остывания при комнатной температуре в течение 3-х часов. После чего производили распалубку образцов и испытывали их на прочность при одноосном сжатии.
Полученные образцы модифицированного закладочного материала, изготовленные по предложенной рецептуре и описанной технологии, с различным процентным содержанием компонентов, а также их характеристики приведены в таблице.
№ состава
Компоненты и их содержание в составе закладочного материала, мас.%
Растекаемость (на вискозиметре Суттарда), мм
Напряжение сдвига, Па
Срок твердения, часов
*Средняя прочность на сжатие, МПа
Сера техническая
Гидрометаллургические хвосты
Песчано-гравийная смесь
1
30,4
61,5
8,1
162
94,4
3
15,1
2
32,2
59,0
8,8
164
86,2
16,8
3
34,0
57,5
8,5
168
80,8
18,1
4
35,8
55,0
9,2
168
74,8
19,9
5
37,6
52,5
9,9
170
69,3
17,4
6
39,4
50,0
10,6
172
56,2
15,0
Прототип
180 суток
2,1 – 7,8
* Примечание: в таблице указано значение прочности на одноосное сжатие, вычисленное как среднее арифметическое одной серии из трех образцов. Испытания на одноосное сжатие проводились на гидравлическом прессе типа П-50 (наибольшая предельная нагрузка 500 кН) в соответствии с ГОСТ 10180-2012.
Анализ полученных результатов показал, что, применение в качестве вяжущего компонента - серы технической, позволило повысить прочность закладочной смеси в короткие сроки твердения (до 3-х часов), исключить необходимость применения в составе цемента, снизить расход природного инертного заполнителя за счет частичной его замены на хвосты гидрометаллургического производства.