Закладочная смесь

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке ценных и средней ценности месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Позволяет повысить прочность и трещиностойкость закладочной смеси по всему объему закладочного массива. Смесь содержит негашеную известь, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель, лигносульфонат технический и воду, дополнительно содержит тринатрийфосфат при следующем содержании компонентов, мас.%: негашеная известь 1,61-4,8, молотый гранулированный доменный шлак 10,79-14,4, заполнитель 60,85-62,14, лигносульфонат технический 0,016-0,11, тринатрийфосфат 0,124-0,35, вода остальное. 2 табл.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке ценных и средней ценности месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.

Известна закладочная смесь, включающая негашеную известь, молотый гранулированный шлак, заполнитель и воду, взятые в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Негашеная известь	2,85-3,8
Молотый гранулированный шлак	15,23-16,19
Заполнитель	52,38-57,14
Вода	Остальное

(см. авт. св. СССР №173471, Е 21 F 15/00).

При достаточно высоких прочностных свойствах смесь имеет низкую трещиностойкость за счет высокого разогрева центра закладочного массива (40-70°С), что вызывает неравномерные объемные температурные напряжения во время твердения смеси, приводящие к появлению трещин.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является закладочная смесь, содержащая негашеную известь, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель, лигносульфонат технический и воду, взятые в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Негашеная известь	2,1-7,89
Молотый гранулированный доменный шлак	10,52-21,05
Заполнитель	48,94-63,15
Лигносульфонат технический	0,02-0,15
Вода	Остальное

(см. Калмыков В.Н., Белобородов И.С. Рекомендации по внедрению твердеющей бесцементной закладки на рудниках УГОКа. // Комбинированная геотехнология: развитие способов добычи и безопасность горных работ: материалы международной научно-технической конференции 2003 г., Сибай: МГТУ - БМСК - БГУ, с.109-111).

Недостатками данной смеси являются невысокая прочность и низкая трещиностойкость за счет высокой температуры, возникающей в центре возводимого закладочного массива, что вызывает неравномерные объемные температурные напряжения во время твердения смеси, приводящие к образованию трещин по периферии массива. Это происходит за счет того, что лигносульфонат технический, увеличивая адсорбцию продуктов гидратации, дополнительно замедляет скорость гашения извести, что в дальнейшем приводит к неравномерному разогреву массива от центра к периферии и увеличению трещин.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в одновременном повышении прочности и трещиностойкости закладочной смеси по всему объему закладочного массива.

Поставленная задача решается тем, что известная закладочная смесь, содержащая негашеную известь, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель, лигносульфонат технический и воду, согласно изобретению дополнительно содержит тринатрийфосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Негашеная известь	1,61-4,8
Молотый гранулированный доменный шлак	10,79-14,4
Заполнитель	60,85-62,14
Лигносульфонат технический	0,016-0,11
Тринатрийфосфат	0,124-0,35
Вода	Остальное

Тринатрийфосфат (Na₂PO₄) по ГОСТ 201-76*Е представляет собой серый криссталический порошок, не обладающий гигроскопичностью, он хорошо растворим в воде, подогретой до температуры 30-40°С (см. Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий (к СНиП 3.09-01-85). // НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1988, с.31).

Известно применение тринатрийфосфата в качестве ускорителя твердения цемента (см. Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий (к СНиП 3.09.01-85). // НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1988, с.5).

В заявляемой закладочной смеси тринатрийфосфат проявляет вышеуказанное техническое свойство. Однако наравне с известным свойством тринатрийфосфат в заявляемой закладочной смеси проявляет комплекс новых технических свойств, заключающихся: во-первых, в гашении растворимости негашеной извести, что способствует снижению температуры разогрева смеси по всему объему закладочного массива, это приводит к равномерному распределению объемных деформаций в закладочном массиве при наборе прочности; во-вторых, тринатрийфосфат при гидратации с молотым гранулированным доменным шлаком способствует значительному увеличению содержания эттрингита в закладочной смеси, что не только активизирует компоненты смеси, но и ускоряет сроки твердения последней; в-третьих, тринатрийфосфат в заявляемой закладочной смеси уменьшает адсорбцию лигносульфоната технического на продукты гидратации, что способствует увеличению прочности межчастичных контактов, что также повышает прочность и трещиностойкость массива. За счет образования кристаллов имеющих игольчатую морфологию дополнительно повышается армирование массива, в результате чего увеличивается прочность и трещиностойкость последнего.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемая закладочная смесь явным образом не следует из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявляемую закладочную смесь готовят следующим образом. Предварительно в шаровой мельнице совместно измельчают до крупности 40-70% класса - 0,074 мм негашеную известь, гранулированный доменный шлак и заполнитель с добавкой тринатрийфосфата. В заявляемой закладочной смеси в качестве заполнителя может быть использован любой молотый минеральный материал, например молотый диабаз. Затем в полученную смесь добавляют лигносульфонат технический, предварительно растворенный в воде. Все указанные выше компоненты закладочной смеси берут в заявляемом количестве. Полученную смесь перемешивают до однородной консистенции, после чего закладочная смесь готова к использованию.

Для обоснования преимуществ заявляемой закладочной смеси по сравнению с прототипом, а также для обоснования количественного содержания ингредиентов в заявляемой смеси в лабораторных условиях было приготовлено и испытано шесть составов закладочной смеси: составы №1-3 взяты с заявляемым содержанием ингредиентов; состав №4 - с содержанием компонентов, выходящих за минимальное значение; состав №5 - с содержанием ингредиентов, выходящим за максимальное значение; состав №6 взят по прототипу. Составы закладочных смесей приведены в табл.1.

В качестве заполнителя был использован молотый диабаз крупности 0-5 мм с содержанием класса - 0,074 мм 40%.

Таблица 1
Составы	Содержание компонентов смеси, мас.%
Негашеная известь	Молотый гранулированный доменный шлак	Заполнитель	Лигносульфонат технический	Тринатрий-фосфат	Вода
№1	1,61	10,79	60,85	0,016	0,124	26,61
№2	3	12,82	61,64	0,03	0,21	22,3
№3	4,8	14,40	62,14	0,11	0,35	18,2
№4	1,13	10,59	60,31	0,012	0,028	27,93
№5	5,71	15,23	62,23	0,12	0,48	16,23
№6 прототип	4,8	14,40	62,18	0,04	-	18,58

Для испытаний готовили образцы размером 10×10×10 см. Температура смеси измерялась при помощи стандартного термометра. Образцы после затвердевания выдерживали под слоем влажных опилок. Испытания образцов №1-6 на механическую прочность осуществляли гидравлическим прессом через 7, 14, 28, 90 и 180 дней, в соответствии с ГОСТ 310.4-81. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Таблица 2
Составы	Характеристика закладочной смеси
	Прочность образцов на сжатие (МПа) в возрасте, сут	Осадка конуса Строй-ЦНИЛа, см	Температура смеси (°С) после затворения, мин	Прочность образцов на разрыв (МПа) в возрасте, сут
7	14	28	90	180	10	30	90	180
№1	0,7	2,15	3,0	4,23	4,9	11,5	20	22	19	0,735
№2	1,0	2,53	3,3	4,71	5,35	12	23	27	24	0,850
№3	1,2	2,71	3,41	5,12	5,57	11,5	31	37	33	0,919
№4	0,4	1,23	1,67	2,49	2,85	11,5	18	19	18	0,485
№5	1,2	2,54	3,53	4,68	5,23	10	35	55	43	0,825
№6 прототип	0,4	1,75	2,15	3,86	4,3	11	32	50	45	0,715

Результаты испытаний, приведенные в табл.2, показали, что заявляемая закладочная смесь (составы №1-3) по сравнению с закладочной смесью (состав №6), взятой за прототип, имеет:

- повышение на 12,2-22,8% прочности на сжатие;

- повышение на 2,72-22,19% прочности на разрыв, что подтверждает высокую трещиностойкость закладочного массива.

Кроме того, у заявляемой закладочной смеси подвижность выше на 4,34-8,33%, чем смеси, взятой за прототип, что приводит к нерасслаиваемости компонентов при транспортировке по трубопроводу и увеличению качества закладочного массива.

Использование закладочных смесей с содержанием компонентов, выходящих за заявляемые пределы, нецелесообразно из-за низкой прочности и трещиностойкости закладочного массива (состав №4), а также за счет высокой температуры и не высокой подвижности смеси (состав №5).

Закладочная смесь, содержащая негашеную известь, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель, лигносульфонат технический и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит тринатрийфосфат при следующем содержании компонентов, мас.%:

Негашеная известь	1,61-4,8
Молотый гранулированный доменный шлак	10,79-14,4
Заполнитель	60,85-62,14
Лигносульфонат технический	0,016-0,11
Тринатрийфосфат	0,124-0,35
Вода	Остальное