СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЗАКЛАДОЧНОЙ СМЕСИ Российский патент 1998 года по МПК E21F15/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений системами с твердеющей закладкой.

Известен способ изготовления строительных изделий, включающий разделение смеси на два потока. Первую часть потока, включающую песок, известь, затворяют водой в количестве, обеспечивающем полную гидратацию извести. После чего осуществляют совместное перемешивание потоков и добавляют воду до достижения формовочной влажности [1].

Недостатком известного технического решения является то, что полученная данным способом смесь не сможет саморазогреваться в горных выработках и, следовательно, не сможет твердеть (набирать прочность) в контакте с многолетнемерзлыми породами, так как CaO, обладающий интенсивным тепловыделением, полностью переведен в Ca(OH)₂, а входящего в состав смеси цемента явно недостаточно для саморазогрева и твердения массива. Кроме того, формовочная влажность получаемых смесей не обеспечивает ей транспортабельные свойства и растекаемость в выработанном пространстве, что исключает возможность использования известного способа для приготовления закладочных смесей.

Известен способ приготовления закладочной смеси, включающий формирование вяжущего путем дробления компонентов, в том числе карбонатных пород, помола компонентов, многократного усреднения состава шихты, обжига их при 1200 - 1300^oC, совместного помола обожженных и необожженных компонентов и перемешивание продуктов помола с остальными компонентами закладочной смеси [2].

Недостатком известного технического решения является сложная, энергоемкая, со значительными инвестициями в производство схема подготовки пород перед обжигом, а также низкие эксплуатационные свойства получаемого закладочного материала (водоотделение, усадка, низкая ранняя прочность).

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных свойств закладочной смеси при снижении стоимости. поставленная цель достигается тем, что в способе приготовления закладочной смеси, включающем формирование вяжущего путем дробления компонентов, в том числе карбонатных пород, обжига их, совместного помола обожженных и необожженных компонентов и перемешивание их с остальными компонентами закладочной смеси, после дробления обжигают карбонатные породы при 900 - 1150^oC, алюмосиликатные породы при 700 - 850^oC добавляют при измельчении сульфатсодержащие породы и орошают водой, обеспечивая теплоту гидратации смеси 60 - 150 кал/г.

Карбонатные породы могут быть представлены карбонатными породами вскрыши - отходом производства, складированным в отвал, - и характеризующимся следующим содержанием основных окислов, мас.%: CaO 30 - 55; MgO 1 - 22; SiO₂ 0,01 - 5; Al₂O₃ 0,05 - 1 и Fe₂O₃ 0,06 - 0,6. Необожженные карбонатные породы состоят из смеси углекислых магния и кальция.

При обжине карбонатных пород при температуре 900 - 1150^oC происходит декарбонизация CaCO₃ и MgCO₃ с образованием активных CaO и MgO, при температуре ниже 900^oС процесс декарбонизации не возникает, а при температуре выше 1150^oC возникает опасность пережога и перехода активного MgO в периклаз.

Алюмосиликатные породы могут быть представлены мергелистыми породами вскрыши. Химический состав мергелистых пород вскрыши (усредненные показатели), % мас. : SiO₂ 35,04; Al₂O₃ 9,71; Fe₂O₃ 4,71; CaO 17,71; MgO 4,14; SO₃ 9,65; K₂O 3,17; Na₂O 0,55 и п.п.п. 15,29.

При температуре 700 - 850^oC происходит дегидратация материала, удаление адсорбционной и гидратной воды. При этом кремнезем и глинозем переходят в активную форму и алюмосиликатные породы приобретают реакционную активность к CaO и MgO.

Сульфатосодержащие породы могут быть представлены отходами производства гипс-ангидритовыми породами вскрыши. Усредненный состав пород, % мас.: CaO 31,03; SO₃ 44,62; SiO₂ 2,55; Al₂O₃ 0,37 и п.п.п. 20, 53.

Опрыскивание вяжущего в процессе помола водой обеспечивает ему заданную теплоту гидратации. Количество воды определяется необходимой степенью подгашивания измельчаемого материала до теплоты гидратации 60 - 150 кал/г. Нижний предел обусловлен необходимостью обеспечения саморазогрева искусственного массива в контакте с многолетнемерзлыми породами. При теплоте гидратации более 150 кал/г в шахте создаются дискомфортные условия работы вследствие чрезмерного разогрева массива и воздуха в выработках.

Пластифицирующая добавка может быть представлена добавками ЛСТ-лигносульфонаты технические модифицированные (ОСТ 13-183-83) или суперпластификатором С-3 на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты с формальдегидом. Заполнителем может быть природный песок или дробленые породы вскрыши.

Количество компонентов закладки подобрано таким образом, чтобы после начала их перемешивания смесь в течение 35 - 40 мин легко транспортировалась по трубам в самотечном режиме без расслоения и водоотделения до горной выработки и, поступив в выработку по скважине, легко растекалась по выработке, обеспечивая полноту ее заполнения. После заполнения выработки смесь должна саморазогреться и затвердеть, обеспечив уже через трое суток возможность продвижения по полученному искусственному массиву горной техники.

Высокие транспортабельные свойства смеси и растекаемость в выработанном пространстве обеспечиваются пластифицирующей добавкой, обеспечивающей "смазку" частиц смеси, и обожженными алюмосиликатными породами, которые адсорбционно удерживают на своей поверхности значительное количество воды и также создают своеобразную "смазку" для всех составляющих закладки, уменьшая трение между ними и стенкой трубопровода.

Необходимая скорость разогрева смеси, позволяющая перенести процесс тепловыделения в горные выработки, обеспечивается наличием алюмосилиткатных сульфатсодержащих пород и пластификатора, значительно замедляющих реакцию гидратации CaO и MgO за счет образования на их поверхности пленок. При этом процесс тепловыделения увеличивается с 20 мин до 2 - 4 ч.

После заполнения выработки смесь, вследствие ее значительного объема (500 - 1500 м³, накапливает тепло от гидратации CaO и MgO и саморазогревается до 50 - 70^oC. Повышенная температура вызывает интенсивное структурообразование.

Частицы реакционно активных кремнезема и глинозема, содержащиеся в обожженных алюмосиликатных породах, взаимодействуют с Cao и MgO, а также с гидратами окисей Mg и Ca с образованием
3CaO•2SiO₂•H₂O и 3CaO•Al₂O₃•6H₂O;
3MgO•2SiO₂•H₂O и 3MgO•Al₂O₃•6H₂O.

Сульфатсодержащие породы активно реагируют с 3CaO•Al₂O₃•6H₂O, образуя в начальные сроки твердения необходимое количество эттрингита.

В условиях саморазогрева искусственный массив уже через 12 ч набирает 25% своей марочной прочности, а через 3 сут - 60% марочной прочности.

Пример. Карбонатные, алюмосиликатные и сульфатсодержащие породы поочередно дробят на щековой дробилке и фракционируют на грохоте.

Карбонатные породы фракции 100+40 мм направляются на обжиг в шахтную печь. Обжиг производят при 1100^oC. Обожженные карбонатные породы направляются в бункер перед мельницей.

Алюмосиликатные породы фракции 40+0 направляются на обжиг во вращающуюся печь. После обжига при 750^oC породы поступают в бункер перед мельницей.

Сульфатосодержащие породы после дробления до фракции 40+0 также поступают в бункер перед мельницей.

Совместный помол всех вышепоименованных компонентов осуществляется в шаровой мельнице.

В мельницу обожженные карбонатные породы, обоженные алюмосиликатные породы и сульфатсодержащие породы поступают в соотношении 40 : 55 : 5, соответственно. В процессе помола в мельницу с помощью форсунки впрыскивается вода, обеспечивая подгашивание измельчаемого материала до теплоты гидратации 60 - 150 кал/г.

Готовое сухое вяжущее поступает в бетоносмеситель, где перемешивается с песком, раствором пластифицирующей добавки и водой.

Из бетоносмесителя закладочная смесь по трубопроводу поступает в выработанное пространство.

Способ приготовления закладочной смеси. Сущность изобретения: дробят и обжигают карбонатные и алюмосиликатные породы. Измельчают обоженные и необожженные породы, добавляя сульфатсодержащие и орошая водой, обеспечивая теплоту гидротации 60-150 кал/г.

Способ приготовления закладочной смеси, включающий формирование вяжущего путем дробления компонентов, в том числе карбонатных пород, обжига их, совместного помола обожженных и необожженных компонентов и перемешивание продуктов помола с остальными компонентами закладочной смеси, отличающийся тем, что после дробления обжигают карбонатные породы при 900 1150^oС, алюмосиликатные породы при температуре 700 850^oС, добавляют при измельчении сульфатсодержащие породы и орошают водой, обеспечивая теплоту гидратации смеси 60 150 кал/г.