ЗАКЛАДОЧНАЯ СМЕСЬ Российский патент 2006 года по МПК E21F15/00 

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 и воду, взятые в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент2Молотый гранулированный доменный шлак18,4Заполнитель61,38ВодаОстальное

(см. Л.К.Вахрушев, Е.М.Денисов, К.Ю.Репп. Применение отвальных доменных шлаков для приготовления вяжущей закладочной смеси. Горный журнал, 1979, №1, с.39).

Недостатками известной смеси являются низкая пластичность за счет того, что содержание мелкой фракции класса - 0,14 мм менее 600 л/м³ приводит к расслоению смеси, а также низкая прочность (3,0 МПа в 90 суток) возводимого массива за счет использования заполнителя с пределом прочности ниже нормативной прочности закладки.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является закладочная смесь, включающая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель - песок и воду, взятые в следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент1,4-2Молотый гранулированный доменный шлак18,8-19,9Песок62,8-63ВодаОстальное

(см. А.Л.Требуков. Применение твердеющей закладки при подземной добыче руд. - М.: Недра, 1981, с.31).

Недостатками данной смеси являются невысокая прочность (4,5 МПа в 180 суток) и низкая трещиностойкость при возведении закладочного массива. Это происходит за счет повышенного содержания в смеси вяжущего и воды, что вызывает неравномерные объемные деформации во время твердения смеси, приводящие к появлению усадочных трещин.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении прочности и трещиностойкости закладочной смеси.

Поставленная задача решается тем, что известная закладочная смесь, включающая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель и воду, согласно изобретению дополнительно содержит измельченную солому, а в качестве заполнителя - молотый диабаз при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент2,9-5,07Молотый гранулированный доменный шлак15,21-16,91Молотый диабаз52,24-53,22Измельченная солома0,02-0,076ВодаОстальное

Известно при камерной системе разработки месторождений полезных ископаемых использование стеблей соломы в качестве демпфирующей прослойки, обеспечивающей стенкам ледяного целика упругую податливость относительно стенки закладываемой камеры (см. авт. св. СССР №815320, E 21 F 15/00).

В заявляемой закладочной смеси измельченная солома проявляет новое техническое свойство, заключающееся в обеспечении армирования волокнами соломы возводимого искусственного массива, что позволяет равномерно распределять объемные деформации в твердеющем массиве и тем самым предотвратить появление усадочных трещин. Наличие измельченной соломы в закладочном массиве также способствует ускорению дренажа избыточной воды из него.

Кроме того, волокна измельченной соломы, обладая высокой гидроскопичностью, быстро впитывают воду (в течение 0,3-0,5 мин), обеспечивая тем самым достаточно высокую подвижность и пластичность закладочной смеси, что исключает ее расслоение как при транспортировании, так и при твердении закладочного массива.

Таким образом, измельченная солома, обладая комплексом свойств, способствует повышению трещиностойкости возводимого искусственного массива, обеспечивая при этом его высокую прочность.

Известно использование в гидравлической закладке дробленного диабаза в качестве заполнителя (см. Закладочные работы в шахтах: Справочник / Под ред. Д.М.Бронникова, М.Н.Цыгалова - М.: Недра, 1989, с.259).

В заявляемой закладочной смеси молотый диабаз также использован в качестве заполнителя.

Однако наравне с известным техническим свойством в заявляемой смеси молотый диабаз проявляет новое техническое свойство, заключающееся в регулировании однородности закладочной смеси путем создания несущей мелкодисперсной среды из шламовых частиц (фракции менее 0,14 мм) диабаза, которая обеспечивает равномерное распределение по объему частиц цемента и шлака за счет их взвешенного состояния. Это повышает пластичность закладочной смеси, увеличивает ее подвижность, в результате чего исключается расслоение закладочной смеси при транспортировании, а также при твердении массива. Все это ведет к повышению прочности и трещиностойкости закладочного массива.

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 измельчают гранулированный доменный шлак и диабаз до крупности 40% класса - 0,074 мм, затем добавляют цемент марки М400, воду и измельченную солому, имеющую длину волокон 30-40 мм. Все указанные выше компоненты закладочной смеси берут в заявляемом количестве. Затем 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 компонентов в заявляемой смеси в лабораторных условиях было приготовлено и испытано шесть составов закладочной смеси: составы №1-3 взяты с заявляемым содержанием компонентов; состав №4 - с содержанием компонентов, выходящих за минимальное значение; состав №5 - с содержанием компонентов, выходящим за максимальное значение; состав №6 взят по прототипу. Составы закладочных смесей приведены в табл. 1.

Таблица 1СоставыСодержание компонентов смеси, мас.%ЦементМолотый гранулированный доменный шлакМолотый диабазПесокИзмельченная соломаВода№23,915,952,9-0,04927,251№35,0716,9153,22-0,07624,724№41,914,3451,22-0,01432,526№56,114,3451,22-0,128,24№6 прототип218,36-61,22-18,42

Для испытаний готовили образцы размером 10×10×10 см. Образцы после затвердевания выдерживали под слоем влажных опилок. Испытания образцов №1-6 на механическую прочность осуществляли гидравлическим прессом через 28, 90 и 180 дней, в соответствии с ГОСТ 10180-85. Результаты испытаний приведены в табл.2.

Таблица 2СоставыХарактеристика закладочной смесиПрочность образцов на сжатие (МПа) в возрасте, сутОсадка конуса СтройЦНИЛа, смПрочность образцов на разрыв (МПа) в возрасте, сут2890180180№11,613,014,9511,50,475№22,33,435,1211,50,481№32,23,255,111,30,478№41,672,694,3311,50,434№51,532,884,2310,50,412№6 прототип1,672,934,55100,432

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 8,8-12,5% прочности на сжатие в возрасте 180 суток;

- повышение на 9,9-11,3% прочности на разрыв, что подтверждает высокую трещиностойкость закладочного массива;

- повышение на 13-15% подвижности смеси.

Использование закладочных смесей с содержанием компонентов, выходящих за заявляемые пределы, нецелесообразно из-за недостаточной прочности закладочного массива (состав №4, 5), а также низкой его трещиностойкости (состав №5).

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Технический результат - одновременное повышение прочности и трещиностойкости. Закладочная смесь, содержащая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель и воду, дополнительно содержит измельченную солому, а в качестве заполнителя - молотый диабаз при следующем содержании компонентов, мас.%: цемент - 2,9-5,07, молотый гранулированный доменный шлак - 15,21-16,91, молотый диабаз - 52,24-53,22, измельченная солома - 0,02-0,076, вода - остальное. 2 табл.

Закладочная смесь, содержащая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит измельченную солому, а в качестве заполнителя - молотый диабаз при следующем содержании компонентов, мас.%:

Цемент2,9-5,07Молотый гранулированный доменный шлак15,21-16,91Молотый диабаз52,24-53,22Измельченная солома0,02-0,076ВодаОстальное