ЗАКЛАДОЧНАЯ СМЕСЬ Российский патент 2006 года по МПК E21F15/00 

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 известь2,85-3,8Молотый гранулированный шлак15,23-16,19Заполнитель52,38-57,14ВодаОстальное

(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 известь2,1-7,89Молотый гранулированный доменный шлак 10,52-21,05Заполнитель48,94-63,15Лигносульфонат технический0,02-0,15ВодаОстальное

(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 известь1,61-4,8Молотый гранулированный доменный шлак10,79-14,4Заполнитель60,85-62,14Лигносульфонат технический0,016-0,11Тринатрийфосфат0,124-0,35ВодаОстальное

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 1СоставыСодержание компонентов смеси, мас.%Негашеная известьМолотый гранулированный доменный шлакЗаполнительЛигносульфонат техническийТринатрий-фосфатВода№11,6110,7960,850,0160,12426,61№2312,8261,640,030,2122,3№34,814,4062,140,110,3518,2№41,1310,5960,310,0120,02827,93№55,7115,2362,230,120,4816,23№6 прототип4,814,4062,180,04-18,58

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 2СоставыХарактеристика закладочной смесиПрочность образцов на сжатие (МПа) в возрасте, сутОсадка конуса Строй-ЦНИЛа, смТемпература смеси (°С) после затворения, минПрочность образцов на разрыв (МПа) в возрасте, сут7142890180103090180№10,72,153,04,234,911,52022190,735№21,02,533,34,715,35122327240,850№31,22,713,415,125,5711,53137330,919№40,41,231,672,492,8511,51819180,485№51,22,543,534,685,23103555430,825№6 прототип0,41,752,153,864,3113250450,715

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).

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.

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 известь1,61-4,8Молотый гранулированный доменный шлак10,79-14,4Заполнитель60,85-62,14Лигносульфонат технический0,016-0,11Тринатрийфосфат0,124-0,35ВодаОстальное