Состав модифицированного закладочного материала Российский патент 2023 года по МПК E21F15/00 

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.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Технический результат – повышение прочности и сокращение сроков твердения уменьшение расхода природного инертного заполнителя. Модифицированный закладочный материал содержит серу техническую и инертные заполнители – твердую фазу хвостовой пульпы гидрометаллургической переработки руд и песчано-гравийную смесь, при следующем соотношении компонентов, 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. 1 пр., 1 табл.

Модифицированный закладочный материал, включающий серу техническую и инертные заполнители – твердую фазу хвостовой пульпы гидрометаллургической переработки руд и песчано-гравийную смесь, отличающийся тем, что с целью повышения прочности, в качестве вяжущего компонента содержит серу техническую, при следующем соотношении компонентов, 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.