Закладочная смесь и способ ее приготовления Советский патент 1992 года по МПК E21F15/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при приготовлении твердеющих закладочных смесей, ис- пользуемых в технологии закладки выработанного пространства при подземной добыче руды.

Известен состав бесцементного вяжущего и способ приготовления закладочных смесей. Вяжущее включает, мас.%: никелевый гранулированный шлак 10-15, ангидрит 21,2-45, нефелиновый шлам 42,5-67,7. Способ приготовления включает совместный сухой помол всех компонентов смеси и последующее затворение их водой. Гидравлическая активность такого состава вяжущего проявляется после предварительного сухого помола компонентов до тонкости, характеризуемой удельной поверхностью

О

4300 см /г. Компоненты смеси характеризуются резкими различиями в размалывающей способности. Так, если принять размалывающую способность ангидрита за единицу, то для нефелинового шлама этот показатель будет равен двум, а для гранулированного шлака - 4,5-5. Поэтому при совместном помоле до указанной тонкости будет происходить переиэмельчение ангидрита с большим выходом частиц менее микрона, что вызывает повышенную водопотребность при затворении смеси. А это, в свою очередь, ухудшает технологические свойства смеси: снижаются темпы набора прочности и растут усадочные деформации.

Кроме того, одной из особенностей нефелинового шлама являются высокие его

XI VI 00

ю

Х| 00

о

гигроскопичность и влагоемкость, содержание влаги в нем может изменяться от 18- 20% (естественное состояние) до 40% при хранении с доступом атмосферного воздуха. Для обеспечения сухого помола нефелинового шлама требуется применение дополнительных операций по сушке, обезвоживанию и обособленному хранению шлама, что усложняеттехнологию приготовления закладочных смесей.

Известен состав бесцементной закладочной смеси и способ ее приготовления. Состав содержит: нефелиновый шлам 150- 180 кг/м3 (10,5-12,3% от массы сухих продуктов смеси), ангидрит 70-80 кг/м (4,9-5,5%), гранулированный шлак 300 кг/м3 (20,5-21%), инертный заполнитель до 900 кг/м3 (61,6-63,4%), вода 450 л/м3.

Компоненты подвергаются совместному мокрому помолу и смешиванию.

Недостатком состава закладочной смеси являются низкие темпы набора прочности, а также неустойчивость к рас слаиваемости смеси. При совместном мокром помоле ангидрита и нефелинового шлама получается продукт, проявляющий признаки быстрого схватывания, что приводит к необходимости частых остановок и промывок мельницы. Это усложняет технологию приготовления смеси.

Цель изобретения - упрощение технологии при сохранении прочности.

Закладочная смесь, включающая ангидрит, нефелиновый шлам, гранулированный шлак никелевого производства, инертный заполнитель - щебень из базальтовых пород и воду, содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас,%:

Ангидрит6,5-10,5

Нефелиновый шлам 10,5-19,5

Гранулированный

шлак никелевого

производства21,5-28,5

Инертный заполнитель щебень из базальтовых

пород26,0-33,0

ВодаОстальное

В способе приготовления, включающем мокрый помол и смешение компонентов смеси: ангидрита, нефелинового шлама, гранулированного шлака никелевого производства и щебня из базальтовых пород, перед помолом компоненты разделяют на две группы: ангидрит - базальтовый щебень и нефелиновый шлам - гранулированный шлак никелевого производства, помол групп ведут раздельно, при этом до содержания частиц менее 0,08 мм в каждой группе в количестве 40-50%.

Лучшей диспергэции компонентов вяжущего (ангидрита и нефелинового шлама) удалось достигнуть только при помоле компонентов по двум группам: ангидрит щебень, нефелиновый шлам - гранулированный шлак. Благодаря новому способу помола выход фракций вяжущих и наполнителя изменился.

Сравнение данных табл.1 показывает,

что раздельный помол указанных групп материалов позволяет получить продукт с улучшенной дисперсностью вяжущего по классам ± 0,08 мм. Выход фракции менее 0,08 мм нефелинового шлама возрастает с

60 до 84%, а ангидрита с 78,5 до 92,5% при одних и тех же затратах времени на помол. Эти новые показатели по дисперсности улучшили характеристики закладочной смеси (см.табл.2).

Предложенный состав компонентов по группам помола позволил в итоге получить продукт, характеризуемый остатком на сите 0,08 мм в количестве 40-50%, что явилось наиболее оптимальным для получения улучшенных характеристик смеси. При уменьшении остатка (менее 40%) происходит переизмельчение вяжущих: ангидрита и нефелинового шлама, что приводит к росту водопотребности и ухудшению темпов набора прочности. При большем значении остатка (более 50%) дисперсность продукта помола вяжущих не будет соответствовать требуемым значениям, а значит, ухудшится их гидратация, снизятся темпы набора прочности и ухудшится транспортабельность.

В качестве нижнего предела общего количества вяжущего по условиям прочности принят расход в 500 кг/м (или 25% от массы смеси), а верхнего - 700 кг/м3 (30 мас.%).

Превышение этого предела нецелесообразно по экономическим факторам: не будет осуществляться их промол до нужной фракции, а значит, часть вяжущих крупной фракции будет использована в качестве

заполнителей, что нерационально из-за того, что компоненты вяжущих в 4-10 раз дороже заполнителей.

Определение рационального соотношения между нефелиновым шламом и ангидритом в указанных количествах вяжущего - осуществлялось также по условиям прочности и условиям экономичности (нефелиновый шлам в 2 раза дороже ангидрита). Нормативным требованиям прочности во

все сроки отвердения отвечают смеси с соотношением нефелина к ангидриту в диапазоне 1,5-2,0. Ниже значений 1,5 смесь не набирает необходимой прочности в ранние сроки твердения (7 сут), а при отношении

более 2 намечается снижение прочности 0 возрасте 28 и 180 сут.

Конкретные примеры предлагаемого состава закладочной смеси приведены в табл.4.

Нижний предел содержания ангидрита - 6,5% соответствует оптимальному его количеству в пределе общей массы вяжущего. Ниже этого предела (см. строка 2, табл.4) хоть и возможно достичь требуемой прочности к возрасту 180 сут, но темпы набора прочности (в возрасте 7 и 28 сут) низкие. Кроме того, смеси с низким содержанием ангидрита имеют достаточно высокое сопротивление сдвигу, что делаетих транспорт ненадежным из-за закупорок бетоноводов.

Верхний предел содержания ангидрита - 10,5% принят исходя из того, что при превышении его соотношение нефелин: ангидрит выходит за пределы выявленного оптимального значения (1,5-2,0). А при преобладании ангидрита под нефелиновым шламом смесь в возрасте 180 сут разрушается из-за внутренних напряжений, возникших в результате вторичных фаЗовых превращений гипсовых материалов в ангидрите (см. строку 8, табл.4).

Нижний предел содержания нефелинового шлама - 10,5 принят из условия предельно низкого содержания его при принятом соотношении его с ангидритом - 1,5. Ниже этого предела (строка б, табл.4) смеси не отвечают требованиям нормативной прочности в возрасте 7 и 28 сут,

С увеличением содержания нефелинового шлама более 19,5% увеличиваете выход непромолотых частиц шлама до 30% (см. строку 7, табл.4), что приводит к росту водоотделения на 15%. Это делает смесь неустойчивой по отношению к расслоению, а значит, ухудшается ее транспортабельность. Этот высокий процент выхода крупной фракции нерационален также с точки зрения использования ресурсов вяжущих.

Содержание гранулированного шлака учитывается в общем балансе заполнителей (вместе с базальтовым щебнем). При содержании гранулированного шлака менее 21,5% также увеличивается выход непромолотых частиц нефелинового шлама (крупностью более 0,08 мм), что не отвечает требованиям рационального использования вяжущих веществ. Кроме того, при уменьшении количества шлака для поддержания общего баланса заполнителей требуется увеличить расход базальтового щебня, что ведет к росту водопотребности смеси и к повышенному водоотделению, которое после укладки смеси в выработанном горном массиве приводит к усадочным деформациям, что недопустимо по условиям отработки месторождений. Кроме того, повы- . шейное водоотделение и увеличение

сопротивления сдвигу ухудшает транспортабельность смеси (пример 3, табл.4).

При содержании шлака более 28,5% общее содержание фракций более 0,08 мм резко возрастает и превышает предельное значение (50%) по условиям трубопровод0 ного транспорта, т.к. увеличивается и водоотделение и сопротивление сдвигу (см. строка 12, табл.4).

, Расходы щебня в диапазоне 26-33 определены по условиям общего баланса за5 полнителей при выявленных ограничениях по принятому пределу содержания фракций более 0,08 мм в составе смеси - (40-50%) - по условиям транспЬрта.

При меньшем содержании щебня (при0 мер 10, табл.4) требуется увеличить расход более плотного гранулированного шлака, а это ведет к увеличению сопротивления сдвигу, что ухудшает транспортировку смеси по трубам. При превышении верхнего

5 редела (пример 11, табл.4) отмечается тенденция снижения прочностных свойств закладки.

Пример конкретного осуществления способа приготовления закладочной смеси.

0 Ангидрит из расходного бункера питателем КТ-3 подают в дробилку СМД и с кондиционным размером куска не более 30 мм поступает на сборный транспортер ТР-1. На этот же транспортер с помощью питателя

5 ПТ-196 поступает щебень фракции до 30 мм и далее вместе с ангидритом его подают в мельницу МШР-1.

Второй поток образуют нефелиновый шлам и гранулированный шлак, которые

0 также по транспортеру подают в другую мельницу МШР-1.

Помол в раздельных потоках осуществляют одновременно, продукты помола по сливным желобам поступают в сборный бак5 смеситель, где смесь окончательно перемешивается. Так как мпоненты вяжущего и заполнителя подобраны по признакам размалывающей способности, то при одних и тех же затратах времени на помол получают

0 продукт, в котором вяжущие свойства ангидрита и нефелинового шлама проявляются наиболее полно, т.к. до 90-92% ангидрита и 86% нефелинового шлама промалываются до тонкости менее 0,08 мм.

5 В то же время сами по себе продукты ангидрит со щебнем и нефелиновый шлзм с гранулированным шлаком, будучи разделенными, имеют активность с большими сроками схватывания (несколько суток), что позволяет не прерывать процессы помола.

с мельницы промывать только во время технологических перерывов, связанных с переходами на закладку очередных пустот.

Контроль качества смеси осуществляют по показателям расхода масс, влагосодер- жания, плотности, с отбором образцов для Испытания на прочность в контрольные сроки (в 8 и 180 сут), а в качестве характеристики помола применяют метод рассева на стандартном сите № 0,08 - по остатку на сите.

Формула изобретения 1. Закладочная смесь, включающая ангидрит, нефелиновый шлам, гранулированный шлак никелевого производства, инертный заполнитель-щебень из базальтовых пород и воду, отличающаяся тем, что, с целью упрощения технологии при сохранении прочности, она содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: ангидрит6.5-10,5

нефелиновый шлам 10,5-19,5

гранулированный шлак никелевого

производства21,5-28.5

инертный заполнитель- щебень из базальтовых

пород26.0-33,0

водаостальное

2. Способ приготовления закладочной смеси, включающий мокрый помол и смешение компонентов смеси: ангидрита, нефелинового шлама, гранулированного шлака никелевого производства и щебня из базальтовых пород,отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии при сохранении прочности, перед помолом компоненты разделяют на группы: ангидрит - базальтовый щебень и нефелиновый шлам - гранулированный шлак никелевого произ- водства, помол групп ведут раздельно до содержания частиц 0,08 мм в каждой группе в количестве 40-50%.

Использование: в горном деле, для приготовления твердеющих закладочных смесей, используемых для закладки выработанного подземного пространства. Цель: упрощение технологии при сохранении прочности. Сущность изобретения: закладочная смесь содержит следующие компоненты в соотношениях, мас.%: ангидрит 6,5-10,5, нефелиновый шлам 10,5-19,5; гранулированный шлак никелевого производства 21,5-28,5; инертный заполнитель - щебень из базальтовых пород 26-33, вода остальное. При приготовлении смеси компоненты разделяют на группы: ангидрит - базальтовый щебень, нефелиновый шлам - гранулированный шлак никелевого производства. Мокрый помол групп ведут раздельно. Получают продукте содержание частиц менее 0,08 мм в каждой группе в количестве 40-50%. 1 з.п.ф-лы, 4 табл. w Ё

25

Та блица 1

Таблица 2

Таблица 3