[1]Изобретение относится к технологии разработки полезных ископаемых подземным способом с закладкой выработанного пространства и посвящена приготовлению твердеющих закладочных смесей из разных компонентов, в т.ч. вяжущего (цемент), дополнительного вяжущего (доменный шлак) и инертных заполнителей (щебень, песок, хвосты обогащения руд и т.п.).
[2]Известно множество способов приготовления твердеющих смесей для закладки выработанного пространства (далее - закладочных смесей) из инертною материала и вяжущего. Но наиболее эффективными считаются те, в которых достигается экономия дорогостоящего вяжущего (цемента) с сохранением хороших прочностных характеристик.
[3]Одним из направлений является механическая активация компонентов смеси. Механически активированная поверхность вяжущего (цемента, доменного шлака) обладает активными центрами (разорванные связи молекул и атомов, свободные электроны и т.п.), которые в смеси активно образуют многочисленные прочные связи, за счет чего прочность закладочного массива существенно повышается и обеспечивается снижение расхода вяжущего при одинаковой прочности.
[4]Другое перспективное направление снижения расхода вяжущего, до сих пор не применявшееся в практике закладки выработанного пространства, - поризация закладочной смеси. Исходя из строительной практики можно утверждать, что применение поризованных закладочных смесей значительно повысит эффективность использования вяжущего.
[5]Проведенные опыты показали, что при приготовлении образцов из активированного цемента с использованием поризации требуется на 30-40% меньше цемента, чем в случае образцов, изготовленных из непоризованной смеси на основе обычного (неактивированного) цемента.
[6]Известен способ приготовления бетонной смеси (Патент РФ 2093496, приоритет 30.11.1992), по которому бетонную смесь готовят по раздельной технологии. Сначала в смесителе-активаторе замешивают цемент с водой, обеспечив их турбулентное перемешивание и активацию электрическим током, а затем цементное тесто подают в бетоносмеситель и замешивают с заполнителем. Использование активированной бетонной смеси ускоряет темп набора прочности бетона. Прочность бетона в 28-суточном возрасте на 22-26% выше прочности бетона обычного приготовления.
[7]Однако в этом способе нет усиленной активации вновь образованной поверхности цемента, поризация не осуществляется, поэтому не достигается экономия вяжущего в должной мере.
[8]Известен способ приготовления закладочной смеси (Патент РФ 2096627, приоритет от 02.08.1995), в котором смесь компонентов проходит вибрационный грохот, дезинтегратор и направляется в вибромельницу, после которого закачивается в подземную выработку. Воду перед смешением компонентов активируют электромеханической обработкой.
[9]Недостатком этого способа является высокая металло- и энергоемкость, что значительно увеличивает себестоимость приготовления закладочной смеси. Поризация не осуществляется, следовательно не достигается соответствующая экономия вяжущего.
[10]Известен способ приготовления твердеющих закладочных смесей (Патент республики Казахстан KZ 16990, приоритет 15.05.2004), который принят за прототип, когда все компоненты (вяжущее, инертные заполнители, добавки) одновременно загружаются в рабочую камеру вместе с водой, где они дробятся, измельчаются, перемешиваются и активируются между поверхностями камеры. Готовая закладочная смесь перекачивается в закладочное пространство, где затвердевает.
[11]Этот способ имеет повышенный расход вяжущего, т.к. поризация не осуществляется, а вместе с исходными компонентами в рабочую камеру подается вода, оказывающая эффект «пассивации», т.е. ослабляется энергонапряженность образующихся активных центров. Таким образом, при прохождении материала между конусами не происходит механической активации в достаточной степени.
[12]Задачей предлагаемого изобретения является сокращение расхода вяжущего при достаточной прочности бетонного камня.
[13]Техническим результатом является использование эффекта поризации при приготовлении закладочной смеси и повышение степени активации ее компонентов, с сохранением прочности закладочного массива.
[14]Для решения этой задачи предлагается готовить закладочную смесь в компактном устройстве, состоящем из конусной инерционной дробилки и высокоскоростного смесителя непрерывного действия. В загрузочный бункер конусной инерционной дробилки при дробящем усилии (4÷8)·105 Н дозированно подаются в сухом виде вяжущее (цемент), дополнительное вяжущее (доменный шлак) и инертный заполнитель. В дробилке осуществляется дробление и измельчение заполнителя и дополнительного вяжущего (шлака), обновление поверхности вяжущего, механоактивация заполнителя и вяжущего, сухое перемешивания компонентов смеси.
[15]Пределы воздействующих усилий на материал объясняются следующим. Агрегаты, традиционно используемые для приготовления закладочных смесей, например барабанные мельницы (стержневые и шаровые), развивают разрушающее усилие меньше 4·105 Н, соответственно в них не происходит значимая механическая активация. Для обеспечения механической активации дробящее усилие должно быть больше 4·105 Н. Это может быть обеспечено в конусной инерционной дробилке. Прикладывать усилия выше 8·105 Н не имеет смысла, т.к. при этом имеется вероятность нарушения кристаллической решетки минералов, они могут перейти в аморфное состояние, и весь эффект механической активации исчезнет. Полученную на выходе из дробилки смесь затворяют водой с перемешиванием в высокоскоростном смесителе непрерывного действия. С целью снижения расхода вяжущего и заполнителя в закладочную смесь перед подачей в закладываемое пространство вводят пену, обеспечивающую образование в твердеющей смеси пор, составляющих 10-20% от объема твердеющей смеси. Поризованная закладочная смесь направляется в закладываемое пространство.
[16]Предлагаемая схема позволяет, с одной стороны, снизить расход цемента за счет поризации смеси, а с другой - повысить прочность получаемого из смеси массива за счет максимального эффекта механоактивации, поскольку в сухом виде исключается пассивация материала при дроблении и обеспечивается повышенная энергонапряженность воздействия на материал. Двухступенчатое перемешивание обеспечивает гораздо лучшую по сравнению с прототипом однородность смеси.
[17]Примеры осуществления способа
[18]1) В загрузочный бункер конусной инерционной дробилки КИД-300 дозированно загружали исходные компоненты в количестве (на 1 м3 готовой смеси): диабаза-999 кг, шлака-207 кг, цемента-67 кг. На выходе из дробилки получили 1273 кг сухой механоактивированной смеси, которую затем направили в высокоскоростной смеситель непрерывного действия, куда для вовлечения воздуха в смесь одновременно подавали пену на основе синтетического пенообразователя Ареком-4, а также воду в количестве, необходимом для доведения смеси до требуемого объема 1 м3. В результате получили пористую однородную высококачественную закладочную смесь.
[19]Таким образом, для приготовления 1 м3 смеси с кубиковой прочностью 5 МПа на 180 день твердения и объемом пор 10% по предлагаемому способу потребовалось: диабаза - 999 кг, шлака - 207 кг, цемента - 67 кг.
[20]Для сравнения приготовлена смесь по способу совместного мокрого помола компонентов (как в прототипе). При этом для приготовления 1 м3 смеси с кубиковой прочностью 5 МПа на 180 день твердения потребовалось: диабаза - 930 кг, шлака - 300 кг, цемента - 150 кг.
[21]За счет комбинации эффекта механоактивации и поризации смеси расход шлакового вяжущего снизился на 32%, расход цемента - в 2,2 раза.
[22]2) В загрузочный бункер конусной инерционной дробилки КИД-300 дозированно загружали исходные компоненты в количестве (на 1 м3 готовой смеси): диабаза - 1287 кг, цемента - 122 кг. На выходе из дробилки получили 1409 кг сухой механоактивированной смеси, которую затем направили в высокоскоростной смеситель непрерывного действия, куда для вовлечения воздуха в смесь одновременно подавали пену на основе синтетического пенообразователя Ареком-4, а также воду в количестве, необходимом для доведения смеси до требуемого объема 1 м3. В результате получили однородную пористую высококачественную закладочную смесь.
[23]Таким образом, для приготовления 1 м3 смеси с кубиковой прочностью 5 МПа на 180 день твердения и объемом пор 15% по предложенному способу потребовалось: диабаза - 1287 кг, цемента - 122 кг.
[24]Для сравнения приготовлена смесь по способу совместного мокрого помола компонентов. При этом для приготовления 1 м3 смеси с кубиковой прочностью 5 МПа на 180 день твердения потребовалось: диабаза - 1330 кг, цемента - 235 кг.
[25]За счет комбинации эффекта механоактивации и поризации расход цемента снизился на 48%.
