Формирование закладочного массива на основе гипсосодержащего вяжущего Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

© Е.В. Кузьмин, О.И. Савич, 2003

УДК 622.273.2

Е.В. Кузьмин, О.И. Савич ФОРМИРОВАНИЕ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА

процессе исследований нами были апробированы различные сочетания, как в вяжущей составляющей смеси, так и в заполнителе.

Установлено влияние цемента на формирование и характеристики закладочного массива. Наиболее эффективно оно сказывается в составах, где в вяжущем соотношение между цементом и гипсом составляло 0,25-0,4.

В расчете на 1 м3 закладочной смеси употреблялось: цемента - 66-99 кг; обожженого борогипса или гипсосодержащих пород - 264-231 кг; дробленных пород отвалов -470-1100 кг; хвостов обогащения - 1100-470 кг.

Сроки схватывания и твердения гипса зависят от свойств сырья, условий его изготовления, длительности и условий хранения, количества вводимой воды (В/Г), температуры вяжущего вещества и воды, условий перемешивания и наличия в них тех или иных добавок.

Общие изменения прочностных свойств закладочного массива на основе гипса в качестве составляющей вяжущего, выглядят следующим образом. Интенсивный набор прочности происходит в первые 7 суток, затем следует незначительное ее увеличение к 21 дню. В последующем отмечено снижение до 85-90% от первоначальной в сроки 90180 суток. Т.е. практически закладка набирает прочность за 3-7 дней.

Этот факт с точки зрения технологии производства горных пород имеет как преимущества, так и недостатки. К преимуществам, и весьма существенным, по сравнению с применением вяжущих со свойствами цементов, следует отнести имеющуюся возможность за счет быстрого набора прочности, сократить фронт очистных работ, при сохранении производительности рудника. К недостаткам отнесем то, что мы не можем ожидать постепенного набора прочности и должны достигать нормативных характеристик уже в течение 7 суток, а это может привести, в некоторых случаях, к дополнительному расходу цемента.

В связи с последним замечанием, касающимся расхода цемента, следует высказать следующие соображения, основанные на результатах испытаний. В выбранном диапазоне изменения его содержания прочность закладки не претерпевает существенных колебаний.

Таким образом, при применении сложного вяжущего в состав которого входит цемент и гипс с содержанием цемента не более 30%, следует ориентироваться на составы с содержанием его в пределах 20-22% от общего веса, т.е. 6673 кг.

Окончание гидратации в смесях содержащих гипс или чистого гипса наступает через 12-15 мин после затворения их водой. В течение 20 мин процесс гидратации полностью

заканчивается. Однако набор прочности продолжается несколько часов, а иногда и дней.

Начало схватывания смеси и продолжительность ее твердения до проектной прочности должны соответствовать принятой технологии закладочных работ. Схватывание смеси должно наступить по возможности позднее с учетом времени на ее доставку в выработанное пространство и вероятных остановок в работе. Поэтому, для обеспечения транспорта закладочной смеси по трубопроводу необходимо использовать замедлители схватывания.

В качестве замедлителей сроков схватывания применяли добавки ТПФ и ДСФ. Установлено, что эффективнее действует добавка ДСФ, поскольку, при превышении количества ТПФ по сравнению с расчетным на 0,02% резко увеличивается время начала и окончания схватывания, точнее гипсосодержащая порода теряет свойства вяжущего. т.е. требуется весьма точная дозировка добавки, что в условиях производства осуществить достаточно сложно.

В табл. 1 приведены результаты испытаний с добавкой ДСФ.

Результаты исследований показывают, что при применении в качестве замедлителя ДСФ, его количество, обеспечивающее необходимое время замедления, в случае использования в гранулированном виде должно составлять 1,5% от массы гипсовой составляющей, а при использовании в виде порошка 0,5%

Приготовление образцов проводилось по схеме имитирующей технологию раздельного транспортирования смеси в различных вариантах. Совмещение растворов проводили через 30-40 мин после их затворения водой. В течение этого времени происходило постоянное перемешивание компонентов, имитирующее процесс транспортировки закладочной смеси по трубопроводу.

Таблица 1

ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ ДСФ НА СРОКИ СХВАТЫВАНИЯ

ЗАКЛАДКИ

№ ii.ii Содержание ДСФ, % Состояние ДСФ Начало схватывания, мин Окончание схватывания, мин

1 1,0 гранулы 15 40

2 1,5 гранулы 55 80

3 0,25 порошок 20 40

4 0,5 порошок 50 80

5 0,75 порошок 57 85

6 1,0 порошок 70 -

Таблица 2

ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ ДСФ НА ПРОЧНОСТЬ ЗАКЛАДКИ

№ ii.ii. Вариант смеси Содержание порошка ДСФ, в % к гипсу Прочность, МПа, при времени твердения, сут

7 28 90

1 1 0,5 1,32 1,18 1,07

2 2 0,5 1,06 1,44 1.51

3 контро- льный - 1,6 2,12 2,82

Влияние ДСФ на прочность закладки показано в табл. 2 Проведенные исследования показывают, что в качестве основного можно рекомендовать составы с добавкой ДСФ в виде порошка в объеме 0,5 - 0,75% к весу гипсовой составляющей вяжущее.

Технология приготовления закладочных смесей зависит от выбранного состава смеси и технологических особенностей закладочных установок. Рекомендуемая принципиальная технологическая схема (рис.1) закладочного комплекса включает в себя производство следующих операций:

- транспортировка и складирование заполнителя на

Технологическая схема закладочного комплекса 1.1.-1.3. - приемная площадка дробленых пород, хвостов обогащения и гипсосодержащих пород; 2 - дробилка гипсосодержащих пород; 3 -обжиговый барабан; 4 - расходный бункер обожженного гипса; 5 -расходный бункер пород; 6 - расходный бункер хвостов; 7 - силос цемента; 8 - дозатор; 9 - смеситель

площадку комплекса;

- подача заполнителя с площадки в расходный бункер;

- доставка цемента цементовозами на закладочный комплекс и прием в силосы;

- подача цемента в расходный бункер;

- дозирование цемента и заполнителя и подача их конвейером в шаровую мельницу;

- дозирование и подача воды в мельницу;

- мокрый помол компонентов закладки;

- перемешивание в мельнице исходных компонентов и приготовление закладочной смеси;

- подача готовой закладочной смеси в закладочный трубопровод;

- технологический контроль приготовления закладочной смеси.

Наиболее эффективно данная технология может быть применена, например при 2-х и 3-х стадийной выемке полезного ископаемого с формированием разнопрочного искусственного массива в системе горизонтальные слои с закладкой. На первой стадии очистной выемки закладка осуществляется смесями на основе цемента, на второй и третьей - закладка с использованием сложного вяжущего на основе обожженных гипсосодержащих пород.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Кузьмин Е.В. - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет. Савич О.И. - аспирант, Московский государственный горный университет.