Способ приготовления литых твердеющих закладочных смесей на основе мелкодисперсного заполнителя

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями на основе мелкодисперсного заполнителя, например хвостов обогащения.

Известен способ приготовления литой твердеющей закладки в шаровой мельнице (Патент РФ №2013131, 30.05.1994 г., Бюл. №10.

Способ, включающий подачу составляющих смесь отдозированных компонентов в мельницу, совместное их измельчение и перемешивание в ней, измерение тонины помола на выходе из мельницы, при этом с целью повышения прочности приготовляемой смеси, уменьшения сроков ее схватывания и снижения затрат на производство устанавливают оптимальное соотношение измельченных компонентов вяжущего, активизатора и заполнителя в активном классе (-0,08 мм) готовой смеси на выходе из мельницы, а управление процессом измельчения с перемешиванием осуществляют путем регулирования гранулометрического состава и массового содержания каждого из компонентов смеси на входе в мельницу в зависимости от его измельчаемости и требуемого содержания в активном классе (-0,08 мм) готовой смеси.

Однако по данному способу не обеспечивается достаточная скорость твердения и прочность смеси в связи с тем, что используемая в качестве смесителя мельница не способна гомогенизировать приготовляемые твердеющие смеси при однородности распределения вяжущего в среде тонкодисперсного заполнителя, например хвостов обогащения.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является Патент РФ №2490472 C1, E21F 15/00, опубл. 20.08.2013 Бюл. №23. Состав закладочной смеси и способ ее изготовления, Рыльникова М.В., Абдрахманов И.А., Каплунов Д.Р., Радченко Д.Н.

1. Состав смеси для закладки выработанного пространства, включающий отходы процессов обогащения, известь, лигносульфонат натрия и воду, при этом в качестве указанных отходов содержит текущие хвосты флотационного обогащения полиметаллических руд с влажностью менее 30% при следующем содержании компонентов, кг/м³:

2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит известь крупностью не более 10 мм.

3. Способ изготовления смеси для закладки выработанного пространства в соответствии с любым из пп. 1 и 2, заключающийся в том, что текущие хвосты флотационного обогащения полиметаллических руд сушат до содержания влаги менее 30%, лигносульфонат натрия предварительно растворяют в воде, а затем осуществляют его смешивание с осушенными хвостами и известью.

Недостатком способа также является невысокая скорость твердения и прочность создаваемого впоследствии закладочного массива из-за неполной гидратации и активации компонентов закладочных смесей.

Целью изобретения является увеличение скорости твердения и прочности закладочного массива за счет повышения степени гидратации и активации компонентов смеси.

Достигается это тем, что в способе приготовления литых твердеющих закладочных смесей на основе мелкодисперсного заполнителя, включающем дозированную подачу вяжущего, воды и их перемешивание, осуществляют перемешивание вяжущего в виде цемента с водой и предварительно обезвоженным в гидроциклонах мелкодисперсным заполнителем - хвостами обогащения руд размером 0,15 мм, после чего полученный раствор подвергают гомогенизации и активации в импульсном гидроударно-кавитационном устройстве с частотой импульсов 5000-6000 им/с при следующем соотношении указанных компонентов: хвосты обогащения руд - 1039-1246 кг/м³, цемент - 170-400 кг/м³ смеси, вода 500 л.

Предложенный способ обеспечивает полную гидратацию вяжущего при его гомогенном распределении в среде мелкодисперсного заполнителя. Смесь - хвосты обогащения - цемент гомогенизируется и активируется в импульсных гидроударно-кавитационных полях за счет разрушения флоккул вяжущего и гидратных пленок на поверхностях частиц цемента и хвостов обогащения при обеспечении допустимого уровня прочности и стоимости смеси, а также надежности работы технологического оборудования.

В составе закладочной смеси использовали хвосты обогащения медно-никелевых руд Талнахского и Октябрьского месторождениЙ Норильского региона, состав которых приведен в табл. 1.

Сущность способа состоит в следующем. Приготовление твердеющей закладочной смеси осуществляется на поверхностном закладочном комплексе. Цемент из силосов по пневмопроводу поступает на предварительное смешивание в смеситель. Вода из емкости по водопроводу также поступает в смеситель, который может иметь, например, лопастной рабочий орган с приводом. Мелкодисперсный заполнитель (например, тонкодисперсные хвосты обогащения - 0,15 мм) подается из бака, обезвоживается в батареях гидроциклонов и по трубопроводу также подается в смеситель, где происходит предварительное перемешивание всех компонентов.

Предварительно осуществляют перемешивание вяжущего в виде цемента с водой и предварительно обезвоженным в гидроциклонах мелкодисперсным заполнителем - хвостами обогащения руд размером 0,15 мм для обеспечения однородности распределения вяжущего в среде тонкодисперсного заполнителя, после чего полученный раствор подвергают гомогенизации и активации в импульсном гидроударно-кавитационном устройстве с частотой импульсов 5000-6000 им/с при следующем соотношении указанных компонентов: хвосты обогащения руд - 1039-1246 кг/м³, цемент - 170-400 кг/м³ смеси, вода 500 л.

Из гидроударно-кавитационного устройства твердеющая закладочная смесь по трубопроводу поступает в главную магистраль закладочного трубопровода и далее распределяется через участковые трубопроводы в выработанное пространство.

С целью подтверждения снижения расхода вяжущего и использования мелкодисперсного заполнителя, например хвостов обогащения, были проведены исследования составов твердеющих закладочных смесей по трем способам:

1. Способ приготовления твердеющей смеси с составом хвосты обогащения - цемент (ХЦ) в лабораторных условиях с использованием лопастного смесителя;

2. Способ приготовления твердеющей смеси ХЦ в лабораторных условиях с использованием шаровой мельницы;

3. Способ приготовления твердеющей смеси ХЦ в лабораторных условиях с использованием гидроударно-кавитационного устройства.

1. Исследования составов ХЦ с использованием смесителя

Для лабораторных испытаний составов ХЦ использован смеситель лопастного типа. Время смешивания во всех экспериментах принято 10 минут. Сразу после окончания смешивания производилось определение растекаемости смеси по Суттарду и измерялась ее плотность.

Цемент через дозатор, а вода по трубопроводу через расходомер поступали в смеситель, который имел лопастной рабочий орган с приводом. Мелкодисперсный заполнитель (хвосты обогащения - 0,15 мм) из бака через дозатор также подавался в смеситель, где происходило их перемешивание. Из смесителя твердеющая закладочная смесь по трубопроводу поступала в специальные формы.

Исследуемые составы, удельный расход материалов, плотность твердеющей смеси и контрольные характеристики прочности на 7, 28 и 90 сутки представлены в табл. 2.

2. Исследования составов с использованием шаровой мельницы

Для лабораторных испытаний составов использована шаровая мельница. Время замешивания во всех экспериментах принято 10 минут. Сразу после окончания замеса производилось определение растекаемости смеси по Суттарду и измерялась ее плотность.

Цемент через дозатор, а вода по трубопроводу через расходомер поступали на предварительное смешивание в смеситель с лопастным рабочим органом. Далее через дозатор предварительно смешанный цемент и вода подавались в шаровую мельницу. Мелкодисперсный заполнитель (хвосты обогащения - 0,15 мм) через дозатор подавался в шаровую мельницу, где происходило их совместное измельчение и активация раствора. Из шаровой мельницы твердеющая закладочная смесь по трубопроводу поступала в специальные формы.

Исследуемые составы, удельный расход материалов, плотность твердеющей смеси и контрольные характеристики прочности на 7, 28 и 90 сутки представлены в табл. 3.

3. Исследования составов с использованием гидроударно-кавитационного устройства

Для лабораторных испытаний составов ХЦ использовано гидроударно-кавитационное устройство. Время замешивания во всех экспериментах принято 10 минут. Сразу после окончания замеса производилось определение растекаемости смеси по Суттарду и измерялась ее плотность.

Цемент через дозатор, а вода по трубопроводу через расходомер поступали на предварительное смешивание в смеситель с лопастным рабочим органом. Мелкодисперсный заполнитель (хвосты обогащения - 0,15 мм) обезвоживался в гидроциклонах и через дозатор подавался также в смеситель, где происходило их предварительное перемешивание.

Предварительно перемешанный раствор твердеющей смеси поступал в гидроударно-кавитационное устройство, где происходили гомогенизация и активация раствора.

Из гидроударно-кавитационного устройства твердеющая закладочная смесь по трубопроводу поступала в специальные формы.

Исследуемые составы, удельный расход материалов, плотность твердеющей смеси и контрольные характеристики прочности на 7, 28 и 90 сутки представлены в табл. 4.

В результате исследований было определено:

1) Образцы закладочных смесей ХЦ, приготовленные по мельничному способу производства, имеют прочность в среднем на 20% выше образцов, приготовленных по технологии с применением смесителя. В то же время образцы закладочных смесей ХЦ, приготовленные по технологии с применением гидроударно-кавитационного устройства, имеют прочность в среднем на 30% выше образцов, приготовленных по мельничному способу производства.

2) Снижение содержания цемента ниже 170 кг/м³ (что соответствует содержанию хвостов обогащения в смеси более 1246 кг/м³) приводит к тому, что твердеющая смесь не набирает минимально допустимую прочность, равную 1 МПа. В то же время повышение содержания цемента свыше 400 кг/м³ приводит к завышенной прочности и существенным расходам на производство закладочной смеси.

3) При частоте импульсов менее 5000 имп/с не происходит полное эффективное разрушение флоккул вяжущего и гидратных пленок на поверхностях частиц цемента и хвостов обогащения, а при частотах более 6000 имп/с имеет место интенсивный абразивный износ элементов гидроударно-кавитационного устройства.

Следовательно, способ приготовления твердеющей смеси с использованием гидроударно-кавитационного устройства обеспечивает повышение скорости твердения и увеличение прочности закладочного массива за счет повышения степени гидратации и активации компонентов закладочных смесей, при этом содержание в смеси хвостов обогащения в количестве 1039-1246 кг/м³ смеси (- 0,15 мм) и вяжущего в виде цемента в количестве 170-400 кг/м³ обеспечивает наиболее рациональное количество основных компонентов закладочных смесей, необходимое для обеспечения требуемой прочности при закладке горных выработок, а режим работы гидроударно-кавитационного устройства при частотах 5000-6000 имп/с обеспечивает наиболее эффективную активацию компонентов смеси без снижения надежности и долговечности работы гидроударно-кавитационного устройства.