Содержание к диссертации
Введение
1. Методические предпосылки по созданию составов твердими закладки дш.эта1но~камершхсист разработки
1.1. Онвт применения твердеще! закладки на отечественных я зарубежных рудниках
1.2. Анализ влияния состава закладочных смесей ва качественные я экономические показатели .
1.3. Анализ исследований по оценке гидравлической активности я эффективности использования вяжущих ва основе местных материалов .
1.4. Задачи я метода исследований .
2. Изучение процесса твердения искусственных цешюв при этажно-шерных системах разработки
2.1. Методика исследований
2.2. Исследование процесса твердения искусственного целика ва однокомпонентном вяжущем
2.3. Влияние активности компонентов вяжущих на формирование искусственного массива
2.4. Разработка рациональных составов твердеющей закладки на освове сложного вяжущего
2.5. Исследование прочности составов закладки дав камер второй я последующих очередей с использованием местных отходов производства
3. Исследование эмективности использования сложного вяжущего при пштоовленю твердеющей закладки
3.1. Вводные сведевяя .
3.2. материально-энергетические затрати приготовления закладка на основе различных вяжущих
3.3. Установление предельно-допустимого расстояния перевозки вяжущих материалов в закладочным комплексам подземных рудников .
3.4. Разработка методических положений подбора эквивалентных составов для закладки выработанного пространства
3.5. Определение экономической эффективности применения бесцементных составов закладки в зависимости от конструкции.днищ камер и очередности их отработки
4. Обоснование технологий возщдения искусственных цели ков ні уральских разработки местороідаий
4.1. Общие сведения
4.2. Исследование прочностных характеристик и устойчивости вертикального и горизонтального обнажений искусственных целиков, возведенных методом . инъекции
4.3. Определение возможности использования гидравлически неустойчивых хлорито-серицитовнх сланцев в технологии приготовления закладки
4.4. Обоснование оптимальних условий применения инъекционной технологии возведения искусственного массива в отработанных камерах
4.5. Оценка экономической эффективности разработанных составов закладки для подземных рудников
Узельгянского и Гайского месторождений
Выводы
Список использованной литературы
Приложение
- Анализ исследований по оценке гидравлической активности я эффективности использования вяжущих ва основе местных материалов
- Влияние активности компонентов вяжущих на формирование искусственного массива
- материально-энергетические затрати приготовления закладка на основе различных вяжущих
- Определение возможности использования гидравлически неустойчивых хлорито-серицитовнх сланцев в технологии приготовления закладки
Введение к работе
Решения ХШ съезда КПСС я Постановления ЦК КПСС я Совета Министров СССР "О мерах по уменьшению потерь полезная ископаемых при добыче я переработке", "Об усилении охраны природы я улучшения использования природных ресурсов" предусматривают значительное повышение полноты извлечения полезных ископаемых яз недр, рациональное использование добываемо! горной массы я охрану природных ресурсов / 1,2/.
В решении указанных проблем больное значение ямеет дальнейшее развитие технология разработки с твердеющей закладкой. В настоящее время она получила широкое распространение на рудниках цветных металлов я составляет в общем баланее закладочных работ около 85.
Обладая многочисленными достоинствами, она ямеет существенный недостаток - сравнительно високую стоимость їм3 искусственного массива, обусловленную главным образом, использованием дорогостоящих связующих.В качестве.вяжущего на рудниках используют цемент я гранулированные шлаки. Применение доменных шлаков в закладку обусловлено низкой ях стоимостью я близким расположением рудников от металлургических заводов. Рудники, находящиеся на значительном расстояния от мест складирования шлаков,в большинстве случаев используют в качестве вяжущего цемент. К ним относятся рудники Деняногорского, Зыряновского, Джезказганского комбинатов, Текедяйскяй н ряд других. В закладку используют шлакопортландцемент (ВШЦ) марок 300 я 400, который представляет собой молотую смесь клинкера с доменным гранулированным шлаком. Содержание граншлака находятся в пределах 21-6( по массе. В І9Я5 году в состав цемента было введено 20 млн.тонн граншлаков, около 60 которых поступает по железной дороге яз районов с развитой метал яургжческой промншленкостью на расстояние от 800 до 3000 км для "разбавления" клинкера.
Для сокращения расхода цемента в качестве вяжущего используются гранулированные доменные шлаки с добавкой в качестве ах-тжвжзатора - ШЩ. Происходит "разбавление" ШЩ граншлаком, что не всегда благоприятно сказывается на экономике самих рудников, так как затрата, связанные с транспортными расходами шлака ж его подготовкой (измельчение) весьма значительные ж могут быть вище, чем цементная закладка.
Кроме этого необходимо учесть, что даже после длительного твердения искусственного камня на основе ШЩ в нем сохраняется до 50 нещрореагжровавшжх зерен шлака. При смешивании же ШЩ с граншлаком количество нещрореагжровавшжх зерен еще более увеличится, играя роль инертного наполнителя, взамен которого можно было использовать местные инертные материалы.
В этой связи задача исследования гидравлической актжвностж ж экономической эффективности применения шлаков ж других вяжущих в закладку является актуальной.
Дель работы - снижение расхода остродефицитных цементов ж гражшлаков, получение экономичных бесцементных составов, обеспечивающих необходимую прочвость ж минимальную себестоимость твердеющей закладки.
дея работы заключается в оценке актжвностж ж эффективности вяжущих методом цементного эквивалента для проектирования закладочных смесей на основе шлаков ж других отходов производства.
Метод исследований - комплексней, включающий анализ литературных источников, планирование экспериментов, математическую статистику, лабораторные производственные эксперименты.
Научные положення,, защищаемые в работе:
1. Критерии степеня пригодности вяжущих материалов, пред назначенных для закладки выработанного пространства.
2. Методика определения эффективности использования вяжущих в закладку по цементному эквиваленту.
3. Закономерности твердения закладки на основе вяжущих разного типа.
4. Целесообразность использования бесцементных составов закладки.
Достоверность научных положенні, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, обоснована большим объемом лабораторных и производственно-экспериментальных исследований, позволивших получить устойчивые корреляционные зависимости; сравнительной оценкой технико-экономических показателей, а также экономической эффективностью внедрения результатов работы.
Научная новизна. Впервые установлены эквивалентные по вяжущим свойствам и экономичности расходы компонентов закладки; разработан цементный эквивалент наиболее распространенных отходов производства, пригодных к использованию в качестве вяжущего закладки. Подучены бесцементные составы, позволяющие высвободить дефицитный, дорогой цемент. Обоснована роль шлаков и цемента в наборе прочности искусственного монолита. Разработана рекомендации по укреплению сыпучей закладки , представленной гидравлически неустойчивой породой - хлорито-серицитовыми сланцами.
Практическая ценность. Предложенные рекомендации позволяют сократить расход цемента и граншлака при обеспечении нормативной прочности искусственного массива и снизить себестоимость закладки.
Внедрение результатов работы осуществлено на Іайском подземном руднике и в техпроекте отработки Узельгинского месторож дения с экономическим эффектом 46,5 тыс. рублей и 171 тыс. рублей соответственно.
Апробация н публикация работы. Основное содержание диссертации отражено в 15 печатних трудах, в том числе в 4 авторских свидетельствах. Материале работы докладывались на Всесоюзном отраслевом совещании "Формирование искусственного массива и контроль за их состоянием", г.Североурадьск, 1981 г., на Всесоюзных и Всероссийских конференциях, г.Москва, 1983 г.,г.Челябинск, 1982, 1983 гг., на секции подземных горных работ института "УНИПРОМедь", 1976 - 1983 гг., на научно-технических конференциях секции подземной разработки месторождений полезных ископаемых Магнитогорского горно-металлургического института, 1976 - 1983 гг.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 131 наименований, содержит 125 страниц машинописного текста, № рисунков, и приложения на 6 страницах.
Анализ исследований по оценке гидравлической активности я эффективности использования вяжущих ва основе местных материалов
Основными факторами, влияющими на прочность закладки, являются расход вяжущего, способ его подготовки и качество добавок.
Вопросам по исследованию и оценке гидравлической активности и экономической эффективности вяжущих ПОСВЯТИЛЕ СВОЕ труды К.В.Мяеников, В.В.Егденко, К.Ю.Репп, Л.К.Вахрушев, М.Н.Цыгалов, В.П.Кравченко, В.В.Куликов, А.С.Белаш, А.Ф.Ковалев, Г.Ф.линннк, О.А.Байконуров, А.Л.Требунов, А.П.Вяткин, К.С.Светланов, С.А.Атманскях, Л.А.Крупник и другие.
В СССР замена целиков искусственными столбами из закладочных материалов, упрочненных местными вяжущими, была предложена горным инженером И.Н.Казниным на первой конференции по системам разработки в Кузнецком угольном бассейне. В 1944 году доктор техн. наук Г.А.Ломов разработал проект и экономическое обоснование таких работ / 18
Исследования Всесоюзного научно-исследовательского угольного института (ВЛ1) показали, что для приготовления растворов можно применять известково-шшковые и другие цементы из местных материалов. Прочность сцементированного закладочного массива на сжатие через 28 суток была 0,9-1,7 МПа. Расход вяжущего на I м3 закладочного массива не превышал 315 кг / 19 /.
В 1962 году А.А.Петренко и В.Н.Смирнов / 20 / провели лабораторные исследования я последующие промышленные испытания состава закладочной смеси для условий Первомайского рудника, в которую входили песок, доменный шлак, гипс и вода. В последующемоказалось, что закладка получается достаточно удовлетворительной и без добавки в смесь гипса. Гранулометрический состав шлака после измельчения в шаровой мельнице был следующий:
Себестоимость I м3 закладки составила 2-2,2 руб. Прочность закладки определялась по кернам, извлеченным из буровых скважин и составляла от 5-8 до 9-12 МПа в зависимости от возраста массива Академия М.И.Агошков, Ж.И.Бурцев, А„1.Требуков / 21 / еще в 1959-1960 гг. выполнили исследования водно-физических свойств хвостов Миргалимсайской обогатительной фабрики с целью проверки целесообразности их использования для гидравлической закладки. Лабораторные исследования по обжигу хвостов при температуре 800-1000 не вышли за пределы лаборатория, ввиду больших затрат на обжиг, небольшой прочности закладки.
Г.Ф.Диикик, А.С.Белаш, А.Ф.Шостак, Э.И.Шкута / 22 / для условий Белозерского рудника в 1965 г. рекомендовали в состав закладки следующие материалы: гранулированный шлак Запорожского металлургического завода и песок, добываемый из карьеров. Исследований по определению гидравлической активности этих шлаков авторы не приводят. Ими рекомендован гидромеханязированный способ транспортирования песка. Пульпа с соотношением Т:Ж а 1:2 подается от карьера к закладочному комплексу. После обесшламлива-ния и сгущения в гидроциклонах она попадает в смеситель, где смешивается с молотым граншлаком. Себестоимость такой закладки составляет 1,43 руб/м . Оценку эффективности применения гран-шлаков в качестве вяжущего монолитной закладки авторы не производили. В работе проводится лишь технико-экономическое сравнение системы разработки с закладкой и этажно-подэтажного обрушения /22/.
К.В.Мясников и В.В.Руденко / 23 / наиболее эффективными материалами для производства вяжущих веществ считают доменные шлаки и содержащие известь топливные шлаки и золы, обладающие способностью твердеть самостоятельно. Особое внимание уделяют доменным шлакам. Оценку их гидравлической активности производят по их химическому составу. В основу этой оценки положены два модуля: основности Мо
Для повышения активности молотого шлака автори добавляли гжпс 5%, хлоржстнй кальций 2-4%, цемент ж жзвесть по Ь% от массн молотого шлака. Вяжущий раствор готовился по трем рецептам (табл.1.2}.
Как следует жз табл. 1.2, актжвность сложного вяжущего -гранулированного шлака ж горелой порода - определяется по показателям кубжковой прочности смесей на их основе, в присутствии активизатора извести-пушонки. Экономическая эффективность применения перечисленных вяжущих устанавливалась по стоимостным показателям.
В работе К.Ю.Реппа, Л.К.Вахрушева, С.А.Студзинского, Д.А. Упоровой / 24,25 / изложены результаты исследований по применению в качестве вяжущего доменных гранулированных, никелевых шла- ков, золы ТЭЦ, нефелиновых шламов, фосфогипса, горелых пород шахтных отвалов. Особое внимание уделено доменным гранплакам, как основного вяжущего материала для твердеющей закладки. Авторы придерживаются мнения П.П.Буднякова / 26 / о том, что их гидравлическая активность изменяется в зависимости от коэффициента качества и модулей основности и активности. Чем выше значения модулей, тем сильнее выражена гидравлическая активность доменных шлаков.
Оценку вяжущей способности перечислениях вяжущих авторы определяют по кубиковой прочности составов на их основе. Влияние активизаторов на изменение качества состава исследовалось по их количественному расходу. При этом отмечено, что различные активизирующие добавки по разному влияют на активность шлаков, лучшие результаты дают такие активизаторн твердения , как известь, гипс, портландцемент, цементная пыль, т.е. те добавки, которые могут самостоятельно твердеть я собственно являются вяжущими материалами. Остальные активизаторм ( геСЕ t \\Q[ t jv CP f СаС?г) или совсем не влияют на активность шлаков, или воздействуют на отдельные шлаки.
Авторы в данной работе считают, что приготовление вяжущего из нефелиновых шламов аналогично приготовлению его из гранулированных шлаков, т.е. требуется размольная установка. Помол должен составлять 90-92 с размером частиц менее 0,075 мм. Нефелиновые шламы по вяжущим свойствам занимают промежуточное положение между портландцементом и граншлаком. Однако исследователи считают, что из за низкой активности чистые нефелиновые
Влияние активности компонентов вяжущих на формирование искусственного массива
Прочность закладки на основе двухкомпонентного вяжущего "шлак + цемент" обусловлена вяжущими свойствами шлака и цемента и зависит от активности и расхода каждого компонента:
Многочисленными исследованиями по определению зависимости прочности от расхода сложного вяжущего шлака и цемента выявлены следующие функции / 59, 60, 61, 62, 63, 64 /: данных зависимостях учитывается либо только влияние расхода цемента, либо только шлака. В них не отражено одновременное действие этих факторов на процесс твердения закладки.
Изучение вяжущих свойств шлака и цемента в простых системах "шлак + наполнитель" и "цемент + наполнитель", а также определение микротвердости шлакового я цементного камня позволило установить роль шлака и цемента в наборе прочности шлаковой или цементной закладки. Рассматривая двухкомпонентное вяжущее "шлак + цемент" можно предположить, что прочность определится прямым суммированием прочностей компонентов:где (ощ - прочность, обусловленная вяжущими свойствами шлака ( система "шлак + наполнитель"), МПа; (Зц - то же, цемента (система "цемент + наполнитель"), МПа. Подставив уравнения (2.4), (2,5) в уравнение (2.II), получим зависимость:
Формула (2.12) выявляет дифференцированную роль шлака и цемента в наборе прочности закладки (рис. 2.6). Прочность зависит от собственной активности шлака и цемента -бс и их со-ответствущих расходов на І м смеси. Анализ данных графика указывает: сколько процентов прочности обеспечивает шлак (кривые 1,2,3,4) я цемент (кривые 1,2,3,4) в зависимости от состава вяжущего. Точки пересечения кривых шлака и цемента характеризуют эквивалентные расходы шлака и цемента, т.е. равный набор прочности (505?) обеспечивает 83 кг цемента и 317 кг граншлака ММК; 70 кг цемента и 330 кг граншлака ОХМК; 50 кг цемента икг граншлака 4MB; 43 кг цемента и 357 кг отвального шлака.
Анализ данных графика указывает, что в наборе прочности закладки роль шлаков и, особенно отвальных, незначительная -300 кг отвального шлака дают весго 28# прочности ( для закладки б 4 МПа). Это согласуется с исследованиями В.С.Горшкова и Т.А.Хмелевской / 44 /, которые выявили зависимость между минералогическим составом отвальных шлаков и их вяжущими свойствами в различных условиях твердения при наличии известкового и гипсового активизаторов. Авторами были исследованы 9 групп шлаков, которые были разделены по принципу наличия в них различных минералов - мелилитовне, псевдоволластонитовые, алитовые и т.д. На основании экспериментальных данных установлено, что основные составляющие отвальный шлак минералы гидравлически инертны.
Роль граншлаков в наборе прочности более ощутимая, чем отвальных - 300 кг граншлака дают 38-48$ прочности, что экономитз от 60 до 150кг цемента на І м закладки. Это определяется собственной активностью шлака / 65 /.К.Ю.Репп объясняет активные свойства граншлаков тем, что они на 90-95$ состоят из стекловидной фазы, которая обладает большим запасом внутренней энергии за счет того, что кристаллизационный процесс в них "законсервирован". В отвальном же шлаке стекловидная фаза составляет лишь 15-20$. Остальная масса шлака имеет хорошо развитую кристаллическую структуру. Кристаллы имеют упорядоченное строение, большую плотность упаковки, о чем свидетельствует частота записи рентгенограммы отвального шлака (рис. 2.7). У граншлака рентгенограмма размытая. Таким образом, отвальный шлак в меньшей мере подвержен деструкции, а значит при его гидратации будет меньше новообразований, характерных для вяжущих материалов.
С целью проверки зависимости ( 2.12) провели испытания образцов закладки на граншлаках ОХМК, ЧМЗ, ММК и отвальном доменном с добавкой цемента.
Результаты испытаний образцов приведены на рис. 2.8 и они- -сываются зависимостью:где а - расход цемента на I ми смеси, кг;аЪ эмпирические коэффициенты ( табл. 2.8).
Сравнение показателей расчетной прочности закладки ( по формуле (2.9)) ( рис. 2.9 кривые 1,2,3) с фактической кубиковой прочностью (кривая 4 рис.2.9) показало, что они отличаются на 15-40# для граншлаков и на 15$ для отвального. Этот показатель (коэффициентk ) учитывает прирост прочности за счет внутреннего взаимодействия шлака и цемента. Коэффициент, учитывающий внутреннее взаимодействие шлака с цементом, характеризует увеличение активности шлака при добавлении к нему цемента ( рис. 2.10).
Г.Кюль / П6 / дает следующее объяснение процесса, происходящего при активировании доменных шлаков клинкером. По его мнению в результате этого процесса образуется эттрингит, низво-сульфатный сульфоалюминат, гидроокись алюминия и вторичные гид прочность; 2 - расчетная прочность; 3 - прочность закладки на основе цемента 4 -то же на основе шлаковросиликаты кальция. Вначале при затворении водой подвергается гидролизу оксид кальция с выделением гидрата окиси кальция. Затем в реакцию вступают алюминаты кальция, силикаты же реагируют значительно медленнее. Поэтому алюминаты обусловливают нарастание прочности шлаковых цементов в первые сроки, а силикаты обеспечивают нарастание в более отдаленные сроки.
С учетом коэффициента Д , учитывающего внутреннее взаимодействие шлака с цементом, формула (2.12) запишется в виде:6 = Д(0,044( 2(5сШ + ОИИО"2 1ч156сц), МПа . (2.14) Коэффициент Д , учитывающий внутреннее взаимодействие шлаков и цемента, зависит от их активности и соотношения по массе:гДе 0!tt " Рвсход добавки - цемента на I м3 смеси, кг; а а" - расход шлаков на I м с разной собственной активностью бс ибс соответственно, кг. Зависимость коэффициента внутреннего взаимодействия шлака и цемента от расхода цемента (рис.2.10) описывается зависимостью:
материально-энергетические затрати приготовления закладка на основе различных вяжущих
Выполненные исследования по установлению зависимости изменения прочности закладки на основе шлако- цементного вяжущего от их расхода свидетельствуют, что прочность свыше 3 МПа достигается при добавлении цемента более 3O-I00 кг/м3 к шлакам различ о
ной активности. Расход шлаков при этом составляет 300-370 кг/м . Установленная дифференцированная роль шлака ж цемента в наборе прочности закладки показывает, что 300 кг/м граяшлаков дают 37-47$ прочности, 300 кг/м3 отвального шлака - 28%.
В связи с относительно невысоким проявлением вяжущих свойств шлаков экономическую целесообразность частичной замены цемента шлаками различной активности определяли по материально-энергетическим затратам. Они изменяются в зависимости от стоимости и расхода всех компонентов смеси, с учетом затрат, связанных с подготовкой вяжущего - помол, обжиг, т.д.:Са , 05 - соответственно стоимость I т вяжущего, заполнителя,0ЭЦ- энергоемкость подготовки I т вяжущего, руб;о ,о соответственно расход вяжущего, заполнителя на I м смеси, кг. Изменение материально-энергетических затрат от расхода вяжущих компонентов описывается по следующим зависимостям:для эталонной цементной закладки на стандартном заполнителе:для шлако-цементкойдля закладин на основе местных отходов производства, требующих специальной подготовки, включая их обжиг:
Энергозатраты на помол І т граншлака до удельной поверхности S 2500 скг/г составляют по данным исследований -40квт-ч/т (рис.3.3). Отвальный шлак размалывается труднее гранулированного/92 /. Это объясняется хорошо развитой кристаллической структурой, кристаллы имеют упорядоченное строение, большую плотность упаковки. Это и определяет повышенную их твердость по отношению в граншлаку, который, как правило, состоит на 90-95J& из стекла, а она более хрупка, чем полнокристаллическая фаза отвального шлака этого же состава.
Энергозатраты на помол І т отвального шлака до удельной поверхности S 2500 см2/г составляют 55 квт-ч/т, обожженного доломита - 30 квт-ч/т.
Зависимость материально-энергетических затрат I tr цементной (кривая 5), шлако-цементной (кривые 1-4) закладки приведены на рис.3.4.
Для сравнения материально-энергетических затрат составовна различных связующих определяли их расход на I м3 закладки,при котором достигается равная прочность. Расход цемента дляэталонной закладки в зависимости от прочности определится по
Такой расход определяется на стандартном заполнителе. Однако в практике закладочных работ используются в качестве заполнителя местные отходы» которые , в основном, вызывают снижение прочностных показателей. В табл.3.6 приведены результаты исследований по определению влияния качества заполнителя наи более характерных материалов на прочность закладки.Таблица 3.6 Прочность равноподвижной цементной закладки на нестандартных заполнителях
Компоненты Расход Проч- Нестандартный Коэффициент изме закладки компо- ность заполнитель нения прочностинентов заклад- относительнозаклад- ки в 28 стандартногоки на суток, заполнителя
Увеличение прочности закладки на отходах дробления известняка объясняется, с одной стороны, тем, что на контактной зоне цемента с заполнителем выкристаллизовывается портландит, который эпитаксильно срастается с зернами известняка, что обусловливает прочное сцепление / 93 /. С другой стороны, более крупный гранулометрический состав известняка и соответственно этому меньший расход воды - водовяжущее отношение /Ь 0,75.
Уравнение (2.5), выражающее вяжущие свойства цемента, с учетом нестандартных заполнителей , примет вид:где D - коэффициент, учитывающий качество и гранулометрический состав заполнителя.Расход цемента на I м3 закладки прочностью 4 МПа определится из уравнения (3.8) ( коэффициент я 0,8) 184 кг/м.
Расход цемента на I и3 шлако-цементной закладки прочностью 4 МПа определится из уравнения (2.13) и составит (для граншлака ММК) (х =» 50 кг/м3. Соответственно расход шлака О» 350 кг/м3.материально-энергетические затраты цементной (Оц } и шла-ко-цементной (Ош ) закладки определятся по формулам я соот-ветственно составят: 0 3,2 руб/м; Ош 2,6 руб/м . Таким образом, если 134 кг цемента заменить 350 кг граншлака, то материально-энергетические затраты снизятся на 0,6 руб/м , то есть незначительная роль шлаков в наборе прочности закладки окупается по материально-энергетическим затратам.
При определении эффективности замены граншлаков местными отходами производства сравнивали материально-энергетические затраты шлако-цементной (на основе граншлака НИК) закладки и на основе обожженных доломитов, при прочности 3 МПа.
Материально-энергетические затраты шлако-цементной закладки при расходе цемента с ч» 30 кг/м3 определятся по формуле (3.6) и составляют 2,41 руб/м3, а для закладки на основе обожженных доломитов, расход цемента составит 63 кг/м3 я Со 2,43 руб/м3.
Исследование обожженных доломитов в качестве вяжущего монолитной закладки показало, что они эквивалентны по вяжущим свойствам и экономичности граншлакам.Эффективность широкого использования граншлаков и местных отходов производства в качестве вяжущего ограничивается дальностью их перевозки к закладочным комплексам. Поэтому при разработке составов закладки на их основе необходимо обосновать
Определение возможности использования гидравлически неустойчивых хлорито-серицитовнх сланцев в технологии приготовления закладки
В результате исследований прочностных характеристик искусственного массива камеры 372 выявлено, что его неоднородность и небольшая прочность обусловлены присутствием сланцев в сыпучей закладке. Несмотря на это, на їайском и ІЗурибаевском рудниках имеется тенденция к дальнейшему их использованию не только в качестве сыпучей закладки при инъекционном способе возведения искусственного массива, но и как заполнитель в составах твердеющей закладки.
Отличительной наиболее характерной и принципиальной особенностью сланцев как заполнителя является высокая степень их дисперсности - 5000 - І МЛН.СЇГ/Г, что вызывает перерасход цемента и шлаков, а при инъекционной технологии они не обеспечивают необходимую проницаемость. С другой стороны, эту особенность надо рассматривать полезной, так как в результате взаимодействия минералов, слагающих сланцы, с соединениями щелочных металлов синтезируются кристаллические новообразования/ 80» 109/.
Согласно существующим представлениям о природе вяжущих свойств для прохождения процессов гидратации и твердения вяжущих решающее значение имеет концентрация гидроксильных ионов, то есть щелочная активность применяемых веществ. Она приводит к искаже нию координации, нарушению структуры и в связи с этим оказывает влияние на проявление вязнущих свойств. В итоге композицию материалов: шлакщелочь:сланцы с определенной степенью приближения можно представить как искусственный гранит/110, III/.
В лаборатории закладки МШЇ провели две серии опытов: I -по выявлению прочности монолитной закладки на основе граншлака ММК с добавкой КОН и 2 - по взаимодействию КОН со сланцами при инъекции. В первом и втором случае использовались хлорито-се-рицитовые сланцы проходческих пород Гайского ГОКа (табл.4.4).
Под действием щелочи происходит гидролитическое растворение шлакового стекла и сланцев с образованием щелочных гидросиликатов, которые взаимодействуя с окисью кальция и алюмосиликатной составляющей, образуют гидроалюмосиликаты. Составы закладки первой серии приведены в табл. 4.5.
КОН в количестве 7-10$ по массе шлака позволяет получать бесцементные составы закладки прочностью Q « 3-4,9 МПа.
Под действием щелочи.хлорит-серяцитовые сланцы разлагаются в песчано-гликястую массу. Щелочной раствор обволакивает мельчайшие частицы сланцев и вступает с ними в химическое взаимодействие .
В связи с высокой химической активностью сланцев и их способностью принимать участие в структурообразующих процессах,их следует считать не заполнителем, а активным компонентом.
В ходе исследований было отмечено, что щелочная концентрация раствора влияет на подвижность смеси (рис.4.8). В результате уменьшается водо-вяжущее отношение, а прочность соответственно увеличивается. Полное разложение сланцев фракции 20-40 мм,как показали исследования, происходит за 7-8 часов. Этот фактор следует считать полезным с точки зрения технологии приготовления и транспортирования вяжущих. Водопотребность и водовяжущее отно шение составов зависят от дисперсности заполнителя, тонкости помола шлака и соотношения вяжущее-заполнителз».
При крупности сланцев до 40 мм количество воды для закладки подвижностью 10 см составило 290-370 л/м3. При разложении сланцев изменяется зерновой состав смеси, в результате чего резко уменьшается водовяжущее отношение и соответственно этому подвижность закладки. К моменту разложения сланцев приурочено начало схватывания смеси. Начало схватывания - от 7-8 часов, конец - от 10 до 15 часов.
Отмечено, что составы на сланцах с добавкой щелочи характеризуются высокой интенсивностью твердения. Так, если прочность шлако-цементного вяжущего (360 кг шлака + 40 кг цемента) через 7 суток твердения составляет около 43$ от прочности в 28 суток, то прочность состава шлак + КОН + сланцы - около 70$.
При инъекции хлоритсьсерицитовых сланцев раствором состава шлак:КОН:песок:воды (табл.4.6) получены составы прочностью 6 я 0,6-3 ШЗа (рис. 4.9).
