Выбор химических добавок для твердеющих закладок, улучшающих режим подачи трубопроводным транспортом

Изучение реологических свойств закладочных смесей позволяет оценить транспортабельность смесей по трубопроводу. С учетом полученных данных возможна корректировка составов закладки: изменение количества воды в смеси, введение специальных добавок, что позволит улучшить прочностные свойства и однородность искусственного массива.

Исследование характеристик закладочных смесей производится по ГОСТ 5802-73 "Растворы строительные.  Методы испытаний".  При этом определили:

• подвижность свежеприготовленного раствора по глубине погружения конуса;
• объемную массу;
• кривые течения закладочной смеси с помощью ротационного вискозиметра RHEOTEST-2 (ГДР) с рабочим органом цилиндр-цилиндр;
• механические типы структуры суспензии отходов обогатительной фабрики  с применением прибора типа Вейлера-Ребиндера с бесконтактной системой измерения перемещения рифленой пластинки в лоскопараллельном зазоре.

При разработке оптимальных составов для улучшения реологических свойств разработан ряд способов активации закладочных смесей или их компонентов:

• доизмельчение (домол) вяжущих;
• воздействие вибраций;
• электромагнитная обработка;
• введение химических добавок.

В нашей работе рассматривался последний из способов активации: введение химических добавок.

Закладочные материалы, используемые при создании искусственных целиков, должны обладать комплексом необходимых реологических свойств в соответствии с требованиями по их эксплуатации в реальных условиях.

В процессе закладывания целикового массива, закладочный раствор почти непрерывно находится в движении, следовательно, независимо от условий окружающей среды (температуры, давления) его свойства должны обеспечивать хорошую подвижность в течение заданного временя. Закладочный раствор должен оставаться в текучем состоянии в течение всего времени, необходимого для его транспортирования в закладываемую камеру, после чего он должен затвердевать возможно быстрее (т.е. требуется быстрый рост значения модуля упругости Е и предельного значения сдвига   T0). Кроме того, закладочные растворы должны обладать минимальной водоотдачей, расслаиваемостью, обеспечивающей стабильность раствора и в состоянии покоя, и при движении, хорошей адгезией к горным породам.

Для улучшения реологических характеристик твердеющей закладки, как правило используются поверхностно-активные добавки, пластификаторы и суперпластификаторы. Присутствие в закладочной смеси этих добавок способствует снижению водовяжущего отношения, являющегося одним из основных критериев повышения прочностных характеристик твердеющего раствора.  При этом закладка остается с заданной пластичностью, легко подается по вертикальному и горизонтальному ставу закладочного трубопровода, является однородной по своему составу.

В качестве поверхностно-активной добавки использовали последрожжевую бражку (ПДБ) Гайского дрожжевого завода, щелочной сток производства капролактама (ЩСПК) (отходы азотной промышленности) Куйбышевского и Оренбургского объединений «Азот» и олигомерный продукт на основе натриевых солей сульфокислот нафталина.

Заполнителем служили мелкодисперсные отходы фракции 0,04 мм (хвосты обогатительной фабрики Гайского ГОКа) сухой и мокрой магнитной сепарации.

 
Рис. 1.  Дифференциальная функция распределения гранулометрического состава (класс 0,41 – 0 мм) хвостов обогащения Гайского ГОКа.

Рис. 2.  Интегральная функция распределения гранулометрического состава (класс 0,41 – 0 мм) хвостов обогащения Гайского ГОКа.

 

Рис. 3. Дифференциальная функция распределения гранулометрического состава (класс 0,41 – 0 мм) хвостов обогащения Гайского ГОКа после механической обработки в смесителе фирмы “FRITSCH” (Германия)

 
Рис. 4. Интегральная  функция распределения гранулометрического состава (класс 0,41 – 0 мм) хвостов обогащения Гайского ГОКа после механической обработки в смесителе фирмы “FRITSCH” (Германия)

Установление прочностных характеристик твердеющей закладки проводилось согласно ГОСТ 10180-78, реологических показателей осуществлялось с учетом требований ГОСТ 3102-76 (тонкость помола вяжущего), ГОСТ 5802-86 (подвижность), ГОСТ -1581-63 (растекаемость, расслаиваемость).

Было проведено несколько серий экспериментов при различном соотношении вяжущего. Получено несколько составов закладочной смеси. Процентное содержание химических добавок так же изменялась. Подвижность материала удовлетворительная и составила – 10,5 см. Водовяжущее отношение для первой серии опытов составило – 1,4 для последующих – в среднем 3,5. Расслаиваемость полностью удовлетворяет требованиям ГОСТ для первой серии опытов и превышает его значение во второй и последующих сериях,  достигая значения 52,1.

Но испытания на прочность показали увеличение сроков схватывания. Удлинение сроков схватывания связано с взаимодействием компонентов закладки. Они после затворения образуют алюминаты и силикаты щелочного металла, благодаря чему формируется поликристаллическая структура в твердеющем вяжущем и снижается в растворе концентрация ионов щелочного металла, что увеличивает сроки схватывания.

М.М. Хайрутдинов – канд. техн. наук, доцент МГГУ