PL182605B1 - Mieszanina mineralna i mineralno-organiczna, zwłaszcza do wypełniania podziemnych wyrobisk górniczych - Google Patents

Abstract

1. Mieszanina mineralna i mineralno-organiczna, zwłaszcza do wypełniania podziemnych wyrobisk górniczych zawierająca w swym składzie cement wysokoglinowy, siarczan wapnia, cement portlandzki oraz dodatki akcesoryczne przyspieszające tężenie i wspomagające hydratację, znamienna tym, że składa się z cementu wysokoglinowego w ilości 5% do 50%, siarczanu wapnia w ilości 5% do 70% wagowych oraz zawiera do 70% wagowych cementu portlandzkiego i/lub do 15% wagowych wapna i dodatki akcesoryczne w ilości do 10% wagowych, a ponadto bentonit w ilości do 10% wagowych i materiały odpadowe w postaci pyłów i żużli z procesów elektrownianych lub ciepłowniczych w ilości do 70% wagowych

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszanina mineralna i mineralno-organiczna, stosowana zwłaszcza jako mieszanina do wypełniania pustek i uszczelniania podziemnych wyrobisk górniczych, do budowy pasów ochronnych chodników przy ścianowych oraz do budowy tam izolacyjnych i przeciwwybuchowych.

W górnictwie podziemnym, w czasie wydobywania kopalin, często zachodzi konieczność utrzymywania przez dłuższy czas w stanie nienaruszonym wyrobisk przylegających do zrobów. Wyrobiska takie muszą być zabezpieczone zarówno przed ciśnieniem górotworu jak i przed przenikaniem świeżego powietrza do zrobów, a także powietrza ubogiego w tlen, często z metanem, ze zrobów do wyrobisk czynnych kopalni albo też przed podziemnymi wodami kopalnianymi. W tym celu stosowane są różne sposoby zabezpieczenia, między innymi puste wyrobiska wypełniane są różnorodnymi materiałami podsadzkowymi bazującymi

182 605 na piasku ale i zawierającymi często materiały odpadowe, pyły lub żużle, z procesów elektrownianych, metalurgicznych lub ciepłowniczych, budowane są tamy z udziałem cementowych spoiw mineralnych także z dodatkami organicznymi.

Znana jest z opisu patentowego nr 118074 porowata zaprawa anhydrytowa, która zawiera anhydryt, wodę, przyspieszacz wiązania i dodatek powodujący spienienie zaczynu. Stosunek wagowy wody do anhydrytu wynosi 0,20:1-0,35:1, a jako dodatek wywołujący spienienie stosuje się jednozasadowy fosforan metalu, korzystnie fosforan jednosodowy lub jednopotasowy, w ilości 0,2-4% wagowych w stosunku do ciężaru anhydrytu. Porowate materiały anhydrytowe cechują się bardzo korzystnymi parametrami technicznymi, właściwymi dla substancji wypełniających i uszczelniających. Wysoka ekspansja mieszanin mineralno-organicznych zapewnia dokładne wypełnienie przestrzeni, a stwardniała zaprawa anhydrytowa jest tworzywem podatnym na ściskanie. Porowata zaprawa tego typu znajduje szczególne zastosowanie w budownictwie górniczym, a także wszędzie tam, gdzie wymagane jest dokładne uszczelnienie wyrobisk górniczych, ale także pustek powstałych po obwale skał w przestrzeni za obudową górniczą, gdzie dzięki ciśnieniu towarzyszącemu ekspansji możliwe jest rozparcie obudowy i ponowne uzyskanie wstępnej podpomości. Ponadto porowata zaprawa nadaje się do natrysku osłonowego wyrobisk, uszczelniania skał wokół wyrobisk ścianowych w rejonie zawału, wypełniania kasztów oraz doszczelniania innych rodzajów podsadzki. Jednakże wadą znanych mieszanin anhydrytowych jest naturalne zmniejszanie objętości w czasie twardnienia przez skurcz wywołany hydratacją anhydrytu, co w znacznej mierze ogranicza możliwość ich stosowania, zwłaszcza przy budowie obiektów podporowych z powodu malejącego współczynnika podparcia po stwardnieniu mieszaniny.

W celu zmniejszenia wymienionego wyżej niekorzystnego zjawiska stosowane są różnorodne aktywatory, obejmujące zarówno przyspieszenie początku jak i końca twardnienia, a równocześnie powodujące niewielką ekspansję kompensującą naturalny skurcz hydratyzującej zaprawy. W znanej z opisu patentowego nr 160072 zaprawie tynkarskiej zawierającej anhydryt i wypełniacze mineralne, jako aktywatory twardnienia anhydrytu, zwłaszcza na początku wiązania stosuje się cement portlandzki w obecności siarczanów metali alkalicznych, a między innymi siarczanu potasu, siarczanu sodu, ałunu glinowo potasowego lub ich mieszaniny. Natomiast jako aktywator twardnienia zaprawy anhydrytowej w końcowym stadium wiązania stosuje się wodorotlenek wapniowy w postaci wapna suchogaszonego i/lub węglanu wapnia. Wadą tynkowych zapraw anhydrytowych jest fakt, iż po pewnym czasie ulegają one erozji i wierzchnia warstwa wskutek rozkładu wiązań krystalicznych ulega wykruszeniu. Dodatkową niekorzystną cechą jest stosowanie w podobnych spoiwach szkodliwych dla zdrowia aktywatorów.

Mieszanina mineralna według wynalazku zawiera w swym składzie cement wysokoglinowy w ilości 5% do 50% wagowych, siarczan wapnia w ilości 5% do 70% wagowych, cement portlandzki w ilości do 70% wagowych i/lub do 15% wagowych wapna, korzystnie wapna hydratyzowanego lub tlenku wapnia i dodatki akcesoryczne. Jako dodatki akcesoryczne mieszanina zawiera dodatek przyspieszający tężenie w postaci soli metali alkalicznych w ilości do 5% wagowych oraz katalizator hydratacji mieszaniny w postaci soli metali 3 grupy, również do 5% wagowych. Mieszanina ponadto zawiera bentonit w ilości do 10% wagowych i materiały odpadowe w postaci pyłów i żużli z procesów elektrownianych lub ciepłowniczych w ilości do 70% wagowych.

Mieszanina mineralna według wynalazku charakteryzuje się szybkim wiązaniem i szybkim narastaniem wytrzymałości. Cechą charakterystyczną mieszanin tego typu jest wysoki stosunek wody do suchej masy, który określa z kolei wysoką wydajność tego typu mieszanin. Na przykład dla stosunku woda/proszek 2:1 z 1 tony suchej masy uzyskuje się 2 m³ lub więcej mieszaniny wypełniającej. Określa to tym samym niskie koszty transportu i ostatecznie niskie koszty mieszaniny wypełniającej. Możliwe jest to dzięki temu, że woda użyta do wytworzenia mieszaniny wypełniającej zostaje trwale w niej związana, a mieszanina już po kilku godzinach uzyskuje wysoką wytrzymałość. Mieszaniny tego typu można pompować na znaczne

182 605 odległości, pomimo szybkiego ich tężenia. Szybkie tężenie mieszanin pozwala na zastosowanie ich do napełniania elastycznych pojemników, które mogą być wykorzystane jako podpory do zabezpieczania stropu w wyrobisku górniczym. Mieszaniny te mogą być również stosowane do budowy tam bez konstrukcji wzmacniających.

Mieszanina mineralno-organiczna według wynalazku zawiera w swym składzie cement wysokoglinowy w ilości 5% do 50% wagowych, siarczan wapnia w ilości 5% do 70% wagowych, cement portlandzki w ilości do 70% wagowych i/lub do 15% wagowych wapna, korzystnie wapna hydratyzowanego lub tlenku wapnia i dodatki akcesoryczne. Jako dodatki akcesoryczne mieszanina zawiera organiczny dodatek spieniający w ilości 0,1% do 1% wagowych, korzystnie keratynę, dodatek przyspieszający tężenie w postaci soli metali alkalicznych w ilości do 5% wagowych oraz katalizator hydratacji mieszaniny w postaci soli metali 3 grupy, również do 5% wagowych. Mieszanina ponadto zawiera bentonit w ilości do 10% wagowych i materiały odpadowe w postaci pyłów i żużli z procesów elektrownianych lub ciepłowniczych w ilości do 70% wagowych.

Mieszanina mineralno-organiczna charakteryzuje się jeszcze większą wydajnością. Na przykład dla stosunku woda/proszek 2:1 z 1 tony suchej masy uzyskuje się od 7 m³ do 14 m³ mieszaniny wypełniającej. Powyższe uwarunkowane jest faktem uwięzienia w mieszaninie dużych ilości powietrza w postaci mikropęcherzyków, które wytwarzane są już w procesie mieszania składników mieszaniny. Istnieje przy tym zależność między ilością wody a wytrzymałością mieszaniny, im mniej wody tym większa wytrzymałość mieszaniny po jej utwardzeniu. Takie mieszaniny z uwagi na mniejsze wartości wytrzymałości końcowej są przeznaczone zwłaszcza do budowy tam przeciwpożarowych, wentylacyjnych oraz do wypełniania pustek poeksploatacyjnych i ich uszczelniania, lecz generalnie nie są przeznaczone tam, gdzie istnieje bezwzględny wymóg niezawodnego podparcia stropu. Podobnie jak dla mieszaniny mineralnej mieszanina mineralno-organiczna z uwagi na swą wysoką wydajność znacznie zmniejsza koszty transportu do miejsca stosowania. Mieszaniny mineralno-organiczne charakteryzują się brakiem skurczu w czasie wiązania, nie rozwarstwiają się, są łatwe w stosowaniu, wydatnie zmniejszają pracochłonność robót górniczych.

Receptury mieszanin mineralnych T1, T2 i mieszanin mineralno-organicznych D1, D2 o korzystnych właściwościach aplikacyjnych, wyznaczone przez procentowy udział wagowy poszczególnych składników w stanie suchym, są bliżej opisane w podanych poniżej przykładach wykonania, wyszczególnionych w tabeli 1 i tabeli 2.

Tabela 1

Skład mieszanin mineralnych T1, T2 i ich właściwości

Składniki	T1	T2
cement wysokoglinowy	30,0	25,0
cement portlandzki	-	32,0
wapno hydratyzowane	4,0	0,5
siarczan wapnia	42,0	30,0
sól metalu alkalicznego	1,0	0,5
sól metalu III grupy	1,5	-
bentonit	5,0	5,0
żużel	16,5	7,0
Właściwości mieszanin przy stosunku wody do	pozostałych składników jak 2:1
czas tężenia [min]	5	5
wytrzymałość na ściskanie po 2 godzinach [MPa]	1,90	1,20
wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach [MPa]	4,5	6,0
3 gęstość [g/cm ]	1,27	1,27

182 605

Tabela 2

Skład mieszanin mineralno-organicznych D1, D2 i ich właściwości.

Składniki	D1	D2
cement wysokoglinowy	28,0	28,0
cement portlandzki	-	32,0
wapno hydratyzowane	7,0	-
siarczan wapnia	42,0	30,0
sól metalu alkalicznego	0,5	0,4
sól metalu III grupy	1,5	2,0
bentonit	-	3,0
keratyna	0,4	0,25
żużel	20,6	4,35
Właściwości mieszanin przy stosunku wody do pozostałych składników jak 2:1
czas tężenia [min]	3	3
wytrzymałość na ściskanie po 2 godzinach [MPa]	0,03	0,04
wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach [MPa]	0,25	0,20
3 gęstość [g/cm ]	0,4	0,3

Mieszaniny według wynalazku wprowadza się do miejsca lokowania za pomocą specjalnych agregatów mieszająco-pompujących, których zadaniem jest nie tylko właściwe wymieszanie suchej masy z wodą, a w przypadku mieszanin mineralno-organicznych (D1, D2) ich właściwe napowietrzenie, ale i przepompowanie na znaczne odległości, dochodzące do kilkuset metrów. Z uwagi na krótki czas tężenia mieszanin, wynoszący 2 minuty do 15 minut w temperaturze 25°C oraz ich ciężar właściwy, wystarczające okazuje się zabezpieczenia miejsca wypełniania pustek lub uszczelniania wyrobisk tkaniną nieprzepuszczalną, korzystnie tkaniną lutniową lub płótnem wentylacyjnym przymocowanym na przykład do elementów obudowy. Przy konstrukcji tam, najpierw wykonuje się ażurową tamę deskową, uszczelnioną od wewnątrz tkaniną, a w przypadku wykonywania tam wybuchowych w pierwszej kolejności wykonuje się tamę ryglową od strony inicjacji ewentualnego wybuchu, a z drugiej strony tamę deskową. Z tkaniny nieprzepuszczalnej mogą być wykonane także pojemniki wyposażone w otwory napełniające i odpowietrzające. Pojemniki takie umieszcza się przy obudowie od strony zrobów lub w wyrwach w stropie lub ociosie, które po napełnieniu półpłynną masą dokładnie wypełniają wszystkie nierówności powierzchni calizny górotworu, tworząc tym samym szczelną zaporę dla przenikania powietrza lub wody przez zroby. Natomiast poprzez odpowiednie dobranie składników masy wypełniającej, uzyskuje się większą lub mniejszą podpomość, która w konkretnych warunkach skutecznie chroni wyrobisko przyścianowe przed wzmożonymi naprężeniami górotworu na styku wyrobisko - zawał.

182 605

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz Cena 2,00 zł.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mieszanina mineralna i mineralno-organiczna, zwłaszcza do wypełniania podziemnych wyrobisk górniczych zawierająca w swym składzie cement wysokoglinowy, siarczan wapnia, cement portlandzki oraz dodatki akcesoryczne przyspieszające tężenie i wspomagające hydratację, znamienna tym, że składa się z cementu wysokoglinowego w ilości 5% do 50%, siarczanu wapnia w ilości 5% do 70% wagowych oraz zawiera do 70% wagowych cementu portlandzkiego i/lub do 15% wagowych wapna i dodatki akcesoryczne w ilości do 10% wagowych, a ponadto bentonit w ilości do 10% wagowych i materiały odpadowe w postaci pyłów i żużli z procesów elektrownianych lub ciepłowniczych w ilości do 70% wagowych.
2. 2. Mieszanina według zastrz. 1, znamienna tym, że jako wapno stosowane jest korzystnie wapno hydratyzowane lub tlenek wapnia.
3. 3. Mieszanina według zastrz. 1, znamienna tym, że jako dodatki akcesoryczne mieszanina zawiera dodatek przyspieszający tężenie w postaci soli metali alkalicznych w ilości do 5% wagowych oraz katalizator hydratacji mieszaniny w postaci soli metali 3 grupy w ilości do 5% wagowych.
4. 4. Mieszanina mineralna i mineralno-organiczna zawierająca w swym składzie cement wysoko-glinowy, siarczan wapnia, cement portlandzki, dodatki akcesoryczne przyspieszające tężenie i wspomagające hydratację oraz dodatek spieniający zaczyn, znamienna tym, że składa się z cementu wysokoglinowego w ilości 5% do 50% wagowych, siarczanu wapnia w ilości 5% do 70% wagowych oraz zawiera do 70% wagowych cementu portlandzkiego i/lub do 15% wagowych wapna i dodatki akcesoryczne w ilości do 11% wagowych, a ponadto bentonit w ilości do 10% wagowych i materiały odpadowe w postaci pyłów i żużli z procesów elektrownianych lub ciepłowniczych w ilości do 70% wagowych.
5. 5. Mieszanina według zastrz. 4, znamienna tym, że jako wapno stosowane jest korzystnie wapno hydratyzowane lub tlenek wapnia.
6. 6. Mieszanina według zastrz. 4, znamienna tym, że jako dodatki akcesoryczne mieszanina zawiera dodatek przyspieszający tężenie w postaci soli metali alkalicznych w ilości do 5% wagowych oraz katalizator hydratacji mieszaniny w postaci soli metali 3 grupy w ilości do 5% wagowych oraz organiczny dodatek spieniający, korzystnie keratynę w ilości 0,1% do 1 % wagowy.