PL231233B1 - Mieszanina do poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego - Google Patents

Abstract

Mieszanina składa się z 10% do 90% objętościowych części stałych, o udziale od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu poniżej 1 mm, od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 1 - 5 mm i od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 5 - 10 mm oraz ma od 10% do 90% części objętościowych produktów mineralnej karbonatyzacji ubocznych produktów spalania z kotłów fluidalnych i/lub/pyłowych i/lub rusztowych, powstających w procesie chemicznej reakcji ubocznych produktów spalania z ditlenkiem węgla, charakteryzujących się zawartością wolnego tlenku wapnia poniżej 1%, zmieszanych z wodą w stosunku objętościowym od 0,1:1 do 10:1.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mieszanina do poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego.

Rekonsolidacja rumowisk zawałowych jest procesem tworzenia się nośnej warstwy rumowiska zawałowego w wyniku wtórnego scalania i wzajemnego powiązania się rumowiska, umożliwiając utrzymanie stropu wyrobiska górniczego.

Znane metody poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego opierają się w głównej mierze na zatłaczaniu do strefy zawału mieszanin zestalających na bazie popiołu lotnego z kotłów fluidalnych i mułów popłuczkowych zmieszanych z wodą. Stosowane mieszaniny to popiół z wodą w stosunku objętościowym 1:1 oraz popiół i odpad mułowy z wodą w stosunku objętościowym 1:1,2:1,1.

Zakres stosowania mieszanin zestalających na bazie odpadów mułowych i ubocznych produktów spalania zmieszanych z wodą i ich często ograniczona skuteczność wynika z braku możliwości uzyskania odpowiedniej jednorodności i stabilności struktury w strefie zawału, a co za tym idzie uzyskania parametrów wytrzymałościowych stropu zapewniających bezpieczeństwo dla pracujących górników. Badania stopnia rekonsolidacji gruzowiska zawałowego pobranego bezpośrednio ze strefy prowadzonych robót, pod wcześniej eksploatowanym w systemie na zawał pokładem pokazują, że stopień zestalenia, którego miarą jest wytrzymałość na rozciąganie, jest niewystarczający do bezpiecznego kontynuowania prac wydobywczych. Wytrzymałość na rozciąganie dla nacisku jednostkowego 20,0 MPa dla próbek o różnej zawartości skał typu ilastego wynosi od 0,0285 do 0,0827 MPa.

Z opisu patentowego PL 170766 znana jest masa uszczelniająca, zwłaszcza podłoże składowisk otwartych, która zawiera 50-98 części wagowych suchych popiołów lotnych powstałych w procesie spalania węgli kamiennych w kotłach pyłowych, 50-150 części wagowych wody oraz 2-50 części wagowych gliny i/lub iłu, przy czym korzystnie połowa masy gliny i iłu ma uziarnienie poniżej 20 μm. W przykładzie zamieszczonym w opisie podano, że masa uszczelniająca podłoże składowiska składa się z 90 części wagowych suchych popiołów lotnych z 28% udziału ziaren poniżej 20 μm oraz z 10 części wagowych iłu z udziałem 90% ziaren poniżej 20 μm oraz z 70 części wagowych wody.

Z opisu patentowego PL 214483 znana jest mieszanina do poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego w trakcie wybierania pokładu węgla na warstwy systemem zawałowym w kopalniach głębokich, zawierająca od 10% do 90% objętościowych popiołu lotnego z kotłów fluidalnych, zmieszanego z wodą w stosunku objętościowym 1:1, od 10% do 90% objętościowych części stałych, o udziale od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu poniżej 1 mm, od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 1-5 mm oraz od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 5-10 mm.

Mieszanina do poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego, zawierająca od 10% do 90% objętościowych części stałych, o udziale od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu poniżej 1 mm, od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 1-5 mm oraz od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 5-10 mm, ma według wynalazku, od 10% do 90% części objętościowych produktów mineralnej karbonatyzacji ubocznych produktów spalania z kotłów fluidalnych i/lub/pyłowych i/lub rusztowych, powstających w procesie chemicznej reakcji ubocznych produktów spalania z ditlenkiem węgla, będących mieszaniną drobnoziarnistych frakcji mineralnych, charakteryzujących się zawartością wolnego tlenku wapnia poniżej 1%, zmieszanych z wodą w stosunku objętościowym od 0,1:1 do 10:1.

Mieszanina, z dobranym ilościowo i jakościowo składem według wynalazku, wykazuje nieoczekiwanie wytworzenie się, w wyniku reakcji między węglanem wapnia z glinianami wapnia, uwodnionych węglanoglinianów wapnia. Powstające na powierzchni ziaren frakcji stałej uwodnione węglanogliniany wapnia zwiększają chropowatość ich powierzchni, a tym samym nieoczekiwanie zwiększają wytrzymałość wiązania między poszczególnymi ziarnami skał typu ilastego. Skraca to proces wiązania poszczególnych składników mieszaniny, a tym samym pozwala na uzyskanie w krótszym czasie odpowiednich właściwości fizyko-mechanicznych uzyskanego rekonsolidatu i znaczącą poprawę stopnia rekonsolidacji gruzowiska zawałowego. Wynalazek umożliwia wykorzystanie do wytwarzania mieszaniny do poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego produktów mineralnej karbonatyzacji ubocznych produktów spalania z kotłów fluidalnych, i/lub/pyłowych i/lub rusztowych powstających w procesie chemicznej reakcji ubocznych produktów spalania z ditlenkiem węgla, na przykład w reaktorach zasilanych gazem łub spalinami zawierającymi ditlenek węgla. Materiały te, będące mieszaniną drobnoziarnistych frakcji mineralnych o właściwościach puculanowych i hydraulicznych, charakteryzują się zawartością wolnego tlenku wapnia poniżej 1%. Taka zawartość korzystnie wpływa na właściwości tego materiału,

PL 231 233 B1 poprzez ograniczenie niekontrolowanej, podwyższonej, w przypadku popiołów, zawartości wolnego tlenku wapnia. Ponadto, otrzymana mieszanina do poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego według wynalazku jest wytwarzana wyłącznie z surowców odpadowych, co umożliwia również ograniczenie ilości odpadów powstających w procesie wydobywania węgla, zwłaszcza odpadów skalnych. Przy nacisku jednostkowym wynoszącym 20,0 MPa, dla optymalnej próbki mieszaniny rekonsolidacyjnej, zawierającej produkty mineralnej karbonatyzacji ubocznych produktów spalania z kotłów fluidalnych, i/lub/pyłowych i/lub rusztowych powstających w procesie chemicznej reakcji ubocznych produktów spalania z ditlenkiem węgla oraz drobno i gruboziarniste odpady skał typu ilastego z zakładów przeróbczych, wytrzymałość na rozciąganie wynosi 0,246 MPa. Mieszanina wykazuje również nieoczekiwanie korzystne działanie jako materiał polepszający właściwości fizykomechaniczne górotworu i doszczelniający strukturę skał zawałowych wyrobiska górniczego kopalni, a tym samym zmniejszający zagrożenie powstawaniem pożarów endogenicznych.

Przykładowy skład mieszaniny według wynalazku przedstawia poniższa tabela

Lp.	Składniki	Udział [cz. obj.]	Uwagi
1	Produkt mineralnej karbonatyzacji ubocznych produktów spalania biomasy z kotła fluidalnego, o zawartości wolnego tlenku wapnia poniżej 1%, zmieszany z wodą w stosunku objętościowym 1:1	35	Średnia wartość wytrzymałości na rozciąganie dla nacisku jednostkowego 20 MPa = 0,246 [MPa] Średnia wytrzymałość na ściskanie = 4,10 [MPa]
2	Części stałe (33% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu poniżej 1 mm, 17% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 1-5 mm oraz 50% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 5-10 mm)	65

Wytwarzanie mieszaniny prowadzi się w aparacie zapewniającym właściwe wymieszanie składników. Mieszanie prowadzi się do uzyskania jednorodnej mieszanki.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Mieszanina do poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego, zawierająca od 10% do 90% objętościowych części stałych, o udziale od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu poniżej 1 mm, od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uzia rnieniu 1-5 mm oraz od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 5-10 mm, znamienna tym, że ma od 10% do 90% części objętościowych produktów mineralnej karbonatyzacji ubocznych produktów spalania z kotłów fluidalnych i/lub/pyłowych i/lub rusztowych, powstających w procesie chemicznej reakcji ubocznych produktów spalania z ditlenkiem węgla, charakteryzujących się zawartością wolnego tlenku wapnia poniżej 1%, zmieszanych z wodą w stosunku objętościowym od 0,1:1 do 10:1.