В 2005 году специалисты кафедры ГСХ БГТУ им. В.Г. Шухова получили заявку на разработку составов бетонных смесей для закладки выработанного пространства Яковлевского рудника в Белгородской области. Сложность задачи состояла в том, что отработка Яковлевского железорудного месторождения производится под неосушённым нижекарбоновым водоносным комплексом без сооружения водонепроницаемых перемычек, кроме того, в связи с высокой себестоимостью добычи, в целях экономии денежных средств необходимо проверить возможность и дать рекомендации по применению для закладки местных материалов.

Предложенные заказчиком для изучения следующие материалы:

– Портландцемент Белгородского цементного завода типа ПЦ 500;

– молотый шлак Оскольского электрометаллургического комбината;

– песок из карьера Яковлевского рудника (модуль крупности – до 1, содержание илистых и глинистых частиц – более 15%);

– модифицирующие добавки;

– вода из скважин Яковлевского рудника.

Для возможности выполнения работы по договору предварительно проведён патентный поиск за 30 последних лет с целью выбора прототипа наиболее рационального состава закладочной смеси со свойствами, подобными требуемым заказчиком. В результате поиска было выявлено более 250 патентов, однако, после детального их рассмотрения, для дальнейшего изучения отобрано 17 патентов, зарегистрированных на территории РФ, результаты, рассмотрения которых приведены в настоящей публикации.

В патенте №2001118530 «Состав закладочной смеси» приведен состав закладочной смеси, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 2,4 – 7,6, измельченный гранулированный доменный шлак 4,5 – 10,7 крупностью не более 0,1 мм, отвальный продукт гидрометаллургического производства цинка, состоящий из натриевого или калиевого ярозита 4-5, инертный заполнитель 56 – 60, вода – остальное. При этом соотношение массы шлака к цементу – 0,8-3,7.

В патенте №2001104570 «Закладочный материал и способ укладки его в выработанное пространство» закладочная смесь, включает дробленую скальную породу с гранулометрическим составом, обеспечивающим после вибрационной укладки ее в выработанное пространство образование заложенного массива с пористостью 7-15%, а в качестве твердеющей смеси – инъецированный в его поры твердеющий раствор.

В патенте № 2001100884 «Состав закладочной смеси» приведен состав, включающий цемент, молотый доменный гранулированный шлак, инертный заполнитель и воду. В качестве инертного заполнителя использованы аморфные осадки нейтрализации серной кислоты известняком, предварительно обработанные водным раствором сульфата железа (III) состава Fe(OH)SO₄ и водой, при следующем соотношении компонентов, мас. %: цемент - 4,0 - 6,8, молотый доменный гранулированный шлак (III) - 9,7 - 16,5, аморфные осадки нейтрализации серной кислоты известняком - 31,7 - 40,8, водный раствор сульфата железа (III) в пересчете на сухую соль Fe(OH)SO₄) - 1,2 - 2,0, вода – остальное.

В патенте № 2000107674 «Состав закладочной смеси» приводится состав, содержащий цемент, поверхностно-активную добавку, заполнитель и воду, кроме того, он дополнительно содержит аморфные осадки очистки промышленных сточных вод на основе сульфата кальция. В качестве поверхностно-активной добавки в нем используется бактериальная добавка, содержащая продукты окисления водных растворов сульфата железа (II) и / или пульпы соединений, содержащих железо и серу, в присутствии микроорганизмов Tiobacillus ferrooxidans при следующем соотношении компонентов, вес. %: цемент - 4 - 10,5, бактериальная добавка - 0,55 - 10,2, аморфные осадки очистки примышленных сточных вод на основе сульфата кальция - 10,0 - 60,0, заполнитель - 12,5 - 72,0, вода - остальное. При этом количество бактериальной добавки определяют зависимостью