Российские учёные разработали инновационный материал для заполнения выработанных пространств в шахтах. В основе композита техногенные отходы. Это снижает затраты, повышает прочность и поддерживает принципы циркулярной экономики.
С переходом к глубоким подземным работам возрастает потребность в прочных и экономичных материалах для заполнения пустот, чтобы обеспечить безопасность и устойчивость горных выработок. Исследователи предлагают использовать промышленные отходы вместо традиционного цемента для создания заполнителей высокой прочности и низкой стоимости.
Авторы работы изучили состав и свойства композитных смесей, в которых основой стали отходы угледобычи. В качестве наполнителя использовали дроблёные отходы горных пород, а в роли заменителя цемента — золы из обогащения. Смеси усиливали добавками: наномодифицированным диоксидом кремния и стекловолокном, которые усиливают структуру материала и улучшают механические характеристики.
Эксперименты на разных этапах отвердевания показали, что оптимальные комбинации компонентов повышают прочность материала по сравнению с составами только на основе золы. Например, смесь с добавлением и наномодифицированного кремния, и стекловолокна демонстрирует более устойчивые изменения в прочностных характеристиках на всем протяжении испытаний.
Микроструктурный анализ выявил, что добавки улучшают формирование гидрата кальция кремнезёма (C-S-H), создают плотную структуру и уменьшают пористость, что особенно важно для долговечности заполнителя под тяжёлой нагрузкой. Присутствие стекловолокна дополнительно связывает компоненты и препятствует распространению микротрещин.
Кроме технических преимуществ, предложенный материал отвечает принципам циркулярной экономики, поскольку минимизирует потребность в добыче свежих ресурсов, перерабатывает техногенные отходы и снижает нагрузку на окружающую среду. Применение отходов угледобычи в подобных композитах помогает уменьшить объёмы свалок и потенциальные экологические риски.
Разработка устойчивого заполнителя из отходов горнодобывающей промышленности открывает новые возможности для повышения безопасности подземных работ и сокращения затрат на материалы. Внедрение таких композитов может стать важным шагом к устойчивому развитию горной отрасли.
Источник: MDPI
