ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВЫХ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 1994 года по МПК E21D11/10 E21D21/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для упрочнения породного массива горных выработок методом нагнетания.

Для укрепления породного массива известны органо-минеральные составы, включающие жидкое стекло и полиизоцианат. Эти составы обладают высокой проникающей способностью, применяются для упрочнения грунта.

Известен способ получения неоргано-органических пластмасс (НОП) на основе органического компонента - полиизоцианата с содержанием NCO-групп 28-33% и неорганического водного раствора силиката щелочного металла с использованием вспомогательных добавок: газообразователей, ингибиторов, пигментов, антипирентов, антистарителей, фунгицидов, пластификаторов и наполнителей. В результате взаимодействия всех этих компонентов через 85 ч образуется вязкоэластичный пенопласт, имеющий предел прочности при сжатии 0,77 МПа. Пластмассы пригодны для упрочнения пород, воздухоизоляции.

Недостатком данного состава является многокомпонентность и низкая прочность.

Известен состав для закрепления грунтов, включающий жидкое натриевое стекло и отвердитель - полиизоцианата. Реакция между указанными компонентами идет очень медленно. В результате лабораторных исследований данного состава установлено, что при равном весовом взаимодействии жидкого натриевого стекла и полиизоцианата (50-50) образуется материал с более высокой прочностью на сжатие - 3,8 МПа.

Недостатками известного состава является длительное время отверждения и хрупкость.

Наиболее близкой к предлагаемой сущности и достигаемому результату (по техническим решениям) является холоднотвердеющая смесь, включающая жидкое стекло, полиизоцианат, ненасыщенный полиэфир МГФ-9 и катализатор УП 606/2.

Однако в данном составе массовые соотношения между компонентами не позволяет использовать его в качестве скрепляющего состава для упрочнения горных пород, т.к. не обеспечивают достаточной механической прочности и адгезии к породам.

Поставленная цель достигается тем, что в состав для упрочнения неустойчивых горных пород, включающий полиизоцианат на основе дифенилметандиизоцианата, ненасыщенный полиэфир олигоэфиракрилат МГФ-9 в виде α,10 -метакрил-бис(триэтиленгликоль)-фталата, жидкое натриевое стекло, катализатор УП606/2-2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол вводят пластифицирующие добавки: гидроокись натрия и трихлорэтилофосфат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Натриевое жидкое стекло 50,0 Полиизоцианат 50,0 Олигоэфиракрилат МГФ-9 8,7-21,2 Гидроокись натрия 3,6-6,5 Трихлорэтилфосфат 5,7-11,4 Катализатор УП606/2 0,17-0,20
Сопоставительный анализ предлагаемого состава с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав отличается от известного введением новых компонентов: гидроокиси натрия (ГОСТ 2263-79) в жидкое и натриевое стекло и трехлорэтилфосфата (ТУ 6-05-1611-78) в полиизоцианат и их весом отношением.

Таким образом, заявляемый состав соответствует критерию "новизна". Совокупность отличительных признаков, включающая совместное применение в определенных весовых соотношениях МГФ-9, гидроокиси натрия, трихлорэтилфосфата и УП 606/2, в известных технических решениях ранее не использовалась и приводит к повышению разрушающего напряжения при сжатии и отрыве, что соответствует критерию "существенных отличий".

Введение гидроокиси натрия в жидкое стекло способствует понижению силикатного модуля.

В органо-минеральных составах с низкомодульным жидким стеклом характерна повышенная концентрация катионов натрия, в результате чего происходит сдвиг конкурирующих реакций в сторону образования большей доли триизоциануратных структур. Соды, в являющейся разрыхляющим элементов структуры, будет меньше и преимущественно образуются моно- и дисиликатных. Вследствие этого материалы с низкомодульным жидким стеклом имеют высокие физико-механические показатели.

Добавка пластификатора трихлорэтилфосфата способствует созданию эластичных структур в композите, что соответственно обеспечивает необходимую деформативность и увеличивает адгезионные силы материала.

Таким образом, протекающие в предлагаемом составе при структурировании множество конкурирующих реакций, образуют полиуретаны, триизоцианураты, которые обеспечивают прочностные и адгезионные показатели. Это позволяет сделать вывод, о соответствии критерию изобретения "существенные отличия".

Предлагаемый состав состоит из двух рабочих жидкостей (компонентов). Компонент А содержит жидкое натриевое стекло с гидроокисью натрия, смесь которых приготавливается заранее, и катализатор УП606/2. Компонент Б (изоцианатная часть) включает полиизоцианат, олигоэфирокрилат МГФ-9 и трихлорэтилфосфат. Время потери текучести композиции 8-15 мин.

В лабораторных условиях установлена оптимальная рецептура предлагаемого состава, отвечающая требованиям, предъявляемым к нагнетательным составам для упрочнения породного массива.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава в лаборатории были подготовлены 16 смесей ингредиентов, четыре из которых показали оптимальные результаты. Варианту предлагаемого состава с различным весовым отношением ингредиентов и известного состава представлены в табл. 1.

Выбор оптимального соотношения компонентов состава основан на результатах прочностных и адгезионных показателей отвержденного материала. Предлагаемые варианты органо-минерального состава испытывались на прочность при сжатии по ГОСТ 4551-82 и прочность при отрыве в толщине слоя 2 мм через 6 и 24 ч согласно ГОСТа 14760-69 (табл. 2).

Приведенные в таблицах данные подтверждаются актом испытаний заявляемого состава, прилагаемым к настоящей заявке.

Анализ данных показал, что варианты 11-14 (табл. 1,2) предлагаемого состава с граничными значениями гидроокиси натрия 3,6-6,5 мас.ч. и трихлорэтилфосфат 5,7-11,4 мас.ч. обладают достаточными прочностными и адгезионными характеристиками отвержденного материала, что соответственно обеспечивает выполнение требований предъявляемых к составам для упрочнения неустойчивых горных пород методом нагнетания: предел прочности при сжатии через 6 ч не менее 10-12 МПа и предел прочности при отрыве через 6 ч не менее 1,0 МПа.

В составах вариантов 11-14 через 1 сут предел прочности при сжатии составляет 22,4-25,4 МПа и адгезия 1,43-1,61 МПа, что превышает данные характеристики составов, не содержащего их и прототипа в 3 раза. Именно совместное введение и данное весовое соотношение этих добавок позволяет получить высокие прочностные и адгезионные характеристики составов.

Предлагаемый состав предназначен для упрочнения породных массивов горных выработок угольных шахт. Предполагаемый годовой объем применения 500 т.

Использование: изобретение относится к полимерным композициям, применяемым для упрочнения горных выработок и подземных сооружений методом нагнетания. Сущность: жидкое натриевое стекло вводят гидроокись натрия и катализатор УП 606/2, а в полиизоцианат-олигоэфиракрилат МГФ-9 и трихлорэтилфосфат при следующем соотношении компонентов, мас.ч: жидкое натриевое стекло 50,0; полиизоцианат 50,0; олигоэфиракрилат МГФ-9 8,7 - 21,2; гидроокись натрия 3,6 - 6,5; трихлорэтилфосфат 5,7 - 11,4; катализатор УП 606/2 0,17 - 0,20. 2 табл.

ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВЫХ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий жидкое натриевое стекло, полиизоцианат, олигоэфирокрилат МГФ-9 и катализатор УП 606/2, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных и адгезионных сил, состав дополнительно содержит платифицирующие добавки - гидроокись натрия и трихлорэтилфосфат при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Жидкое натриевое стекло 50
Полиизоцианат 50
Олигоэфирокрилат МГФ-9 8,7 - 21,2
Гидроокись натрия 3,6 - 6,5
Трихлорэтилфосфат 5,7 - 11,4
Катализатор УП 606/2 0,17 - 0,20