СОСТАВ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 1994 года по МПК E21D21/00 

Предложение относится к горной промышленности, в частности к технологии химического упрочнения неустойчивых горных пород. Известны полиуретановые составы для упрочнения горных пород, включающие полиэфирный и полиизоцианатный компоненты, которые при смешивании образуют пенополиуретан.

Недостатком этих составов является то, что они пригодны для упрочнения только сухих пород и не обеспечивают качественное упрочнение обводненных пород.

Вода отрицательно влияет на качество полиуретановых составов, так как между водой и полиизоцианатным компонентом происходит реакция с образованием малопрочного материала - поликарбамида.

Известен ускоренный полиуретановый состав в котором полиэфирный компонент содержит больше катализатора.

В этом составе происходит ускоренная реакция основной части полиизоцианатного компонента с полиэфирным компонентом, благодаря чему упреждается вредное воздействие воды.

Недостатком этого состава является весьма быстрое схватывание раствора, в следствие чего в инъецируемые шпуры нагнетают ограниченные объемы полиуретана, и раствор распространяется на малые расстояния вокруг шпуров, что приводит к увеличению объема бурения шпуров и частому включению и отключению нагнетательной установки.

Целью изобретения является повышение качества упрочнения обводненных пород полиуретановыми составами.

Поставленная цель достигается тем, что в полиуретановый состав включающий полиэфирный и полиизоцианатный компоненты, в полиэфирный компонент вводят олигоэфиракрилат МГФ-9 при следующем соотношении ингредиентов, об.ч. : Полиэфирный компонент 88-98 Олигоэфиракрилат МГФ-9 2-12 Полиизоцианатный компонент 100
Олигоэфиракрилат МГФ-9 относится к ненасыщенным полиэфирам и представляет собой прозрачную жидкость от янтарного до коричневого цвета. Олигоэфиракрилат обладает стабилизирующими и пластифицирующими свойствами. Вводится в пластмассы для улучшения их механических и деформационных свойств. Олигоэфиракрилат МГФ-9 имеет меньшую вязкость в сравнении с полиэфиром и полиизоцианатом.

При смешивании с полиизоцианатом разбавленного олигоэфиракрилата полиэфирного компонента получается более устойчивая полиуретановая смесь, которая противостоит реакции взаимодействия полиизоцианата с водой. Кроме того замедляется гелеобразование раствора, а отрицательное влияние воды на механические свойства полиуретана снижается.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый полиэфирный состав отличается от известного тем, что в полиэфирный компонент вводят олигоэфиракрилат МГФ-9 при вышеуказанном соотношении инградиентов. Таким образом, предлагаемый полиуретановый состав соответствует критерию "новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями позволило выявить в нем признаки отличающие заявляемое решение от прототипа, при этом новая совокупность признаков обусловила свойства, заключающиеся в повышении качества упрочнения обводненных пород, что позволяет сделать вывод о соответствии критерия изобретения изобретательского уровня.

Сущность изобретения поясняется результатами лабораторных исследований, проведенные с предлагаемым полиуретановым составом в таблице приведены два основных показателя полиуретанового состава: время гелеобразования и адгезионная прочность затвердевшего материала к горной породе, в данном случае - аргеллиту.

Был взят полиуретановый состав СПУ-328, у которого время гелеобразования составляет от 20 до 30 мин, а адгезионная прочность на отрыв 1,5-1,8 мПа. Диапазон времени гелеобразования соответствует наиболее оптимальным параметрам технологии нагнетания и радиусу распространения раствора вокруг шпура, а адгезионная прочность на отрыв гарантирует надежное упрочнение неустойчивой кровли в очистном забое.

Время гелеобразования определялось путем фиксирования начала потери текучести раствора в цилиндрическом сосуде при наклоне его на 30^о, а адгезионная прочность - на разрывной машине путем испытания склеенных кернов горной породы диаметром 56 мм.

Влияние обводненной среды испытывалось путем добавления опред. долей воды в смесь полиэфирного и полиизоцианатного компонентов и определение затем указанных выше показателей.

Как видно из таблицы, в нормальном составе без добавок олигоэфиракрилита и воды время гелеобразования равно 23 мин., а адгезия пенополиуретана к горной породе - 1,68 мПа.

Добавление воды в нормальный состав приводит к сокращению времени гелеобразования и снижению адгезионной прочности затвердевшего пенопласта. Так, при добавлении в приготовленный раствор 12 объемных частей воды время гелеобразования снижается до 8 минут, а адгезионная прочность - до 0,46 мПа. Уже при добавлении 4 объемных частей воды нормальный состав органически не пригоден для упрочнения пород, так как адгезионная прочность его не менее 1,5 мПа.

Введение олигоэфирокрилата в полиизоцианатный компонент приводит к замедлению сроков гелеобразования. При добавлении в полиэфирный компонент 8 объемных частей олигоэфирокрилата время гелеобразования увеличивается до 30 минут, а при добавлении 14 объемных частей до 40 минут.

Адгезионная прочность при этом практически не снижается.

Одновременное влияние олигоэфиракрилата и воды делает полиуретановый состав пригодным для упрочнения обводненных пород при содержании воды в составе до 10 об.ед. Доля олигоэфиракрилата в полиэфирном компоненте при этом должна быть 12 об.единиц.

Таким образом, в предлагаемом полиуретановом составе, включающем полиэфирный и полиизоцианатный компоненты, для повышения качества обводненных пород в полиэфирный компонент следует добавлять олигоэфиракрилат в количестве от 2 до 12 объемных единиц.

Для применения в производстве предлагаемый полиуретановый состав готовится и используется следующим образом.

Берется стандартный полиуретановый состав СПУ-328, состоящий из полиэфирного и полиизоцианатного компонентов. В зависимости от степени обводненности пород в полиэфирный компонент добавляется 2-12 объемный частей олигоэфиракрилата МГФ-9 и тщательно перемешивается.

Упрочнение пород производится путем раздельного нагнетания компонентов в шпуры при соотношении 1:1. Смешивание компонентов производится в процессе нагнетания непосредственно в шпуре.

Вопрос упрочнения обводненных пород является чрезвычайно актуальным для угольных шахт. Обводненные породы, как правило, менее устойчивы по сравнению с сухими породами.

Применяемые на шахтах полиуретановые составы СПУ-328 и СПУ-329 эффективны для упрочнения лишь сухих пород. При наличии воды упрочненные этими составами породы остаются малоустойчивыми и в очистных забоях происходит обрушение кровли.

В настоящее время на шахтах Украины имеется 70 очистных забоев с неустойчивой кровлей, в которых периодически появляется вода.

Использование: изобретение относится к горной промышленности, в частности к технологии химического упрочнения горных пород. Сущность изобретения: в полиуретановом составе, включающем полиэфирный и полиизоцианатный компоненты, в полиэфирный компонент вводят олигоэфиракрилат МГФ-9 при следующем соотношении ингредиентов, об.ч.: полиэфирный компонент 88 - 98, олигоэфиракрилат МГФ-9 2 - 12, полиизоцианатный компонент 100. С добавками олигоэфиракрилата повышается адгезия к обводненным породам и замедляется процесс гелеобразования в присутствии воды. 1 табл.

СОСТАВ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий полиэфирный, полиизоцианатный компоненты, отличающийся тем, что, с целью повышения качества упрочнения обводненных пород, в полиэфирный компонент добавляют олигоэфиракрилат МГФ-9 при следующем соотношении ингредиентов, об.ч.:
Полиэфирный компонент 88 - 98
Олигоэфиракрилат 2 - 12
Полиизоцианатный компонент 100