Скрепляющий состав для упрочнения неустойчивых горных пород Советский патент 1992 года по МПК E21D11/00 E21D20/02 

(Л

С

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для упрочнения горных пород. Цель - повышение качества упрочнения и снижение стоимости состава. Для этого состав, содержащий полиэфирный компонент (100 ч.) и поли- изоцианатный компонент (45,6 - 53,9 ч.), дополнительно включает дибутилфталат

Изобретение относится к горному делу и предназначено для упрочнения неустойчивых горных пород в очистных и подготовительных забоях угольных шахт.

Известны полиуретановые скрепляющие составы, включающие полиэфирный и полиизоцианатный компоненты. В результате перемешивания компонентов образуется отвержденный пенопласт, который отличается высокой адгезией к горным породам и достаточной прочностью на изгиб и растяжение. Однако полиуретановые составы имеют высокую стоимость и дефицитны.

Известны также полиуретановые системы СПУ-328 и СПУ-329 для упрочнения неустойчивых горных пород, включающие полиэфирный компонент А-328 или А-329 и полиизоцианат марок Б или Д.

Недостатками этих систем, принятых за прототип, являются высокая стоимость и низкое качество упрочнения тонкотрещиноватых пород из-за полиизоцианатов. Поли- изоцианаты марок Б и Д имеют вязкость 500 - 1000 мПа с, а полиэфиры А-328 и А-329 - 400 мПа с. Скрепляющий состав, приготовленный из указанных компонентов, при нагнетании в породный массив заполняет преимущественно крупные трещины, а в мелкие трещины не заходит, поэтому не всегда обеспечивается высокое качество упрочнения пород.

Целью изобретения является повышение качества упрочнения неустойчивых пород полиуретановыми составами и снижение их стоимости.

Поставленная цель достигается тем, что в скрепляющем составе для упрочнения горных пород, включающем полиэфирный и по- лиизоцианатный компоненты, в полиизоцианатный компонент добавляют дибутилфталат, олигоэфиракрилат МГФ-9 и

4

со о

4 СЛ 00

кодицин при следующем соотношении ингредиентов, мае.ч.:

Компонент А-328100

Полиизоцианат .6-53,9

Дибутилфталат18.5-22,7

ОлигоэфиракрилатМГФ-94,3-9,1

Кодицин22,2-25,6

При добавлении в полиизоцианатный компонент дибутилфталата снижают вязкость полиизоцианата, что обеспечивает лучшую проникающую способность состава. Добавление олигоэфиракрилата стабилизирует прочностные адгезионные свойства скрепляющего состава, а добавление кодицина позволяет повысить реакционную способность полиизоцианатного компонента и снизить его стоимость.

В лабораторных условиях установлена оптимальная рецептура предлагаемого скрепляющего состава, обеспечивающая вязкость полиизоцианатного компонента не более 350 мПа-с при сохранении при этом технологических и прочностных показателей известных скрепляющих составов, у которых начало схватывания происходит через 20-30 мин после смешивания компонентов, а адгезия на отрыв к горным породам - не менее 1,5-1,8 МПа.

Вводимые в полиизоцианатный компонент добавки имеют следующие характеристики.

Дибутилфталат (ДБФ) представляет собой прозрачную жидкость плотностью 1,046 г/см , динамическая вязкость при 20°С не более 100 мПа-с (ГОСТ 2102-67). цена 800 руб/т.

Олигоэфиракрилат МГФ-9 относится к ненасыщенным полиэфирам, представляет собой прозрачную жидкость плотностью 1,165 г/см3, динамическая вязкость 150-200 мПа С при 20°С, стоимость 1900 руб/т.

Кодицин (ТУ 6-03-7-29-81) является побочным продуктом производства изоциана- тов и представляет собой жидкость темно-коричневого цвета, цена 800 руб/т.

Сравнительная характеристика полиизоцианата Д и кодицина приведена в табл.1.

Лабораторные исследования проводились при 20°С. Вязкость компонентов определялась вискозиметром ВЗ-4. Исходные компоненты имели следующую вязкость, мПа-с:

Компонент А-328345

Полиизоцианат Д 685

Дибутилфталат84

Олигоэфиракрилат206

Кодицин940

Начало схватывания (потеря текучести) определялась по моменту, когда при наклоне сосуда на 30° форма поверхности состава не изменялась.

Адгезия скрепляющего состава к горной

породе определялась путем отрыва на разрывной машине двух склеенных цилиндрических образцов аргиллита диаметром 36 мм. Время выдержки образцов после склеи- 0 вания составляло 6 ч.

Результаты исследования приведены в табл.2,

Из табл. 2 видно, что добавление ДБФ значительно снижает вязкость полиизоциа- 5 натного компонента. Так, если вязкость чистого полиизоцианата равна 685 мПа-с, то вязкость смеси, состоящей из 67-73% полиизоцианата и 33-27% ДБФ, равна соответственно 192-243 мПа-с.

0Однако добавление в Полиизоцианат

ДБФ приводит к удлинению сроков схватывания полиуретановой системы. Сроки схватывания замедляются до 53-67 мин, что может снизить производительность работ 5 по упрочнению горных пород.

С целью сокращения сроков схватывания, а также с целью удешевления состава в полиизоцианатный компонент добавляют кодицин.

0 Однако добавление кодицина приводит к ухудшению прочностных свойств затвердевшего скрепляющего состава. Так, при добавлении в полиизоцианатный компонент, состоящий из полиизоцианата и ДБФ, 5 27% кодицина адгезия скрепляющего состава к горной породе снижается до 0,62 МПа, в то время как у состава, принятого за прототип, адгезия равна 1.5-1,8 МПа.

Кроме того, кодицин, имеющий высо- 0 кую вязкость, в определенной степени повышает вязкость полиизоцианатного компонента.

Чтобы не допустить ухудшения прочностных свойств скрепляющего состава, в по- 5 лиизоцианатный компонент добавляют Олигоэфиракрилат МГФ-9.

Как показали исследования, оптимальная рецептура скрепляющего состава обеспечивается при следующем содержании 0 ингредиентов, мае.ч.:

Полиэфир А-328,100

Полиизоцианат ,6-53,9

Дибутилфталат18,5-22,7

Олигоэфиракрилат 5МГФ-94,2-9,1

Кодицин22,2-25,6

Границы изменения содержания компонентов взяты из табл. 2, где подчеркнуты значения рецептур, удовлетворяющих требованиям скрепляющих составов.

Указанные рецептуры рекомендуются при вязкости полиизоцианата Д не более 685 мПа.с, и кодицина не более 1000 мПа-с.

Предлагаемый скрепляющий состав приготавливают следующим образом.

На 45,6-53,9 мае.ч. полиизоцианата марки Д добавляют 18,5-22,7 мае.ч. ДБФ и тщательно перемешивают. Затем в смесь добавляют 4,3-9,1 мас.ч. олигоэфиракрила- та МГФ-9, перемешивают и, наконец, добавляют 22,2-25,6 мас.ч. кодицина и также тщательно перемешивают. Полученная таким образом смесь представляет собой по- лиизоцианатный компонент (компонент Б),

Для упрочнения горных пород полиэфирный и полиизоцианатный компоненты нагнетаются в шпур раздельно при соотношении объемов 1:1. В шпуре они проходят через специальный смеситель, где перемешиваются, образуя смесь, которая проникает в трещины породного массива, схватывается, вспенивается и затвердевает.

Основным преимуществом предлагаемого скрепляющего состава в сравнении с прототипом является значительно меньшая вязкость полиизоцианатного компонента. Благодаря меньшей вязкости предлагаемый скрепляющий состав обладает лучшей проникающей способностью в массиве горных пород.

Наблюдения за упрочненной породой показали, что лучшее качество упрочнения достигается в тех случаях, когда породный массив в большей степени пропитывается скрепляющим составом.

Скрепляющий состав, имеющий малую вязкость, хорошо проникает в трещины с малым раскрытием (0.1-0,2 мм), а также в поры горных пород. Наоборот, высоковязкий составзаполняеттолькокруглыетрещи- ны, причем на небольшом расстоянии от шпура, при этом часть породного массива остается непропитанной и неупрочненной. Для качественного упрочнения кровли высоковязкими растворами требуется бурить густую сеть шпуров, что связано с большой трудоемкостью. Кроме того, при расположении нагнетательной установки на большом расстоянии от шпура на трубопроводе теряется значительный напор, так как потери напора у шпура оказываются недостаточны- ми и в шпур попадает меньшее количество состава, чем требуется по технологическому паспорту.

Все эти недостатки устраняются при упрочнении пород маловязкими скрепляющи- ми составами.

Преимуществом предлагаемого скрепляющего состава является также более низкая стоимость в сравнении с составом, принятым за прототип. Снижение стоимо- сти достигается за счет введения более дешевых компонентов ДБФ и кодицина. Если стоимость чистого полиизоцианата марки Д равна 1700 руб/т, то стоимость полиизоцианатного компонента у предлагаемого со- става будет равна 1330 руб/т.

В сравнении с полиуретановым составом, принятым за прототип, стоимость 1 т предлагамого состава будет ниже на 187 руб. При годовом расходе 500 т экономиче- ский эффект составит 93,5 тыс. руб.

Однако основным преимуществом предлагаемого скрепляющего состава будет более высокое качество упрочнения пород за счет меньшей вязкости полиизоци- знатного компонента.

Формула изобретения

Скрепляющий состав для упрочнения

неустойчивых горных пород, включающий

полиэфирный и полиизоцианатный компоненты, отличающийся тем, что, с целью

повышения качества упрочнения пород и

снижения стоимости, полиизоцианатный

компонент дополнительно включает дибутилфталат, олигоэфиракрилат МГФ-9 и кодицин при следующем соотношении

ингредиентов, мас.ч.:

Полиэфирный компонент 100 Полиизоцианатный компонент45,6 - 53,9

Дибутилфталат18,5-22,7

Олигоэфиракрилат МГФ-94,3-9.1

Кодицин22,2-25.6

50

Таблица 1

Таблица 2