Скрепляющий состав для упрочнения неустойчивых горных пород

 

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 полиизоцианатный компонент (45,6 - 53,9 ч.), дополнительно включает дибутилфталат

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s Е 21 D 11/00, 20/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

Cd

О

Ф (Л

QO (21) 4770998/03 (22) 08.08.89 (46) 30.04.92. Бюл. N 16 (71) Донецкий научно-исследовательский угольный институт (72) С.П.Морозов, В.В.Кара, Ю.Н.Цедрик, Л.В.Горр и В.И.Лысенко (53) 622.284.9 (088.8) (56) Васильев В.В. Полимерные композиции в горном деле. М.: Наука, 1986, с. 71;

Олигоэфиры, изоцианаты, системы. Каталог НПО "Полимерсинтез", Черкассы:

1987, с. 19. (54) СКРЕПЛЯЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВЫХ ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к горному делу и предназначено для упрочнения неустойчивых горных пород в очистных и подготовител ьн ых забоях угол ьн ых 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 тонкотрещино(57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для упрочнения горн ых и ород. Цель — повышен ие качества упрочнения и снижение стоимости состава. Для этого состав, содержащий полиэфирный компонент (100 ч.) и полиизоцианатный компонент (45,6 — 53,9 ч.), дополнительно включает дибутилфталат (18,5 — 22,7 ч.), олигоэфиракрилат МГФ-9 (4,3 — 9,1 ч.) и кодицин (22,2 — 25,6 ч.).

Добавление в полиизоцианатный компонент дибутилфталата снижает вязкость полиизоцианата. Это обеспечивает лучшую проникающую способность состава.

2 табл, ватых пород из-за полиизоцианатов. Полиизоцианаты 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 неусгойчивых пород полиуретановыми составами и снижение их стоимости, Поставленная цель достигается тем, что в скрепляющем составе для уп рочнения горных пород, включающем полиэфирный и полиизоцианатный компоненты, в полиизоцианатный компонент добавляют дибутилфталат, олигоэфиракрилат МГФ-9 и

1730458 кодицин при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч,:

Компонент А-328 100

Полиизоцианат "Д" 45.6-53,9

Дибутилфталат 18,5-22,7

Олигоэфиракрилат МГФ-9 4,3-9,1

Кодицин 22,2-25,6

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 Mila.

Вводимые в полиизоцианатный кампонент 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/смз, динамическая вязкость 150-200 мПа с при 20"С, стоимость 1900 руб/т, Кодицин (ТУ 6-03-7-29-81) является побочным продуктом производства изоцианатов 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 В3-4; Исходные компоненты имели следующую вязкость, мПа с:

Компонент А-328 345

Полиизоцианат "Д" 685

Дибутилфталат 84

Олигоэфиракрилат 206

Кодицин 940

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

5 Адгезия скрепляющего состава к горной породе определялась путем отрыва на разрывной машине двух склеенных цилиндрических образцов аргиллита диаметром 36 мм, Время выдержки образцов после склеи10 вания составляло 6 ч, Результаты исследования приведены в табл, 2, Из табл. 2 видно, что добавление ДБФ значительно снижает вязкость полиизоциа15 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.

20 Однако добавление в полиизоцианат

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

25 по упрочнению горных пород.

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

30 Однако добавление кодицина приводит к ухудшению прочностных свойств затвердевшего скрепляющего состава. Так, при добавлении в полиизоцианатный компонент, состоящий из полиизоцианата и ДБФ, 35 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 высо40 кую вязкость, в определенной степени повышает вязкость полиизоцианатного компонента, Чтобы не допустить ухудшения прочностных свойств скрепляющего состава, в по45 лиизоцианатный компонент добавляют олигоэфиракрилат М ГФ-9.

Как показали исследования, оптимальная рецептура скрепляющего состава обеспечивается при следующем содержании

50 ингредиентов, мас,ч„

Полиэфир А-328,1 00

Полиизоцианат "Д" 45,6-53,9

Ди бутилфтал ат 18,5-22,7

Олигоэфиракрилат

55 МГФ-9 4,2-9,1

Кодицин 22,2-25,6

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

1730458

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, 5

На 45,6-53,9 мас.ч. полиизоцианата марки "Д" добавляют 18,5-22,7 мас.ч. ДБФ и тщательно перемешивают. Затем в смесь добавляют 4,3-9,1 мас.ч. олигоэфиракрилата МГФ-9, перемешивают и, наконец, дб- 10 бавляют 22,2-25,6 мас.ч. кодицина и также тщательно перемешивают. Полученная таким образом смесь представляет собой полиизоцианатный компонент (компонент Б).

Для упрочнения горных пород поли- 15 эфирный и полиизоцианатный компоненты нагнетаются в шпур раздельно при соотношении объемов 1;1, В шпуре они проходят через специальный смеситель, где перемешиваются, образуя смесь, которая проника- 20 ет в трещины породного массива, схватывается. вспенивается и затвердевает.

Основным преимуществом предлагаемого скрепляющего состава в сравнении с 25 прототипом является значительно меньшая вязкость полиизоцианатного компонента.

Благодаря меньшей вязкости предлагаемый скрепляющий состав обладает лучшей, проникающей способностью в массиве гор- 30 ных пород.

Наблюдения за упрочненной породой показали, что лучшее качество упрочнения достигается в тех случаях, когда породный массив в большей степени пропитывается 35 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, высоковяз- 40 кий состав за пол няет только кругл ые трещины, причем на небольшом расстоянии от шпура, при этом часть породного массива остается непропитанной и неупрочненной, Для качественного упрочнения кровли вы- 45 соковязкими растворами требуется бурить густую сеть шпуров, что связано с большой трудоемкостью. Кроме того. при расположе50

4,3 — 9,1

22,2 — 25.6

Таблица 1 нии нагнетательной установки на большом расстоянии от шпура на трубопроводе теряется значительный напор, так как потери напора у шпура оказываются недостаточными и в шпур попадает меньшее количество состава, чем требуется по технологическому паспорту.

Все эти недостатки устраняются при упрочнении пород маловязкими скрепляющими составами.

Преимуществом предлагаемого скрепляющего состава является также более низкая стоимость в сравнении с составом, принятым за прототип. Снижение стоимости 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 состава 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 экономический эффект составит 93,5 тыс. руб.

Однако основным преимуществом предлагаемого скрепляющего состава будет более высокое качество упрочнения пород за счет меньшей вязкости полиизоцианатного 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 компонент 45,6 — 53,9

Дибутилфталат 18,5 — 22,7

Олигоэфиракрилат

M ГФ-9

Кодицин

1730458

Таблица 2

Компонент Б мас.ч.

Вязкость компонента Б, мПа с

Время Адгезия схватыва- на отрыв ния соста- к породе, ва, мин-с. МПа

Компонент А, мас,ч.

М ГФ-9

Кодицин

ДБФ

ПИ Ц"Д"

1,86

1,69

1,14

0,98

1,15

1,39

2,4

4,2 Д„

6,9

82

9,1

4,5

5,8

7,2

8,5

1,65

1 73

1,72

1,27

1,43

1,59

1,6644

1,63

1,25

1,34 15»

1,77

1,83

1,85

1,34

4,2

6,1

7,9 .9,1

10,4

2,2

43

6 3»

82

9,6

1Ж.

1,87 ..

1,72

0,62

0,95

1,27

1 53

1,69

32; 45

67 30

23 40

25 10

27 05

«29 45

31 15"

2,1

4,2

6,1

8,0

Составитель Л.Березкина

Техред М.Моргентал Корректор И.Горная

Редактор 3.Ходакова

Заказ 1504 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

nRr

100.

100

73,0

58,0

55,7

54,4

53,7

52 6

51,8

51,1

50,7

55,5

54,7

53,8

53,9

70,0

53,5

49,3

48,3

47,3

46,7

46,1

52,3

51 3

50,1

49,2

48,4

67,0

48,6

47,6

46,6

45,6

44,7

27,0

21,0

20,1

19,7

19,1

19 Р»

18,8

18,5

18,3

20,0

19,8

19,6

19,2

30,0

22,2

20,5

20,1

19,7

19,4

19,2

21,8

21 3

20,9

20,4

20,1

33,0

24,1

23,6

23,1

22,7

22,3

21,0

24,2

23,5

23,0

«2 >

22,5

222

21,9

20,0

19,7

19,4

19,0

24,3

26,0

25,4

24,9

24,6

24,3

23,7

231

227

222

21,9

27,3

26,7

26,1

25,6

25,0

243

317

352

347

f42

333

312

309

И Г

316

333

324

318

314 10 1

309

192

328

321

319

23 35"

53 40

24 30"

19 30"

19 40"

21 15

25 1

27 00

30 10"

34 05"

25 50"

27 55"

29 30

32 15

59 10

22 15"

23 10"

25 30"

27 50

30 05

32 15

23 25"

g! 4