Органоминеральный состав для упрочнения неустойчивых горных пород

 

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.

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.

Формула изобретения

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

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2