Способ укрепления и уплотнения угольных массивов, горных пород, грунта в горных выработках, а также стен тоннелей и строительных конструкций

Номер патента: 2923

Опубликовано: 15.12.1995

Авторы: Карл - Хайнц Хильтерхаус, Ханс Поркус

Есть еще 4 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при ремонте горных выработок, строительстве и ремонте тоннелей. Цель - повышение качества укрепления путем улучшения сцепления состава с породами. В трещины и разломы, имеющиеся на пов-ти стен выработок или тоннелей, или в ранее пробуренные скважины нагнетают под давлением смесь на основе полиизоцианатов (ПИЦ) и водного р-ра силиката щелочных металлов до полного их заполнения. В состав смеси входят катализатор (К), промотирующий тримеризацию ПИЦ, в количестве 6,0-14,5 моль на 1 моль групп NCO. Р-р силиката щелочных металлов и ПИЦ используют в молярной соотношении в пределах 0,8-1,4. В качестве ПИЦ используют 4,4'-дифенилметандиизоцианат(МДИ) - продукт фосгенизации анилинформальдегидных конденсатов или его форполимер. В качестве форполимера используют продукт взаимодействия сырого МДИ и полиоксилоксана, инициированного гликолем с гидроксильным числом 40-200. Количество К в смеси принимают равным 8,5-13,8 в частности . 10,2-13,3 ммоль на 1 моль изоцианатных групп NCO. Молярное соотношение NCO/SiO2 равняется 0,85-1,15. Применение указанного количества К, определяемого количеством групп NCO и ПИЦ, обеспечивает образование переплетенной неорганической и органической трехкамерной структуры, обладающей отличной механической прочностью. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Текст

Смотреть все

Способ осуществляют следующим образом.В трещин и разломы, ииеющеся на поверхности стен, выработокили тоннелей, или в заранее пробуренные скважины нагнетают под давлением смесь на основе лолиизоцианатов и водного раствора силиката щелочны металлов до полного их заполнения.В состав смеси дополнительно вводят катализатор, промотирующй трилизвцию лолнизоцианатав количестве 6,0-16,5 моль на 1 моль групп ЫС 0.- ЩВЛОЧНЫХ ЙЕТЗЗШОВ ИСПОЛЬЗУЮТ В МОлярном соотношении в пределах 0,814 В качестве полиизоцианата используют 4 дд-дифенлиетандиизоцианат (МДИ)-чпродукт фосгеннзаци аилинформальдегидныи конденсатов или его форполмер в качестве которого используют продукт взаимодействия сырого ИДИ и полиоксилоксана иницированного гликолем с гидроксиальини чиспомдО-200, Количество катализаторев смеси принмают равнымив пределах.85-13,8 и, в частности, 10213,3 ммоль на 1 моль изодианатныи групп НС 0. Полярное соотиошене ПСО/8101 принимают равным 0,85-1,15. при использоваии определенного катализатора в количестве,определяемом количеством груп НС 0 в прлиизоцианате, можно получить органоминеральннй продукт, в котором органическая и неорганческая.структуры образуют трехмерную переплетенную решетку таким образом, что во времяреакции нкакого увеличения объема реакционной смеси не происходит,благодаря чему конечный продукт получается плота-им и ъ-хмеющим обладающую высокой прочностью взаимосвязанную решетку,дчто обеспечивает отлчное укреплена угольного впаста, горной породы н грунта.при добавлении к реакционной смеси лолиизоцианата -и раствора аджаго стекла, обеспечивающего трнмери зацию полиизоцианата катализатора в определенном количестве количество образующейсягазообразной-двуокиси углерода (001) оказывается достаточным для оптимального отверждения неорганического компонента реакционной смеси-и триеризация полиизо 2923цианата оказывается достаточной для формирования органической структуры. Таким образом, применение олределенного количества катализатора обеспечивает образование переплетенной неорганической и органической треккамерной структуры обладающей отличной механической прочностью. Полизоцианаты могут быть тримеризованы в водных растворах силиката щелочного металла В процессе тримеризации реакция-между водой и группами ЫСО в значительной степени подавляется, благодаря чему обеспечивается возможность соответствующим изменением состава реакционной смеси контролировать количество образующейся газообразной двуокиси углерода и использовать ее для реакции с жидким стеклом. В процессе реакции одновременно образуютсядве взаимопереплетающиеся полимерные структурыъ На первой ступеи реакции часть попиизоцианата Реагирует с водой,в результате чего образуется полнуретан и освобождается газообразная С 01. Образующаяся в процессе реакции С 02 мгновенно реагирует с компонентом Ме 20 раствора жидкого стекла, в результате чего образуется соединене Ме 1 С 03 хД 20.(в данном слу чае Ме означает щелочной металл, например натрнй или калий). Связывание содержащейся в растворе жидкого стекла окиси щелочного металла-(Ме 20) обеспечивает выделение 1 О 1 дизкоторой образуется кремневая кислота. Во время реакции выделяется значительное количество.тепла обеспечивающего на следующей ступен реак- ции тримеризацию определенной части остающегося после первой ступени реакции полиизоцианата. Триеризованине на первой ступен реакции продуктн на второй ступени реакции по меньшей.мере,3 частичнодололнтельноетримеризуются благодаря чему образуется разветвленная высокомолекулярная полимерная структура. при использовании данногослосо ба отличная адгезия между продуктом реакции лолиизоцианата и жидкого стекла и каменным углем, горной породой или грунтом достигается по истечении короткого.промежутка времени. Приблзительно через 2 ч укрепленная данным способом формация имеет прочность на изгиб и растяжение, эк 2923вивалентную прочности на изгиб н растяжение, которая при использовании полиуретана достигается только спустя приблизительно 4 ч. Используемая,для укрепления горных пород предлагаемая система обладает особьм преимуществом, состоящим в том, что твердость укрепленной формации с течениемвремени возрастает. Так,например, измеренная по истечении90 ч прочность на растяжение и изгиб составляет приблизительно 10 Н/мм.Предлагаеые способ и система могут быть использованы для укрепления влажных и водоносных формаций, причем содержащаяся в породе вода не оказывает вредноговлияния на процесс отверждения полимерной структуры.Твердый-продукт в укрепленной формации, которая должна быть превращена в монолитную массу, может быть получен данны способом даже в воде или, например, в водоносном песке.может быть с успехом использован для укрепленя пластов каменного угля и горной породы в шахтах, а также для укрепленя горной породы,камня и/или грунта в сооружениях различного типа, например, в тоннелях.Благодаря высокому содержанию неорганических веществ продукт реакции, получаемни предлагаемым способом характеризуется меньшей горючестью по сравнению с органическими укрепляющими материалами. При испытании на низкотемиературную карбонизацию.даиного материала в кварцевой трубке образующиеся при этом па- ры характеризуются уменьшенной ток сичностью. Кроме того, электрическоесопротивление ДЗННОГО материала на столько велико, что этого оказывается достаточно для.предотвращеня возникновенияэлектростатических зарядов. Температура самовозгорания пшстшмшиттщшфиютпю дукта реакци с каменноугольной пылью не снжаетсяСистема используемая для укрепления горныи пород данным способом,удобна в применении вещества, используеме в качестве катализатора,остаются в суспензии и по сравнению с шроко используемшшм аминами на 6пример триэтилендиамином, и органическими соединениями такими, как дибутилдилаурат олова, практически не имеют неприятного запаха и безвредны для человека.Необходимыми компонентами реакционной смеси, используемой для укрепления пород предлагаемым способом, являются раствор жидкого стекла, полнизоцианат и катализатор,обеспечивающий тримеризацию полиизоцианатов. Для обеспечения удовлетворительного укрепления породы молярное отношение катализатора к содер жащмся в полнизоцианате группам МС 0 должно находиться в строго определенных пределах.Предлагаемый способ может быть реализован с использованиемводных растворов силикатов щелочных металлов, обычно применяемыи в составе композиций для укрепления пород,например, с использованием растворов жидкого стекла, описанных в заявках ЕР-В-0000579 и ФРГ 2460834. Благодаря доступностии низкой вязкости предпочтительно использовать натриевое жидкое стекло. Предпочтительно использовать растворы жидкого стекла с относительно высоки содержанием твердого компонента, например с содержанием твердого неорганического компонента в пределах-40-60 мас.2,т причем наилучшие результаты получаются тогда, когда содержание твердого компонента находится в пределах 46-52 мас.2. Теоретически при осуществлении предлагаемого изобретения можно использовать и более концентрированные растворы жидкого стекла,однако такие растворы имеют слишком высокую вязкость, что создает определенные трудности их примененя, и поэтому такие растворы жидкого стекла практической ценности не представляют.Предпочтительно, чтобы молярное отношение 510, и Ме 10 в используемом растворе жидкого стекла было сравнительно высоким и находилось в пределах приблизительно 2,09-3,44. Лучшие результаты получаются тогда,когда это молярное отношение находится в пределах приблизительно 2,483,17, а наилучшие тогда, когда это отношеие находится в пределах 2,702,95.СодержаннеМед)вуказанныхпределах промотирует образование в продукте трехмерной решетки неорганической кремневой кислоты.При содержаннях ме 1 о меньик указанного, жидкое стекло имеет высокую вязкость, что делает его непригодным для практического испольэованияПрисутствие в смеси даже весьма малых количеств СО, вызывает осаждение жидкого стекла и нарушение однородности реакционной смеси,в результате чего характеристикиЕсли величина молярного отношения для Ме 10 значительно превышает указанное значение, для полного отверждения жидкого стекла в реакционной смеси требуетсяприсутствие в смеси большого количества СО 2. Однако та.кое увеличенеколичества достигается за счет уменьшения количества лримеризованного продукта. Вследст вне этого соотношене мочевина/тримеризоваиный продукт сдвигается в сторону мочевины, в результате чего количествотримеризованного продукта,содержащегося конечном продукте реакции и укрепляющего его, уменьшается Это приводит к неудовлетворительным результатам.для получения продукта, обладающего оптимальной механической прочностью,.необходимо состав и копи.чество используемого в реакционной смеси жидкого стекла ыбнрать в соответствии с количеством используемого катапизатора. Отличие результаты по укрепленю, в особенности получаемые предлагаемым способом,обеспечивает молярное отношение НСО/10, в смеси полиизоцианата и раствора ждкого стекла в пределах 0,8-1,4, предпочтительно впределах. 0,85-1,15. наилучшие результаты достигаются.тогдекогда молярное отношене НС 0/1 О 1 составляет приблизительно 1,0. .В составе реакционной смеси предпочтительно испопьзоватьконцентрированные растворы жидкого стекла,.так как в этом случае обеспечивается максимальное огранчене колчества воды в продукте и тем сами предот вращается вредное воздействие воды на прочностные характеристики конечного продукта. Кроме того, при из 8лишнем разбавлении реакционной смеси количество выделяющегося в процессе реакции тепла может.окаэаться недостаточньш для инициирования реакции тримеризации. Нижний предел относительного содержания жидкого стекла в реакционной смеси определяется тем обстоятельством, что количество жидкого стекла должно быть достаточным для образования неорганической структуры продукта. для.об разования неорганической структуры продукта необходимо, чтобы в реакционной смеси на 1 масч. полиизоцианата присутствовало 0,2 мас.ч. жидкого стекла, предпочтительно 0,5. Допустимый верхнй предел относительно содержаня ндкого стекла при данном его составе определяется из условия,что количество освобождаюцейся в процессе реакции СО 1 становится далее недостаточным для связи содержащейся вяидком стекле Ме 10. В этом случае, как и в случае слишком высокого содержания воды, полное отверждение продукта становится невозможным. В случае раствора натриевого жмдкого-стекла 48/50, для которого полярное отношение 101/Медо составляет приблизительно 2,85-верхний предел содержания жидкогостекла в реакционной смеси составляет приблизительное 1,617 мас.ч. на 1 мас.ч. полинзоцианата. При испольэованииждкого стекла различного состава предельные колчества раствора жидкого стекла в реакцоннойсмеси могут отлчаться отуказаннык Предлагаемый способ укрепленияформаций может быть осуществлен с использованием обычно приеняемых полиизоцманатов. Крометого, можно испопьзоватьнродукты ЫС 0, обычно применяемые в производстве полиуретанов д .В соответствии с предлагаемымизобретенмемчдля полученя укрепляющего продукта предпочтительно использовать полиизоцианаты, которые легко тримеризуются с образованием трехмерной органической структуры. К таким попиизоцианатам относятся соединения, в которым, если это воз можно, участвующие в реакции группы НСО полностью пространственно незатруднены. Специфическим примером такого пространственно не затруднен . 2923 9иого полнизоцианата является 4,47 дифенилметандииэоцианат (также в виде продукта фосгенизацни аннлннфор мальдегицных конденсатов (сырой Мди).В соответствии с предлагаемым изобретением предпочтительно использовать полиизоцианаты, содержащие приблизительно 10-552 групп МСО в расчете от массы изоцианата К наиболее предпочтительнм изоцианатам относятся полиизоцианаты, содержащие 24-36, а еще лучше 28-32 мас.2 групп ПС 0. При меньшем содержаниигрупп ЫСО в полиизоцианате образова ние трехмерной органической структуры затрудняется. Если содержание групп МСО в используемом попиизоци анате выше указанного верхнего предела, во время реакции может выделяться слишком большое количестворгазообраэной С 01 а это может привес ти.к переотверждению органического компонента конечного продукта.Третий компонент представляет собойкатализатор обеспечивающий тримеризацию полиизоцианатного компонента реакционной смесид В качестве такого катализатора могут быть использованы тримеризационные катализаторы,.применяемые для получения полиуретанов. В качестве трииеризационного катализатора предпочтительно использовать третичные амины иаминоспирты. Прнерам подходящих тримеризационных катализаторов являются 2,4,6-три(дииетиламинометил) феньд и продукты фирмы Маннич, имеющие структурную формулу. (н) где 3 - представляет собой радикал, находящийся в орто ИЛИ Па раположении и имеющий фор МУПУ - с ы/ 1где Ы - целое число 1-3 К, и 3-1 одинаковые или различные группы, являющиеся метильной-или гидроксильной группами.изобретением В СОСТЗВВ РЕЗКЦИОННОЙ СМЗСИ МОГУТ бЫТЬ ИСПОЛЬЗОВЗНЫ такжеПри осуществлении предлагаемого изобретения молярное отношение катализатора к группам ЫСО в реакционной смеси является критическим фактором,поскольку отличное укрепление формации достигается только тогда, когда это молекулярное отношение находится в строго определенном узком диапазоне. Учитывая состав и количество используемого в составе реакционной смеси жидкого стекла указанное молярное отношение определяется следующими критериямиколичество катализатора должно быть достаточным для осуществления реакции тримеризации необходимой для образования трехмерной органической структурыколичество каталиэатора в реакционной смеси не должно быть настолько высоким, чтобы это промотировало неконтролируемую реакцию, так как при этом будет образовываться слишком большое количество СО 2, а вода будет испаряться, вызывая вспенивание реакционной смеси, в результате чего механическая прочность конечного продукта оказывается недостаточной.Если состав и количество раствора жидкого стекла выбраны в соответствии с принципами предлагаемого изобретения, в реакционной смеси на У моль групп МСО в общем случае должно приходиться 6,0-14,5 миоль катализатора, предпочтительно 8,513,8 или еще лучше 10,2133 ммоль катализатора.Если количество катализатора в реакционной смеси ниже указанного нижнего предела, образование трехмерной полнмерной структуры ограничивается. При слишком высоком содержании катализатора в.реакционной смеси неорганический компонент продукта оказывается недостаточно от-у верпденным и вследствие интенсивной генерации тепла в процессе зкзотер-. мической реакции происходит некоторое расширение продукта. В целях дополнительного контроля реакции тримеризации в состав реакционной смеси может быть включен дополнительный катализатор. В качестве такого дополнительного катализатора может служить соединение трехвалентного железа, например, треххлорное железо РеС 1 э) которое часто содер

МПК / Метки

МПК: E21D 11/38

Метки: строительных, способ, горных, уплотнения, массивов, тоннелей, угольных, конструкций, укрепления, выработках, стен, также, грунта, пород

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/12-2923-sposob-ukrepleniya-i-uplotneniya-ugolnyh-massivov-gornyh-porod-grunta-v-gornyh-vyrabotkah-a-takzhe-sten-tonnelejj-i-stroitelnyh-konstrukcijj.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ укрепления и уплотнения угольных массивов, горных пород, грунта в горных выработках, а также стен тоннелей и строительных конструкций</a>

Похожие патенты