Состав для упрочнения горных пород

(15 Е 2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ КазССРов и Н. Ка СССР1988,понажный расземных соорутво, Р 8, 1987,НИЯ ГОРНЫХ твор длжений(71) Институт горного дела А% 1399315, кл. Е 21 О 11/38Парфенов А, П. Новый тая гидроизоляции под. - Шахтное строительСТАВ ДЛЯ УПРОЧНЕ льзование: изобретение относи ам для укрепления подземных Изобретение относится к растворам поукреплению мелкопористых и тонкотрещиноватых горных пород, где величина рас. крытия трещин 0,5 - 1,0 мм, может бытьприменен при упрочнении подземных сооружений: шахт, гидроизоляции стенок -скважин, оснований плотин,Известна композиция для укреплениягрунтов, включающая карбамидную смолу,щавелевую кислоту, гексаметилен тетрамина и воду,Недостатком композиции является ма-лая адгезия к породам с повышенной карбонатностью (0,80 - 0,85 МПа), а также низкаядеформация при изгибе и при сжатии, большая обьемная усадка (8 - 1200),Известно полимерное связующее длядревесно-стружечных плит на основе карбамидной смолы, отвердителя - персульфат оружений: шахт. гидроизоляции стенок скважин, оснований плотин. Сущность: состав позволяет повысить эффективность прочности укрепления и адгезии к породам, а также устранения усадки, Состав, содержащий карбамидную смолу, инициатор, ускоритель, пластификатор, также содержит в качестве пластификатора - латекс, поливиниловый спирт, при следующем соотношении компонентов, мас, ч: карбамидная смола марки КФ-Ж32; 100(,-ный раствор персульфат аммоний 5 - 10%; 9- ный раствор гидросульфат натрий 2 - 3; латекс СКСгп - 14 - 17: 3;4-ный раствор поливинилспирта 14 - 17. 2 табл,аммония и добавки: лигносульфго натрия и соединения меди.ееаЪВведение в состав связующего лигносульфоната приводит к улучшению физико- механических свойств и к снижению усадки О состава.Недостатками состава является то, что отверждение проводится при высокой тем пературе (140 - 160 С), а также в отверж- -д денном состоянии составы из карбамиднои смолы, лигносульфоната и едкого натрия от- личаются малой прочностью при склеивании (0,71 - 1,10 МПа). Присутствие едкого натрия в составе при комнатной температуре или более низкой температуре степень отверждения снижается, а также наличие в составе в количестве 0,05 - 5,0 г. едкого натрия отверждения при комнатной температуре не происходит.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является состав для упрочнения горныхпород, включающий карбамидную смолу,9%-ный водный раствор акриламида, инициатор - персульфат аммония, восстановитель - гидросульфат натрия, в мас. ч.Введение в состав 9%-ного раствора акриламида.в количестве 50 мас, ч, устраняетусадку композиции на основе карбамиднойсмолы,Однако наличие в составе акриламида в2 раза больше, чем карбамидной смолыприводит к ослаблению межмолекулярного взаимодействия компонентов, поэтому,поникены прочностные показатели тампонажных растворов (7,0 - 8,0 МПа), а такженеобходимые условия для отверждения состава созда 1 отся при дополнительном введении кислоты,Целью изобретения является повышение прочности и адгезии к породам составаи устранение усадки.Цель достигается тем, что предлагаемый состав содержит карбамидную смолуКФ-Ж (ГОСТ 14281 - 78) - сроком хранения 3.месяца, латекс - СКС - 65 гп (ГОСТ 10564 -75), 3%-ный раствор поливинилспирт(ГОСТ10779-78), инициатор, ускоритель в следующем соотношении компонентов, мас, ч,;Карбамидная смоламарки КФ-Ж 58 - 62Латекс СКСгп .14 - 173%-ный раствор подиви нилспирта 14 - 1710%-ный раствор персульфата аммония 5-109%-ный раствор гидросульфата натрия 2 - 3Б табл, 1 приведены примеры предлагаемого состава с граничными значениями содержания компонентовСмола КФ-Ж Компонент АЛатекс+ раствор ПВС Компонент В10%-ный раствор персульфата аммония Компонент С9%-ный раствор гидросульфата натрия Компонент ДП р и м е р . К 58 г карбамидной смолывводят 14 г латекса и 14 г 3%-ного раствораполивинилспирта, после тщательного перемешивания определяют условную вязкостьпо вискоэиметру В 3-4, послечего в полученный состав последовательно вводят раствор персульфата аммония и гидросульфатанатрия и перемешивают.Аналогично приготавливают остальныесоставы.Прочность на сжатие кубиков размером40 х 40 х 40 мм и прочность на изгиб скле 25 30 35 40 45 50 ного строения. Однако наряду с этим возможен и .другой путь образования олигомера че 5 10 1520 енных составами кернов диаметром 31 - 32 мм определяли на прессе ЕЭ/90,Усадка определяется по известной методике. Физико-механические показатели образцов с граничными значениями содеркания компонентов приведены в табл, 2.Латекс и раствор поливинилового спирта в данной композиции играет роль пластификатора и разбавителя. Исключение из состава химически несвязанной воды повышает прочность клеевого состава. Это можно осуществить если разбавлять высококонцентрированную смолу не водой, а высокореакционноспособным раствором поливинилспирта, имеющим обильные гидроксильные группы.Принятое соотношение компонентов позволяет получить состав низкой вязкости по ВЗусловная вязкость 26 - 28 с, однородность и стабильность, благодаря чему составы хорошо проникают в тонкотрещиноватые горные породы размером раскрытия 0,5 - 1,0 мм. Продукт взаимодействия карбамидной смолы, латекса и раствора поливинилс пирта обладает повышенной адгезией к карбонатным породам за счет наличия большого количества реакционно-способных и полярных групп; метиленовых,карбонильных, аминных, иминных, гидроксильных, способных образовывать с поверхностью пород химические и другие связи. Поэтому, прочность образцов на сжатие 31 - 34 МПа, на изгиб 5,5 - 6,3 МПа При смешивании реакционно-способных компонентов в присутствии 10%-ного раствора персульфата аммония, являющимся отвердителем радикального типа с одной стороны, рН 10%-ного раствора персульфата аммония 1,5, являющимся отвердителем катионного типа, с другой стороны одновременно протекает несколько реакций.Известно, что образование карбамидных олигомеров проходит через стадию метилольных производных мочевины (моно и диметилол) с образованием продукта линейрез дегидратацию метилольных групп с возникновением ненасыщенных аэотометиновых групп Н 2 К - СО - И = СН 2 и СН 2 = = М - СО - К = СН 2 при введении в состав латекса и раствора поливинилового спирта в присутствии персульфат аммония, полимеризация протекает по радикальному механизму с раскрытием азотометиновых1788271 14 - 17 2 - 3 Таблица 1 Таблица 2 двойных связей и двойных связей латекса,либо по катионному механизму, выделяяпротон, в результате гидролиза кислоты ихсолей, благодаря чему могут протекать процессы сополиконденсации между метилольными, между метилольными аминными иимидными, между метилольными и гидроксильными группами карбамидных олигомеров и поливинилспирта.При этом пластификация карбамидных 10смол с комплексными пластификаторамисопровождается уменьшением низкомолекулярных фракций, увеличением густотсшивкй, В результате чего образуется пространственная сшитая структура макромолекулы.Для удерживания в составе выделяющейся воды при отверждении карбамидныхолигомеров вводят гидрофильные добавки,как поливинилспирт препятствующие усадке состава,Формула изобретения Состав для упрочнения горных пород, включающий карбамидную смолу, инициатор, ускоритель и пластификатор, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения прочности и адгезии состава к породам и устранения усэдки, он дополнительно содержит раствор поливинилового спирта, а в качестве пластификатора использован латекс при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:Карбамидная смоламарки КФ-Ж 58 - 62; Латекс СКСгп 14 - 17;3 о -н ы й раствор поливинилового спирта марки 18/11 сорт 110 о -ный раствор персульфата аммония 5 - 10;9%-ный раствор гидросульфата натрия