Скрепляющий состав для упрочнения неустойчивых горных пород

(19 БРЕТЕНИ К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВ едовательс а, Ю.Н.Цедри ные композиции 986, с. 71;ты, системы. Катез", Черкассы: АВ ДЛЯ УПРОЧОРНЫХ ПОРОД полиизоциан Б иД имеют в иэфиры Ающий состав ых компонент ный массив крупные тре не заходит,тся высокое кватых пород из-за изоцианаты марок - 1000 мПас, а пол 400 мПа с. Скрепля ленный из указанн гнетании в пород преимущественно мелкие трещины всегда обеспечивае рочнения пород. атов. Полиязкость 500 8 и А- , приготовов, при на заполняет Ы щины, д в поэтому не фь. ачество уп-, (Л 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ(54) СКРЕПЛЯЮЩИЙ СОСТНЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВЫХ 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 СПУи СПУдля упрочнения неустойчивых горных пород, включающие полиэфирный компонент Аили Аи полиизоцианат марок Б или Д,Недостатками этих систем, принятых за прототип, являются высокая стоимость и низкое качество упрочнения тонкотрещино 51)5 Е 21 О 11/00, 20/(57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для упронения 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(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,Целью изобретения является повышение качества упрочнения неусгойчивых пород пол иуретановыми 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 МГФикодицин при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч,:Компонент А100Полиизоцианат "Д" 45.6-53,9 Дибутилфталат 18,5-22,7 Олигоэфиракрилат МГФ4,3-9,1 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 МПа.Вводимые в полиизоцианатный кампонент добавки имеют следующие характеристики.Дибутилфталат (ДБФ) представляет собой прозрачную жидкость плотностью 1,046 г/см, динамическая вязкость при 20 С нез о более 100 мПа с (ГОСТ 2102-67). цена 800 руб/т. Олигоэфиракрилат МГФотносится 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 ВЗ; Исходные компоненты имели следующую вязкость, мПа с:Компонент А345 Полиизоцианат "Д" 685Дибутилфталат 84Олигоэфиракрилат 206Кодицин 940 Начало схватывания (потеря текучести)определялась по моменту, когда при наклоне сосуда на 30 форма поверхности составане изменялась,5 Адгезия скрепляющего состава к горнойпороде определялась путем отрыва на разрывной машине двух склеенных цилиндрических образцов аргиллита диаметром 36мм, Время выдержки образцов после склеи 10 вания составляло 6 ч,Результаты исследования приведены втабл, 2,Из табл. 2 видно, что добавление ДБФзначительно снижает вязкость полиизоциа 15 натного компонента, Так, если вязкость чистого полиизоцианата равна 685 мПа с, товязкость смеси, состоящей из 67-73 полиизоцианата и 33-27 ДБФ, равна соответственно 192-243 мПа.с.20 Однако добавление в полиизоцианатДБФ приводит к удлинению сроков схватывания полиуретановой системы. Сроки схватывания замедляются до 53-67 мин, чтоможет снизить производительность работ25 по упрочнению горных пород,С целью сокращения сроков схватывания. а также с целью удешевления состава вполиизоцианатный компонент добавляюткодицин.30 Однако добавление кодицина приводитк ухудшению прочностных свойств затвердевшего скрепляющего состава. Так, придобавлении в полиизоцианатный компонент, состоящий из полиизоцианата и ДБФ,35 27;, кодицина адгезия скрепляющего состава к горной породе снижается до 0,62МПа, в то время как у состава, принятого запрототип, адгезия равна 1.5-1,8 МПа,Кроме того, кодицин, имеющий высо 40 кую вязкость, в определенной степени повышает вязкость полиизоцианатногокомпонента,Чтобы не допустить ухудшения прочностных свойств скрепляющего состава, в по 45 лиизоцианатный компонент добавляютолигоэфиракрилат М ГФ.Как показали исследования, оптимальная рецептура скрепляющего состава обеспечивается при следующем содержании50 ингредиентов, мас,чПолиэфир А,1 00Полиизоцианат "Д" 45,6-53,9Ди бутилфтал ат 1 8,5-22,7Олигоэфиракрилат55 МГФ4,2-9, 1Кодицин 22,2-25,6Границы изменения содержания компонентов взяты из табл. 2, где подчеркнутызначения 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, 5На 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, перемешивают и, наконец, дб 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 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 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 горных 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 кий состав заполняет только круглые трещины, причем на небольшом расстоянии от шпура, при этом часть породного массива остается непропитанной и неупрочненной, Для качественного упрочнения кровли вы соковязкими растворами требуется бурить густую сеть шпуров, что связано с большой трудоемкостью. Кроме того, при расположе 504,3 - 9,122,2 - 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, отл и ча ю щи йся тем, что, с целью повышения качества упрочнения пород и снижения стоимости, полиизоцианатный компонент дополнительно включает дибутилфталат, олигоэфиракрилат МГФи кодицин при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч,;Полиэфирный компонент 100Полиизоцианатныйкомпонент 45,6 - 53,9Дибутилфталат 18,5 - 22,7ОлигоэфиракрилатМ ГФ Кодицин1730458 Таблица 2 Компонент Б мас.ч. Вязкость компонента Б, мПас Время схватывания состава, мин-с. Адгезия на отрыв к породе,МПа Компонент А, мас,ч. ДБФ ПИЦ"Д" 23 35"53 4024 30"19 30"19 40"21 1525 1270000 10"34 00"25 50"27 55"29 3032 15 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 1,64 1,63 1,25 1,34 15 Я 1,77 1,83 1,85 1,34 9910 22 15" 23 10" 25 30" 2750 30 05 3215 4,2 6,1 7,9 .9,1 10,4 2,2 43 2325"Д 3. 42.1 Ж.1,87 1,72 0,62 0,95 1,27 153 1,69 82 9,6 32;45 67 30 23 40 25 10 27 05 29 45 31 15" 2,1 4,2 6,1 8,0 23,6 23,1 22,7 22,3 5,6 5,0 СоставиТехред М ль Л,Бе Моргент езкинал Редактор З,Х Ко рная то кова аказ 150 ВНИИ ж Подписн омитета по изобретениям и откр осква,Ж, Раушская наб 4/5 Тир Государственного 113035, Миям при ГКН С Р комб нат "Патен ственно-издател ки на 100 100 100 100 100 100 100 100 йЮ 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100.100 100 100 100 100 100 100 100 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 52,3 513 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 21,8 213 20,9 20,4 20,1 33,0 Кодицин М ГФ21,0 24,2 23,5 23,0 2 Я 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 26,1 685 243 317 352 347 345 Д 42 340 335 333 310 312 309 305 ИГ 316 333 324 320 318 315 314Д 10 Д 1 309 305 192 328 325 325 321 319