Состав для укрепления сыпучих и трещиноватых горных пород

(51) 21 11/10 (2009.01) 09 8/467 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ укрепления сыпучего и трещиноватого горного массива при освоении подземного пространства и трещиноватых междукамерных и междупанельных целиков. Сущность предлагаемого решения заключается в том, что состав для укрепления сыпучих и трещиноватых горных выработок, включающий карбамидную смолу, фосфогипс и отвердитель отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве растворителя и пластификатора 1 раствора метилцеллюлозы,при следующем соотношении компонентов, мас. Карбамидная смола 65 Фосфогипс 15-25 1 раствор метилцеллюлозы 10-20 Результаты исследований позволяют рекомендовать подготовленные составы для инъекции в естественных и технологических трещиноватых горных выработок, что обеспечит высокую монолитность массива, образуя оболочку упрочняющую породу с достаточно высокой несущей способностью, воспринимающую нагрузку от горного давления совместно с другими видами крепи. Составы дешевы, легко приготавливаются.(72) Алтаев Шаукат Ненашев Николай Викторович Орынгожин Ерназ Советович Жангалиева Мария Кадырсизов Нурахмет Артыкбаева Ларида Бекмуратовна(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт горного дела им. Д.А. Кунаева Республиканского государственного предприятия Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан(54) СОСТАВ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ СЫПУЧИХ И ТРЕЩИНОВАТЫХ ГОРНЫХ ПОРОД 23906 Изобретение относится к горной промышленности, а именно к составам для укрепления сыпучего и трещиноватого горного массива при освоении подземного пространства и трещиноватых междукамерных и между панельных целиков. Известен полимерный состав для изоляции пластов в скважине,содержащий модифицированную карбамидную смолу,фосфогипс и кремнегель при следующих соотношениях компонентов, вес.ч. Модифицированная карбамидная смола 100 Фосфогипс 6,0 - 15 Кремнегель 60 - 80(А.с.1059126, Е 21 Е 33/138, 1983). Недостатком известного состава является то, что при отверждении состава происходят усадки до 5 - 6 , поэтому неприемлемы для нагнетания в трещиноватых горных выработках с раскрытием трещины менее 0,15 мм. А также значительная вязкость его более 125 секунд, обусловленная необходимостью использования для отверждения большого количества фосфогипса. Известен состав для укрепления горных пород,включающий мочевиноформальдегидную смолу и фосфогипс при следующем соотношении компонентов, мас.ч. Мочевиноформальдегидная смола 74 - 80 Фосфогипс 20 - 26(А.с.1138512, Е 2111/10, 1986). Недостатком известного состава ограниченная проницаемость раствора из мочевиноформальдегидной смолы и фосфогипса в трещиноватых горных выработках с раскрытием трещины менее 015 мм, так как вязкость состава по вискозиметру З- составляет от 35 до 180 секунд и более, а вязкость по вискозиметру ВЗ-4 более 100 секунд и значительная усадка при поликонденсации смолы. Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является состав для укрепления сыпучих и трещиноватых горных пород,включающий карбамидную смолу, гидрат хлорного железа и фосфогипс,при следующем соотношении компонентов, мас.ч. Карбамидная смола 67,6 - 70,2 Гидрат хлорного железа 1,2 - 1,8 Фосфогипс 28,6 - 30,6(А.с.1460318, Е 2121/10, 1989). Недостатком известного состава является то, что выбрано такое соотношение смолы и отвердителя гидрата хлорного железа и фосфогипса, наличием в его составе ангидрида фосфорной кислоты Р 2 О 5 в количестве 0,8 - 1,2 , при котором время гелеобразования менее 30 минут, что гораздо меньше необходимого для нагнетания составов в шпуры, перестановок инъектора и промывки оборудования. Предел прочности состава на растяжение 3,5 3,65 МПа, на сжатие 18,70 - 19,79 МПа, линейная усадка 1,57 - 4,50 , объемная усадка 4,57 -4,69 . 2 Кроме того, вязкость известного состава по вискозиметру ВЗ-4 более 120 секунд, большая,неприемлема для нагнетания в трещиноватых горных выработок с раскрытием трещин менее 0,15 мм. Задачами предлагаемого решения являются повышение предела прочности и снижение усадки. Сущность предлагаемого решения заключается в том, что состав для укрепления сыпучих и трещиноватых горных выработок, включающий карбамидную смолу, отвердитель и фосфогипс, при этом в качестве растворителя и пластификатора применяется 1 раствор(дисперсия) метилцеллюлозы, при следующем соотношении компонентов, мас.ч. Карбамидная смола 65 Фосфогипс 15-25 1 раствор метилцеллюлозы (МЦ) 10-20. При применении 1 раствора МЦ в качестве 1020 мас. достигаются следующие технические результаты- предел прочности на растяжение повышается на 57- предел прочности на сжатие повышается в 1,72 1,91 раза- линейная усадка снижается на 15,7-31,7- объемная усадка снижается на 13,7 - 25,7 . Для исследования применялась карбамидная смола марки КФ-Ж (ГОСТ 14231-88), которая является продуктом двухфазной конденсации мочевины и формальдегида стабилизированным аммиаком,представляющая водорастворимую жидкость молочного цвета плотностью 1,221,25 г/см 3. При отверждении карбамидной смолы выделяется 8 - 10 свободной воды приводящей к усадке. Массовая доля сухого остатка 67 , рН-7,8. В качестве отвердителя и наполнителя карбамидной смолы использовали фосфогипс (ТУ 608-409-78),который является отходом в производстве фосфорной кислоты и представляет собой желтовато-белый порошок. Фосфогипс состоит в основном из сульфата кальция и Р 2 О 5 в количестве 1,26 - 1,38 , рН водной вытяжки 2,5. Его раствор при отверждении остается практически постоянным в объеме и образует монолитный камень без трещин. В качестве растворителя и пластификатора использовали метилцеллюлозу (МЦ) (ТУ 6-01-2044-90), которая хорошо растворима в воде. Выпускаемая промышленностью МЦ имеет степень замещения (СЗ) 1,6 - 2,2. Условная вязкость 1 раствора МЦ 29 секунд по ВЗ-4 при 23 С. Технологическим достоинством раствора МЦ является его способность совмещаться с олигомерами карбамидных смол и растворами фосфогипса в любых соотношениях. После смешивания в приведенных соотношениях компонентов образуется седиментационно устойчивый раствор с вязкостью 41-87 секунд по ВЗ-4 при 23 С необходимой консистенцией. Время гелеобразования предлагаемых составов от 75 до 146 мин. Этого времени достаточно для осуществления необходимых технологических 23906 операций Нагнетания состава в шпуры,перестановка инъектора и промывки оборудования. Предел прочности на растяжение изготовленных кернов-цилиндров из состава диаметром 24 мм,длиной 26 мм и предел прочности на одноосное сжатие образцов-кубиков размером 404040 мм из предлагаемого состава определяют на прессе ЦД-10 после отверждения через 15 суток. Расчетную линейную усадку определяют при помощи штангельциркуля. Объемную усадкув процентах вычисляют по формуле 100, ,- объем приготовленного кубика из состава до отверждения, мл- объем кубика из состава после отверждения через 15 суток. В таблице 1 приведены соотношения компонентов предлагаемого и известного составов. Вязкость, сек Гидрат хлорного железа Предел прочности, МПа на растяжение на сжатие предлагаемые составы 2,63 25,3 3,11 30,2 3,68 35,6 3,72 36,8 3,78 38,1 3,32 29,3 известный состав 3,50-3,65 18,70-19,79 Как видно из таблицы 2 на свойства образцов существенно влияет содержание фосфогипсового наполнителя. Так, например, с увеличением содержания фосфогипса в составе от 5 до 10 мас. прочность образцов медленно возрастает. Образцы набирают достаточно высокую прочность при количестве фосфогипса 15 -25 мас.ч. Предел прочности на растяжение 3,69-3,78 МПа,а на одноосное сжатие 3,56-3,81 МПа. При дальнейшем повышение количества фосфогипса более 25 мас.ч. предел прочности образцов уменьшается. Кроме того, как видно из таблицы 2, с увеличением количества фосфогипса в составе снижается и величина усадки по длине и по объему до минимума, до 0,92 и 1,76 соответственно. Объясняется это тем, что при поликонденсации карбомидной смолы и метилцеллюлозы выделяется 8 - 10 свободной воды, при этом фосфогипс связует эту воду в пространственной решетке и препятствует усадке. Кислотные свойства фосфогипса обусловлены наличием в его составе до 1,26 - 1,38 ангидрида фосфорной кислоты как отвердителя всего состава. Полученные результаты лабораторных исследований позволяют рекомендовать составы для инъекций в естественных и технологических трещиноватых выработках, что обеспечит высокую монолитность массива,образуя оболочку,упрочняющую породы с достаточно высокой несущей способностью, воспринимающие нагрузку от горного давления совместно с другими видами крепи. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Состав для укрепления сыпучих и трещиноватых горных выработок, включающий карбамидную смолу, фосфогипс и отвердитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит в качестве 3 23906 растворителя и пластификатора 1 раствор метилцеллюлозы, при следующем соотношении компонентов, мас. Карбамидная смола 65