AT361426B

AT361426B - Verfahren zum verfestigen und abdichten von geologischen und geschuetteten gesteins- und erdformationen

Info

Publication number: AT361426B
Application number: AT223479A
Authority: AT
Original assignee: Bergwerksverband Gmbh; Bayer Ag
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1979-03-26
Publication date: 1981-03-10
Also published as: ATA223479A

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Das Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins- und Erdformationen erfolgt im Untertage-Kohlenbergbau in sehr grossem Umfang mittels Polyurethansystemen, vgl. 



   Zeitschrift Glückauf (1968), S. 666 - 670 ;
Zeitschrift Glückauf (1977), S. 707-711 ; 
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 eingepresst, wobei im allgemeinen einerseits technische Polyisocyanate und anderseits Polyole mit einem Molekulargewicht von 400 bis 600 und einer OH-Zahl von 350 bis 400 als Ausgangskomponente dienen. Gemäss DE-PS Nr. 2436029 werden die Polyole mit Polyolen einer OH-Zahl zwischen 50 und
90 und einem Molekulargewicht von 2000 bis 35000 flexibilisiert. 



   Eine natürliche Begrenzung der Einsatzmöglichkeiten von Polyurethan sind wasserführende
Gebirgsformationen, da durch das Wasser das Polyisocyanat zerstört und damit das stöchiometri- sche Verhältnis der Reaktionspartner entscheidend gestört wird. Darüber hinaus bildet sich aus
Wasser und Polyisocyanat vorzugsweise Polyharnstoff, der in Spalten und Rissen des Gebirges nicht haftet. Immer wieder wird darauf hingewiesen, dass bei Verfestigungsarbeiten mit Polyurethan von den zu verfestigenden Gebirgszonen das Wasser ferngehalten werden soll. Vergleiche Zeitschrift
Glückauf (1972), S.   10-13.   



   Ein grundsätzlicher Nachteil der Verwendung von Polyurethan im Kohlenbergbau liegt darin, dass das ausgehärtete Produkt leicht brennt. Befinden sich grössere Mengen von ausgehärtetem Poly- urethan in Kohlespalten, so können Selbstentzündungsbrände von Kohle durch das Polyurethan wei- ter ausgebreitet werden. Man hat daher versucht, die Nachteile des Polyurethans zu überwinden, indem man Systeme verwendet hat, die praktisch unbrennbar sind und in wässeriger Form vorlie- gen, damit auch in feuchten und nassen Formationen verfestigt werden kann. 



   So sind   z. B.   Versuche in erheblichem Umfang mit wässerigen Formaldehyd-Harnstoff-Lösungen gemacht worden. Es konnte mit diesen Systemen aber keine ausreichende Verfestigung erzielt wer- den, da beim Aushärtevorgang die entstehenden Produkte sehr stark schrumpfen. 



   Weiterhin ist versucht worden, Wasserglaslösungen zum Verfestigen einzusetzen. Wasserglas- lösungen erfordern zum Aushärten Zusätze von Härtungsmitteln. Verwendet werden saure oder Säure bildende Stoffe wie Phosphorsäure, Sulfonsäure, Ester, wie z. B. Glycerintriacetat, Äthylacetat sowie andere organische Stoffe, wie Formamid, Glyoxal. Weiterhin werden als Härter Calciumchlorid, Aluminiumsulfat, Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat, Aluminiumchlorid und Silicofluoride benutzt. 



   Nach diesen Verfahren lassen sich zwar gröbere Mittelsande und Kiese   z. B.   zum Zweck der Baugrundkonsolidierung bis zu einem gewissen Grade verfestigen ; Verfestigungen mit hohem Verfestigungsgrade sind damit nicht möglich, da beim Aushärten von Wasserglas ein erheblicher Volumenschwund auftritt und infolgedessen der Verbundkörper sich von den Oberflächen der Risse und Spalten ablöst. 



   Die Erfindung löst die Aufgabe, ein Verfahren zum Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins- und Erdformationen zu schaffen, das die beschriebenen Nachteile der Verfestigungsverfahren des Standes der Technik vermeidet, befriedigende Verfestigungswerte erzielt, Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit aufweist und nicht brennbar ist. 



   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man Polyisocyanat mit Wasserglaslösungen innig vermischt und diese Emulsion in der zu verfestigenden Formation aushärten lässt. 



  Die Haftung des sich bildenden Feststoffes aus trockenen und nassen geologischen Formationen ist ausgezeichnet, zumal die beim Aushärten von Wasserglaslösungen ohne Polyisocyanatzugabe auftretende Schrumpfung überhaupt nicht eintritt und stattdessen durch eine gewisse Volumenvergrösserung während der Härtung die Haftung begünstigt wird. Von besonderem Vorteil für den Kohlenbergbau ist, dass das ausgehärtete Verfestigungsmittel nicht entflammbar ist und eine für die Stabilisierung der Formation hervorragende Festigkeit der in Spalten   u. dgl.   sich bildenden Verbundkörper erreicht. 



   Überraschenderweise haften ausgehärtete Verbundkörper auch an fettiger, also verhältnismässig stark bitumenhaltiger Kohle, so dass in jeder Art von Kohle eine gute Verfestigung erreicht wird. 

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   Als erfindungsgemäss geeignete Polyisocyanate kommen im Prinzip beliebige organische Polyisocyanate mit aliphatisch, cycloaliphatisch, araliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch gebundenen Polyisocyanatgruppen in Betracht, wie sie   z. B.   von W. Siefken in "Justus Liebigs Annalen der Chemie", 562, Seiten 75-136, beschrieben werden. Vorzugsweise werden jedoch die in der Polyurethan-Chemie üblichen, bei Raumtemperatur flüssigen Polyisocyanate mit aromatisch gebundenen 
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Anilin/Formaldehyd-Kondensation und anschliessende Phosgenierung hergestellt werden   ("MDI")   oder auch Cabodiimidgruppen, Biuretgruppen, Urethangruppen oder Allophanatgruppen aufweisende, bei
Raumtemperatur flüssige Derivate dieser Polyisocyanate.

   Das bei Raumtemperatur flüssige, durch
Phosgenierung von   Anilin/Formaldehyd-Kondensaten   erhaltene Polyisocyanatgemisch ("MDI") sowie dessen flüssige,   NCO-Gruppen   aufweisende Umsetzungsprodukte mit unterschüssigen Mengen (NCO-   - OH-Molverhältnis 1 : 0, 005   bis 1 : 0, 3) an mehrwertigen Alkoholen des Molekulargewichtsbereiches
62-3000, insbesondere an Äthergruppen ausweisenden Polyolen des Molekulargewichtsbereiches 134-3000 sind besonders bevorzugt. 



   Unter Wasserglaslösungen sind Lösungen von   Natrium- und/oder   Kaliumsilikat in Wasser zu verstehen. Es können auch rohe technische Produkte, welche z. B. Calciumsilikat, Magnesiumsilikat, Borate und Aluminate enthalten können, verwendet werden. Das Molverhältnis   Si02 : M20   (M=Metall) kann in den Grenzen 0, 5 : 1 bis 4 : 1 schwanken. Vorzugsweise werden Wasserglaslösungen mit einem Verhältnis   Si02 : M20   von 1 : 1 bis 2, 5 : 1 eingesetzt. Die Konzentration der Wasserglaslösung kann zwischen 25 bis 55   Gew.-%,   vorzugsweise zwischen 40 bis 50 Gew.-%, gewählt werden. 



   Das Gewichtsverhältnis zwischen Polyisocyanat und Wasserglas in dem zu bildenden Gemisch kann innerhalb weiter Grenzen liegen, nämlich zwischen 75 : 25 bis 15 : 85. Vorzugsweise wird ein Gewichtsverhältnis von Polyisocyanat zu Wasserglas von 60 : 40 bis   25 : 75 gewählt.   



   Die Bereitung der Mischung aus Polyisocyanaten und Wasserglaslösungen ist einfach. Es ist lediglich erforderlich, die beiden Flüssigkeiten homogen zu vermischen,   z. B.   durch Rühren mittels Rührlatten von Hand oder durch motorgetriebene Rührwerke, die handelsüblich sind. Es ist auch möglich, die Emulsion auf Mischdosiereinrichtungen zu bereiten. Hiebei werden die beiden Flüssigkeiten mittels Dosierpumpen einem Durchlaufmischer zugeführt. Als Dosierpumpe können z. B. Zahnradpumpen, Kolbenpumpen oder Membranpumpen dienen. Als Durchlaufmischer sind z. B. Mischkammern mit angetriebenem Rührwerk oder Statikmischer geeignet,   z. B.   Rohre mit verschiedenartig angeordneten Prallblechen. 



   Die Mischung wird in der Regel über Lanzen oder Rohre in die Formation oder erforderlichenfalls in darin eingebrachte Bohrlöcher eingepresst. Bohrlöcher sind nach dem Einpressen sofort zu verschliessen, da eine Gelierung und anschliessende Aushärtung der Mischung erst nach 30 bis 60 s in Gang kommt. Zweckmässigerweise erfolgt die Einführung der Mischung in Bohrlöcher über als Ventil wirkende Bohrlochverschlüsse,   z. B.   gemäss DE-PS Nr. 2550555. 



   Je nach Art des verwendeten Polyisocyanates, des gewählten Mischverfahrens, des gewünschten mehr oder weniger ausgeprägten Aufschäumens des Verfestigungsmittels und dessen Konsistenz kann es zweckmässig sein, dem Polyisocyanat oder der Wasserglaslösung oder dem Gemisch aus Polyisocyanat und Wasserglaslösung die folgenden Zusatzstoffe zuzusetzen :
1. Beschleuniger, wie sie aus der Polyurethanchemie bekann. sind. Als Beispiele seien metall- organische Verbindungen wie Dibutylzinndilaurat oder tertiäre Amine, wie Triäthylamin, genannt. Die Zusatzmengen können bis zu zirka 2   Gew.-%,   bezogen auf Polyisocyanat/Was- serglaslösungsgemisch, betragen. 



   2. Treibmittel, wie z. B. Aceton, Methylenchlorid, Monofluortrichlormethan, Dichloridfluor- methan, Butan. Die Zusatzmengen können bis zu 30   Gew.-%,   bezogen auf Polyisocyanat/
Wasserglaslösungsgemisch, betragen. 



   3. Verbindungen, die mindestens eine gegenüber Polyisocyanat reaktionsfähige Gruppe besitzen. 



   Diese Verbindungen werden dem Reaktionsgemisch im allgemeinen in Mengen von bis zu
30   Gew.-%,   bezogen auf die Wasserglaslösung, zugesetzt. In Frage kommen organische
Polyamine, wie   z. B.   Äthylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin,   4, 4'-Diaminodi-   phenylmethan oder 2, 4'-Diaminotoluol, bevorzugt jedoch organische Verbindungen mit alko- 

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 holischen Hydroxylgruppen. Hiezu gehören einfache, ein-oder mehrwertige, vorzugsweise mehrwertige Alkohole des Molekulargewichtsbereiches 32 bis 200, vorzugsweise 62 bis 200 oder die in der Polyurethan-Chemie an sich üblichen höhermolekularen Polyhydroxylver- bindungen des Molekulargewichtsbereiches 200 bis 5000, vorzugsweise 200 bis 1000, wie   z.

   B.   die an sich bekannten Polyhydroxypolyester oder Polyhydroxypolyäther. Beispiele geeigneter niedermolekularer Alkohole sind Methanol, Äthanol, Propanol,   Äthylenglykol,  
Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Glycerin oder Trimethylolpropan. Beispiele höhermoleku- larer Alkohole sind Polyester aus Decarbonsäuren, wie z. B. Phthalsäure, Adipinsäure,
Hexahydrophthalsäure, Tetrahydrophthalsäure und/oder Maleinsäure und den oben ge- nannten einfachen Alkoholen oder Polyätherpolyole, wie sie durch Alkoxylierung, d. h. insbesondere durch Anlagerung von Propylenoxyd und/oder Äthylenoxyd an niedermoleku- lare Startermoleküle erhältlich sind. Geeignete Startermoleküle sind Wasser oder beispiels- weise die obengenannten, mindestens zwei aktive Wasserstoffatome aufweisenden nieder- molekularen Amine oder Alkohole. 



   Besonders bevorzugte Alkohole sind die zuletzt genannten Polyätherpolyole des OH-Zahl-
Bereiches von 50 bis 600. Die Alkohole können entweder der Wasserglaslösung oder dem
Polyisocyanat oder als Drittkomponente dem Polyisocyanat/Wasserglasgemisch zudosiert werden. Mischungen mit Zusätzen der vorstehend aufgeführten Verbindungen ergeben die bislang besten Verfestigungswerte und stellen daher eine besonders bevorzugte Ausfüh- rungsform der Erfindung dar. 



  4. Emulgatoren, wie z. B. Umsetzungsprodukte aus Stearylamin und Äthylenoxyd, Polyätherester aus   Abietin- bzw. Ölsäure   und Äthylenoxyd, Fettalkoholpolyglykoläther, Alkylphenolpoly- glykoläther, Emulgatoren auf Wasserglasbasis, Amphogenside, Fettsäureamidoalkyldimethyl- amindonoxyd. Derartige Emulgatoren begünstigen besonders die Emulgierung der Ver- bindung gemäss Kategorie 3 in der Wasserglaskomponente und damit auch die Vollständig- keit der Vermischung aller Komponenten. Die Emulgatoren werden im allgemeinen in Mengen 
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 oder im Gemisch mit den unter Kategorie 4 genannten Emulgatoren. Diese Thixotropiermittel werden vorzugsweise verwendet, wenn man Gemische aus Wasserglaslösung und die unter Kategorie 3 genannten Verbindungen einsetzt.

   Auch lassen sich damit über längere Zeit stabile Emulsionen herstellen, so dass am Ort der Verfestigung Zweikomponentensysteme aus Wasserglaslösung und Zusätze der Kategorie 1 bis 4 einerseits und Polyisocyanate anderseits gehandhabt werden können. Die Thixotropiermittel werden im allgemeinen in 
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 bekannt sind. 



   Alle vorgenannten Zusatzstoffe können entweder als alleinige Zusätze oder in Kombination miteinander der Mischung oder der Komponente vor ihrer Vermischung zugesetzt werden. 



   Weiterhin ist es möglich, in die erwähnten Bohrlöcher Mehrkammerpatronen einzuführen, die das Polyisocyanat, die Wasserglaslösung und gegebenenfalls Zusatzstoffe nach Kategorie 1 bis 6 in getrennten Behältern enthalten. Nach mechanischer Zerstörung der Patronen und Vermischen der flüssigen Inhaltsstoffe,   z. B.   durch einen rotierenden Holz- oder Metallnagel oder eine Ankerstange, dringt das aufschäumend erhärtende Gemisch unter dem eigenen Schaumdruck in die zu verfestigenden und abzudichtenden Formationen ein und füllt gleichzeitig auch das Bohrloch vollständig aus. 



   Eine Übersicht über beispielsweise in Frage kommende Mischungen und über die praktische Anwendung des Verfahrens geben die nachfolgende Tabelle und die Beispiele. 



   Im Einzelnen bedeutet :
MDI ein durch Phosgenierung eines Formaldehyd-Anilin-Kondensates erhaltenes Polyisocyanat, das zu mehr als 50% aus Diisocyanatodiphenylmethan besteht mit einem Isocyanatgehalt von 31% und einer Viskosität von 95 mPa s bei   25 C   

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 Beschleuniger Dibutylzinndilaurat Polyol 1 ein Polyätherpolyol, hergestellt aus Trimethylolpropan und Propylenoxyd mit einer   Op-Zahl   von 370 und einer Viskosität von 700 mPa s bei   25'C   Polyol 2 ein Polyätherpolyol, hergestellt aus 1,

   2-Propylenglykol und Propylenoxyd mit einer OH-Zahl von 59 und einer Viskosität von 410 mPa s bei   250C   Emulgator ein handelsüblicher Alkylphenolpolyglykoläther Asbestmehl Stabilisator ein handelsüblicher   Polyätherpolysiloxan-Stabilisator   
Tabelle 
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<tb> 
<tb> Gewichtsverhältnis <SEP> Molverhältnis <SEP> 
<tb> Komponente <SEP> A <SEP> Komponente <SEP> B <SEP> Wasserglas <SEP> : <SEP> Isocyanat <SEP> SiO <SEP> : <SEP> : <SEP> Na <SEP> O
<tb> 1.
<tb> 



  80 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44% <SEP> 90, <SEP> 4 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 80 <SEP> : <SEP> 90 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 20 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1
<tb> 2.
<tb> 



  40 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44%
<tb> 10 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 60 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 40 <SEP> : <SEP> 60 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 0,9 <SEP> g <SEP> Beschleuniger
<tb> 10 <SEP> g <SEP> Treibmittel
<tb> 3.
<tb> 



  80 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44%
<tb> 20 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 75 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 80 <SEP> : <SEP> 75 <SEP> 0,5 <SEP> : <SEP> 1
<tb> 0,6 <SEP> g <SEP> Beschleuniger
<tb> 0,5 <SEP> g <SEP> Stabilisator
<tb> 4.
<tb> 



  75 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44%
<tb> 25 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 25 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 75 <SEP> : <SEP> 25 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 1,6 <SEP> g <SEP> Beschleuniger
<tb> 5.
<tb> 



  80 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 50%
<tb> 15 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 86 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 80 <SEP> : <SEP> 86 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 5 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 2
<tb> 2 <SEP> g <SEP> Beschleuniger
<tb> 6.
<tb> 



  50 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 28%
<tb> 30 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 40 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 50 <SEP> : <SEP> 40 <SEP> 4 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 2 <SEP> g <SEP> Beschleuniger
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 Tabelle (Fortsetzung) 
 EMI5.1 
 
<tb> 
<tb> Gewichtsverhältnis <SEP> Molverhältnis
<tb> Komponente <SEP> A <SEP> Komponente <SEP> B <SEP> Wasserglas <SEP> : <SEP> Isocyanat <SEP> SiO2 <SEP> : <SEP> Na2O
<tb> 7.
<tb> 



  25 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44%
<tb> 6, <SEP> 25 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 75 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 25 <SEP> 75 <SEP> 2 <SEP> 
<tb> 8.
<tb> 



  50 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 28%
<tb> 40 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 50 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 50 <SEP> : <SEP> 50 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 10 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 2
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> g <SEP> Beschleuniger
<tb> 9.
<tb> 



  80 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44%
<tb> 20 <SEP> g <SEP> Folyoll <SEP> 72g <SEP> MDI <SEP> 80 <SEP> : <SEP> 72 <SEP> l <SEP> : <SEP> l <SEP> 
<tb> 10 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 2
<tb> 1 <SEP> g <SEP> Beschleuniger
<tb> 10.
<tb> 



  90 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44%
<tb> 10 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 90 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> 90 <SEP> : <SEP> 90 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1
<tb> 30 <SEP> g <SEP> Treibmittel
<tb> 0,6 <SEP> g <SEP> Beschleuniger
<tb> 11.
<tb> 



  80 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44%
<tb> 20 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 51g <SEP> MDI <SEP> M <SEP> : <SEP> 51 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> g <SEP> Beschleuniger
<tb> 1,0 <SEP> g <SEP> Emulgator
<tb> 1,0 <SEP> g <SEP> Asbestmehl
<tb> 12.
<tb> 



  80 <SEP> g <SEP> Wasserglas <SEP> 44%
<tb> 15 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1
<tb> 5 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 2 <SEP> 90 <SEP> g <SEP> MDI <SEP> M <SEP> : <SEP> 9Q <SEP> 2 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 0,3 <SEP> g <SEP> Beschleuniger
<tb> 1, <SEP> 0 <SEP> g <SEP> Emulgator
<tb> 1,0 <SEP> g <SEP> Asbestmehl <SEP> 
<tb> 1,0 <SEP> g <SEP> Stabilisator
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 
In den nachfolgenden Beispielen wurde als Wasserglas eine 44 gew.-% ige wässerige Lösung eines Natriumsilikats   (SiO : Na O   = 2 : 1) verwendet. 



   Beispiel 1 : Zu einem Flöz mit 0 bis 10 gon Einfallen und einer mittleren Mächtigkeit von 4 m böschte der Kohlenstoss im Streb bis zu 3, 50 m ab. Daraus resultierten Hangendausbrüche bis zu 7 m Höhe und 30 m Länge. Es wurden im Abstand von 7 m Bohrlöcher von 4,5 m Länge und 45 mm Durchmesser in den Kohlenstoss gebohrt. 



   Als Verfestigungsmittel dienten : 
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<tb> 
<tb> Komponente <SEP> A <SEP> : <SEP> Wasserglas
<tb> Komponente <SEP> B <SEP> : <SEP> MDI <SEP> 
<tb> 
 
Die Komponenten A und B wurden im Gewichtsverhältnis 1 : 1 über eine Zweikomponente-Mischund Verpressreinrichtung über einen Bohrlochverschluss in die Bohrlöcher eingepresst, so dass in jedes Bohrloch 120 kg Gemisch aus Komponente A und B gelangten. 



   Nach 5 h wurde der verfestigte Bereich mittels einer Schrämmwalze abgebaut. Es zeigte sich, dass die Oberfläche der Spalten und Risse in der Kohle verklebt waren und ein guter Verfestigungseffekt erzielt worden war. Der Kohlenstoss böschte nur noch geringfügig ab und der normale Produktionsbetrieb konnte fortgesetzt werden. 



   Beispiel 2 : Im gleichen Abbaubetrieb gemäss Beispiel 1 wurden die Verfestigungsarbeiten an der Störzone in gleicher Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, fortgeführt mit dem Unterschied, dass dem Verfestigungsmittel zusätzlich ein Polyol zugesetzt wurde. Das Verfestigungsmittel bestand aus den folgenden Komponenten : 
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<tb> 
<tb> Komponente <SEP> A <SEP> : <SEP> Gemisch <SEP> aus <SEP> 80 <SEP> Gew.-Teilen <SEP> Wasserglas
<tb> 20 <SEP> Gew.-Teilen <SEP> Polyol <SEP> 1
<tb> 0, <SEP> 3 <SEP> Gew.-Teilen <SEP> Beschleuniger <SEP> 
<tb> 
 
Die Komponente A wurde aus den oben angegebenen Bestandteilen unmittelbar vor dem Injizieren durch Vermischen mittels mechanischem Rührwerk hergestellt. Die so erhaltene Emulsion war mehrere Stunden lang lagerstabil. 



   Komponente B : MDI 
Der Kohlenstoss wurde gemäss Beispiel 1 verfestigt ; das Gewichtsverhältnis der Komponenten A und B betrug 1,   3 : 1.   



   Der Verfestigungseffekt war vollkommen. Jegliches Abböschen des Kohlenstosses blieb aus. 



   Beispiel 3 : Beim Abbau eines Flözes mit einer Mächtigkeit von 1, 3 m und einem Einfallen von 0 bis 59 gon sollte der Streckensaum verfestigt werden. Das Hangende bestand aus festem Bänderschieferton, das Liegende war Sandstein. Das Strebhangende war im Bereich des Übergangs Streb/ Strecke im Einfallen gemessen auf einer Länge von 1,5 bis 2 m sehr stark aufgelockert. Es wurden 
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 Als Verfestigungsmittel diente : 
 EMI6.4 
 
<tb> 
<tb> Komponente <SEP> A <SEP> : <SEP> Gemisch <SEP> aus <SEP> 90 <SEP> Gew.-Teilen <SEP> Wasserglas
<tb> 10 <SEP> Gew.-Teilen <SEP> Polyol <SEP> 2
<tb> 1 <SEP> Gew.-Teil <SEP> Beschleuniger
<tb> Komponente <SEP> B <SEP> : <SEP> MDI <SEP> 
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 
In das erste Bohrloch wurden 90 kg der Mischung A und B (Gewichtsverhältnis 1,   5 : 1)   mittels einer Verpresseinrichtung eingebracht.

   In das zweite Bohrloch wurden 260 kg, in das dritte Bohrloch 350 kg und in das vierte Bohrloch 129 kg eingepresst. Die Verfestigungsergebnisse waren so gut, dass im Übergangsbereich Streb/Strecke keinerlei Ausbrüche auftraten. Im Bruch gefundene Gesteinproben zeigten, dass Risse und Spalten im Gebirge mit dem ausgehärteten Schaum aus den Komponenten A und B völlig ausgefüllt und sehr gut verklebt waren. 



   Beispiel 4 : In einem Rückbaubetrieb sollte der Übergangsbereich Streb/Strecke bis zu 15 m vor dem Streb mit Polyurethan verfestigt werden. Da in diesem Bereich das Gebirge sehr nass war und die Spalten und Risse mit Wasser   gefüllt waren,   konnte mit dem bekannten Polyurethan-System kein ausreichender Verfestigungseffekt erzielt werden. Es wurden dann im Abstand von 5 m vor der Strebfront Bohrlöcher mit 5 m Länge und   10  ansteigend   in das Hangende gebohrt.

   Ober diese Bohrlöcher wurden nun insgesamt 1000 kg folgender Mischung eingebracht : 
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<tb> 
<tb> Komponente <SEP> A <SEP> : <SEP> Gemisch <SEP> aus <SEP> 80 <SEP> Gew.-Teilen <SEP> Wasserglas
<tb> 10 <SEP> Gew.-Teilen <SEP> Polyol <SEP> 1
<tb> 10 <SEP> Gew.-Teilen <SEP> Polyol <SEP> 2
<tb> 5 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Emulgator
<tb> 1 <SEP> Gew.-Teil <SEP> Beschleuniger
<tb> 1 <SEP> Gew.-Teil <SEP> Asbestmehl
<tb> Komponente <SEP> B <SEP> : <SEP> MDT <SEP> 
<tb> 
 
Das Gewichtsverhältnis der Komponenten A und B betrug 1 : 1,   2.   



   Beim Durchfahren der verfestigten Störungszone in der Strecke zeigte sich, dass die im nichtverfestigten Bereich aufgetretenen Hangendausbrüche völlig ausblieben. 



   Beispiel 5 : Auf einer U-Bahn-Baustelle wurden Grundwasser und Fliesssände beim Ausheben des Erdreiches aus einem Spalt (15 m hoch,   0, 7   m breit) heraus in den Tunnelraum gespült. Versuche, den Fliesssand durch Injektion in die Wände mit Zement oder Wasserglas zu verfestigen, brachten keinen Erfolg. Über Injektionslanzen, die in den Fliesssand eingebracht waren, wurde mit einer Injektionseinrichtung folgende Wasserglas-Polyisocyanatmischung eingebracht : 
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<tb> 
<tb> Komponente <SEP> A <SEP> : <SEP> Gemisch <SEP> aus <SEP> 80 <SEP> Gew.-Teilen <SEP> Wasserglas
<tb> 1 <SEP> Gew.-Teil <SEP> Beschleuniger
<tb> Komponente <SEP> B <SEP> : <SEP> Umsetzungsprodukt <SEP> von <SEP> 90 <SEP> Gew.-Teilen <SEP> MDI <SEP> 
<tb> mit <SEP> 10 <SEP> Gew.-Teilen <SEP> Polypropylenglykol <SEP> der <SEP> OH-Zahl <SEP> 56.
<tb> 
 



   Das Gewichtsverhältnis der Komponenten A und B betrug 1 : 1. 



   Insgesamt wurden 100 kg dieser Mischung über die Lanze in die Schlitzwand injiziert. Bereits nach 15 min zeigte sich, dass der Fliesssand verfestigt war. Unterhalb des ersten Injektionspunktes wurde eine weitere Injektionslanze 1300 mm tief in den Fliesssand eingebracht. Über diese Lanze wurden 70 kg des Gemisches aus den Komponenten A und B mit einem Druck von 50 bar verpresst. 



  Mit dieser zusätzlichen Injektion gelang es, die Wand in dem durch die Injektion verfestigten Bereich gegen Wasser und Fliesssand abzudichten. Probekörper aus dem verfestigten Fliesssand ergaben Festigkeiten von zirka 12 kp/cm'. 



   Beispiel 6 : In einem Flöz mit einer mittleren Mächtigkeit von 2, 80 m und einem Einfallen von 5 gon böschte der Kohlenstoss auf einer Länge von 40 m von der Kopfstrecke gemessen bis zu 3, 50 m ab. Dadurch wurden   Hangendausbrüche   hervorgerufen, die die Förderung des gesamten Strebes stark beeinträchtigten. Die entstandenen Hohlräume mussten mit Holz ausgepfeilert werden und weiterhin musste von Hand vorgekohlt werden. 



   In dem kritischen Bereich wurden im Kohlenstoss im Abstand von 1,5 m und zirka 0,5 m unter dem Hangende Bohrlöcher vom Durchmesser 50 mm mit zirka 10 gon Neigung erstellt. In die Bohr- 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 
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 EMI8.2 
 
<tb> 
<tb> :9 <SEP> g <SEP> Wasserglas
<tb> 10 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1 <SEP> 
<tb> 0, <SEP> 6 <SEP> g <SEP> Beschleuniger <SEP> Di-butylzinndilaurat
<tb> 
 
In der Patrone lagen beide Komponenten im Gewichtsverhältnis 1 : 1 vor. Die Patronen wurden in den Bohrlöchern mit Hilfe von rechteckigen Holznägeln mit einer Kantenlänge von 32 mm zerstört. Durch Drehen der Holznägel wurden die Komponenten gut vermischt, woraufhin die Bohrlöcher mit einem Stopfen zugeschlagen wurden. Beim Abbau nach 2 1/2 h zeigte sich, dass durch den Verfestigungseffekt das Abböschen des Kohlenstosses verhindert werden konnte. 



   Beispiel 7 : Als Patrone dient ein Glasrohr von 60 cm Länge, einem Innendurchmesser von 2, 6 cm und einer Wandstärke von 1 mm. Dieses Rohr ist mit 200 g folgender Mischung gefüllt : 
 EMI8.3 
 
<tb> 
<tb> 160 <SEP> g <SEP> Wasserglas
<tb> 40 <SEP> g <SEP> Polyol <SEP> 1
<tb> 
 
In diesem Rohr befindet sich ein weiteres zugeschmolzenes Glasrohr von 59 cm Länge,
1,6 cm Innendurchmesser und 1 mm Wandstärke als Innenpatrone. Diese Innenpatrone ist mit 102 g eines Polyisocyanatgemisches der Diphenylmethan-Reihe mit einer Viskosität von 100 mPa s/25'C und einem NCO-Gehalt von 32   Gew.-%   gefüllt. 



   Die mit einem Plastikstopfen verschlossene Patrone wurde in ein Bohrloch von 30 mm Durchmes- ser eingeführt. Mit einer Umdrehungszahl von 350 Umdr/min wurde eine Ankerstange von 24 mm
Durchmesser in das Bohrloch eingestossen. Die Patrone wurde dadurch zerstört und die Komponenten innig vermischt. Die Verklebungslänge betrug 110 cm. Nach 30 min wurde die Ankerstange gezogen. 



   Erst bei einer Zugbelastung von 24 t wurde die Ankerstange aus dem Bohrloch gezogen. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zum Verfestigen und Abdichten von geologischen und geschütteten Gesteins- und Erdformationen sowie Kohle mittels Wasserglaslösungen, dadurch gekennzeichnet, dass man Wasserglaslösungen und Polyisocyanate innig miteinander vermischt und diese Emulsion in der zu verfestigenden Formation aushärten lässt.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Polyisocyanat zu Wasserglaslösung zwischen 75 : 25 bis 15 : 85, vorzugsweise 60 : 40 bis 25 : 75, liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyisocyanate organische Verbindungen mit mindestens 2 NCO-Gruppen pro Molekül verwendet werden, vorzugsweise Phosgenierungsprodukte von Anilin-Formaldehyd-Kondensationsprodukten.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung bis zu 2 Gew.-% aus der Polyurethanchemie bekannte Beschleuniger, vorzugsweise metallorganische Verbindungen, wie z. B. Dibutylzinndilaurat oder tert. Amine, wie z. B. Triäthylamin, zugesetzt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung bekannte Treibmittel, wie z. B. Aceton, Methylenchlorid, Monofluortrichlormethan, Dichloridfluormethan und Butan in Mengen bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf Polyisocyanat/Wasserglaslösungs-Gemisch, zugesetzt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung Verbindungen mit mindestens einer gegenüber Polyisocyanaten reaktionsfähigen Gruppe in einer Menge bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf die Wasserglaslösung, zugesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als gegenüber Polyisocyanaten mindestens eine reaktionsfähige Gruppe aufweisende Verbindungen die aus der Polyurethanchemie <Desc/Clms Page number 9> bekannten Polyhydroxyverbindungen, wie z. B. Polyäther-oder Polyesterpolyole des OH-Zahl-Bereiches von 50 bis 600, verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Polyätherpolyole mit einer OH-Zahl von 50 bis 600 verwendet werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der aus Wasserglaslösungen und mit Polyisocyanaten reagierenden mono- oder polyfunktionellen Verbindungen gebildeten Emulsionen Tixotropiermittel und Emulgatoren zugesetzt werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die Mischung Schaumstabilisatoren eingearbeitet werden.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischungen über Bohrlöcher oder Injektionslanzen in die zu verfestigenden geologischen Formationen unter Druck eingebracht werden.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Komponenten der zu erzeugenden Mischungen in separaten Behältern einer Mehrkammerpatrone untergebracht und nach Einführung in die Formation unter Zerstörung der Patrone miteinander vermischt werden.